基于Android的高壓架空線路故障快速定位導(dǎo)航系統(tǒng)①

麥俊佳

(廣東電網(wǎng)公司 佛山供電局,佛山 528000)

1 引言

輸電線路分布點(diǎn)多面廣,經(jīng)常面臨不同地理環(huán)境和氣候環(huán)境的影響,加上人為因素和不可抗自然災(zāi)害破壞的影響,使得輸電線路又成為電網(wǎng)中最薄弱和最容易發(fā)生故障的一部分.一旦輸電線路某一部位發(fā)生故障則會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng),影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行.快速、精確地定位線路故障點(diǎn)的位置,既能減輕人工巡線工作量,又有利于及時(shí)排除故障,使線路快速恢復(fù)供電,減少因停電而造成的綜合經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)還能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1,2].

現(xiàn)有故障定位與故障設(shè)備信息查詢主要的作業(yè)方式是采用人工查詢,根據(jù)故障測距信息,查閱桿塔明細(xì)表,得出故障位置桿塔號(hào),然后開展故障巡視,運(yùn)維人員利用望遠(yuǎn)鏡或無人機(jī)進(jìn)行故障排查,定位故障設(shè)備后,然后查閱故障設(shè)備信息,開展搶修復(fù)電工作.然而該方法存在著以下3個(gè)問題：(1) 發(fā)生故障后,必須人工查閱桿塔明細(xì)表才能判定故障位置桿塔號(hào),耗費(fèi)大量時(shí)間.(2) 故障巡視時(shí),運(yùn)維人員不能根據(jù)道路路況,按照最省時(shí)的路徑來到故障桿塔位置,搶修效率降低[3].(3) 發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)后,不能第一時(shí)間查詢到故障設(shè)備信息,不能為接下來的搶修復(fù)電工作提供真實(shí)依據(jù).

本文基于開源的Android系統(tǒng),借助高德地圖API,針對(duì)目前高壓電力線路跳閘事故應(yīng)急處理過程中的各種問題,設(shè)計(jì)開發(fā)了一款高壓架空線路故障快速定位導(dǎo)航系統(tǒng),用以精準(zhǔn)快速地定位故障桿塔位置,同時(shí)具有故障桿塔導(dǎo)航功能和查看故障設(shè)備信息功能,直接導(dǎo)航至故障桿塔,查看故障設(shè)備相關(guān)信息,大大縮短了故障查找時(shí)間,提高了應(yīng)急反應(yīng)速度和效率,為排除故障,使線路快速恢復(fù)供電節(jié)省了寶貴時(shí)間.

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

隨著移動(dòng)應(yīng)用的普及,以及考慮其移動(dòng)辦公的便利性和實(shí)際業(yè)務(wù)的需求,采用Android Studio作為開發(fā)平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì).但在設(shè)計(jì)過程中仍然存在著以下3點(diǎn)問題：(1) 可視化地圖顯示及導(dǎo)航功能實(shí)現(xiàn)問題,為了使系統(tǒng)更直觀和易于操作,需要設(shè)計(jì)地圖顯示主界面、桿塔顯示和線路導(dǎo)航模塊.(2) 海量數(shù)據(jù)交互問題,輸電線路分布點(diǎn)多面廣,僅佛山地區(qū)的輸電桿塔坐標(biāo)數(shù)據(jù)就有一萬多左右,加上設(shè)備信息數(shù)據(jù)有十幾萬之多,個(gè)別數(shù)據(jù)難免存在錯(cuò)誤,此時(shí)數(shù)據(jù)的更新和存儲(chǔ)便成為了必須解決的問題.(3) 故障定位算法問題,通常一回輸電線路有上百基桿塔,需要精準(zhǔn)的計(jì)算方法才能通過故障測距信息準(zhǔn)確定位故障桿塔.

通過分析,針對(duì)不同問題分別提出的解決方案如下：(1) 地圖問題,借助商業(yè)化的地圖軟件解決.利用高德地圖API接口完成地圖顯示、桿塔顯示和地圖導(dǎo)航等功能的實(shí)現(xiàn).(2) 數(shù)據(jù)交互問題,根據(jù)C/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)系統(tǒng)客戶端和服務(wù)端.其中服務(wù)端采用百度云MySQL服務(wù)器,通過與服務(wù)器數(shù)據(jù)的異步線程連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交互.(3) 算法問題,采用遞推算法的思想解決.循環(huán)比較輸入的測距長度和疊加的桿塔長度,最終計(jì)算出故障所處位置.

2.2 系統(tǒng)總體構(gòu)架

本系統(tǒng)總體構(gòu)架包括客戶端和服務(wù)端.其中客戶端為Android系統(tǒng)手機(jī)終端.服務(wù)端基于百度云MySQL服務(wù)器搭建,主要用于儲(chǔ)存輸電線路桿塔位置和設(shè)備信息.客戶端與服務(wù)端根據(jù)C/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),客戶端通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者無線WiFi連接服務(wù)端,進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳下載[4].線路巡視人員可以利用Android系統(tǒng)的手機(jī)終端,通過GPRS或者WiFi將線路桿塔的位置和設(shè)備信息及時(shí)更新上傳到服務(wù)端,同時(shí)也可從服務(wù)端下載更新最新的線路巡視信息.其系統(tǒng)總體構(gòu)架圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

2.3 客戶端軟件設(shè)計(jì)

為了方便設(shè)計(jì)管理,系統(tǒng)客戶端采用模塊化設(shè)計(jì)[5],其主要分5個(gè)模塊,分別是載入線路模塊、故障定位模塊、線路導(dǎo)航模塊、信息查詢模塊和坐標(biāo)更新模塊,總體功能結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示.

圖2 總體功能結(jié)構(gòu)圖

2.3.1 客戶端主界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主界面包括主界面地圖視圖、側(cè)滑欄功能按鈕、菜單欄搜索框和底部信息顯示窗口,如圖3和圖4所示.

圖3 地圖界面

圖4 側(cè)滑欄窗口

地圖視圖借助高德地圖API實(shí)現(xiàn),其具體過程如下：(1) 在主界面設(shè)置高德地圖控件;(2) 將高德地圖jar包放入項(xiàng)目的libs文件夾下;(3) 將高德地圖API官網(wǎng)申請(qǐng)的密鑰配置到項(xiàng)目根目錄下的AndroidMainfest.xml中并添加相關(guān)操作權(quán)限;(4) 重寫Activity_main.java的onCreate方法,對(duì)地圖進(jìn)行全局初始化[5].

側(cè)滑欄功能按鈕通過在主界面設(shè)置側(cè)滑欄控件并添加背景畫面和系列按鈕控件實(shí)現(xiàn)視圖的顯示,其主要包括線路選擇、故障定位、坐標(biāo)更新和信息查詢功能.

菜單欄搜索框通過設(shè)定自定義toolbar實(shí)現(xiàn),在其中設(shè)置自動(dòng)完成輸入框autocompletetextview和搜索按鈕button,通過關(guān)聯(lián)內(nèi)置的輸電線路信息數(shù)據(jù)庫,在輸入框中輸入線路的關(guān)鍵字即出現(xiàn)相關(guān)名稱的線路提示,在Activity_main.java主程序中添加搜索按鈕的監(jiān)聽,按下按鈕即可在地圖上顯示相應(yīng)線路.

底部信息顯示窗口主要設(shè)置了兩個(gè)顯示信息的textview和導(dǎo)航button,textview用于顯示所選線路桿塔的信息,button用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的功能.

2.3.2 載入線路模塊

載入線路桿塔模塊用于載入輸電線路桿塔,當(dāng)在菜單欄搜索框中選擇了具體的線路并點(diǎn)擊搜索按鈕后,系統(tǒng)把內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫中的線路桿塔名稱,桿塔號(hào),經(jīng)緯度等信息導(dǎo)出,所選線路具體線路桿塔便以標(biāo)記物的形式顯示在系統(tǒng)的地圖界面中,如圖5所示.其具體方法是在菜單欄搜索按鈕上增加了載入線路的監(jiān)聽,當(dāng)選擇了具體的線路后查詢數(shù)據(jù)庫中的線路桿塔名稱,桿塔號(hào),經(jīng)緯度等信息,把所選桿塔信息導(dǎo)出,以設(shè)置標(biāo)記物的形式顯示在地圖界面上,從而完成所選線路桿塔的載入.

圖5 載入線路界面

2.3.3 故障定位模塊

故障定位模塊用于實(shí)現(xiàn)快速定位輸電線路故障桿塔的位置,只需輸入故障的線路和故障測距信息,即可定位線路的準(zhǔn)確故障位置,同時(shí)將故障位置相鄰的前后檔輸電桿塔顯示在軟件地圖上.故障定位界面如圖6所示.

為了系統(tǒng)的簡潔美觀,故障定位界面采用自定義dialog的形式顯示,如圖6所示,在dialog中設(shè)置了線路選擇的自動(dòng)完成輸入框和故障測距信息的長度輸入框,根據(jù)選擇的線路和故障測距信息,系統(tǒng)準(zhǔn)確的定位故障桿塔號(hào).為了完成定位首先要計(jì)算輸電線路每段桿塔的長度,其主要方法是采用Android提供的接口Location.distanceBetween,提取選定線路的相鄰桿塔號(hào)的經(jīng)緯度,根據(jù)經(jīng)緯度信息采用Location.distanceBetween方法計(jì)算相鄰桿塔號(hào)的距離.計(jì)算完成后,將小號(hào)桿塔至大號(hào)桿塔的每一段線路長度依次儲(chǔ)存于數(shù)組an[]中,在for循環(huán)中比較故障測距信息與數(shù)組前n項(xiàng)的大小,若故障測距信息比較大,則n+1,由此通過循環(huán)比較計(jì)算出故障所處的相鄰桿塔.另外為了方便查看計(jì)算結(jié)果,在自定義dialog中設(shè)置了顯示桿塔按鈕,點(diǎn)擊后將提取計(jì)算結(jié)果的線路桿塔號(hào),查找數(shù)據(jù)庫中此桿塔信息,具體的線路桿塔便以標(biāo)記物的形式顯示在系統(tǒng)的地圖界面中,如圖7所示.

圖6 故障定位界面

圖7 故障定位桿塔顯示界面

2.3.4 線路導(dǎo)航模塊

線路導(dǎo)航模塊用于導(dǎo)航至指定的線路桿塔,借助高德地圖API,選擇需要導(dǎo)航桿塔后自動(dòng)規(guī)劃最高效、省時(shí)的行車路徑,實(shí)時(shí)導(dǎo)航至目標(biāo)10 m范圍內(nèi).其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：(1) 在Activity_main.java主程序中設(shè)置位置監(jiān)聽類onMyLocationChangeListener,當(dāng)位置發(fā)生變化時(shí)獲取當(dāng)前位置坐標(biāo);(2) 設(shè)置導(dǎo)航界面,新建導(dǎo)航布局guaid.xml,在該布局下設(shè)置高德地圖導(dǎo)航控件;(3) 設(shè)置導(dǎo)航程序Guaid.java,設(shè)置導(dǎo)航監(jiān)聽AMapNaviViewListener,并在導(dǎo)航監(jiān)聽中定義駕車路徑計(jì)算方法,計(jì)算成功后回調(diào)啟動(dòng)導(dǎo)航;(4) 設(shè)置主界面底部信息窗口導(dǎo)航按鈕的監(jiān)聽,當(dāng)按下導(dǎo)航按鈕啟動(dòng)導(dǎo)航程序Guaid.java,同時(shí)默認(rèn)將當(dāng)前位置經(jīng)緯度和設(shè)定目標(biāo)的經(jīng)緯度傳給導(dǎo)航程序,以此完線路駕車導(dǎo)航的開發(fā).導(dǎo)航成功界面如圖8所示.

圖8 線路導(dǎo)航界面

2.3.5 信息查詢模塊

信息查詢模塊用于查詢故障設(shè)備信息.如圖9所示,在dialog中設(shè)置了桿塔設(shè)備的各種信息輸入框,當(dāng)選擇某一線路的某一桿塔,即彈出設(shè)置好的dialog界面,并查詢數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)線路桿塔的設(shè)備信息,將眾多信息一一對(duì)應(yīng)顯示在自定義dialog界面對(duì)應(yīng)的信息輸入框中,從而實(shí)現(xiàn)桿塔設(shè)備信息的查詢.

2.3.6 坐標(biāo)更新模塊

坐標(biāo)更新模塊用于更新錯(cuò)誤坐標(biāo).坐標(biāo)更新模塊界面采用自定義dialog的形式顯示,如圖10所示.在dialog中設(shè)置了線路選擇的自動(dòng)完成輸入框和桿塔選擇的spinner下拉列表,選擇線路后,系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)庫將所選線路的所有桿塔提取,顯示在下拉列表spinner中以供選擇.完成線路和桿塔的選擇后,點(diǎn)擊更新按鈕,系統(tǒng)即獲取當(dāng)前位置信息,直接更新數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)線路桿塔的位置信息,由此完成相應(yīng)桿塔坐標(biāo)的修改.特別的為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交互,使數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)信息更加準(zhǔn)確高效,在側(cè)滑欄中增加了上傳和下載的操作按鈕,系統(tǒng)通過異步線程連接百度云MySQL服務(wù)器,自動(dòng)上傳或下載鐵塔巡視桿塔位置信息.通過與服務(wù)器數(shù)據(jù)的交互,持續(xù)更新完善客戶端的桿塔位置信息,以形成強(qiáng)大的線路坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫.坐標(biāo)數(shù)據(jù)更新界面如圖10所示.

圖9 設(shè)備信息查詢界面

圖10 坐標(biāo)更新界面

3 系統(tǒng)功能優(yōu)點(diǎn)

(1) 快速地定位故障桿塔位置,大大減少人工查詢故障定位耗費(fèi)的時(shí)間.

本系統(tǒng)具有輸電線路故障點(diǎn)定位顯示功能,只要輸入故障的線路和故障測距信息,即可定位線路的準(zhǔn)確故障位置.系統(tǒng)定位精準(zhǔn)高效,改變了傳統(tǒng)人工查詢故障定位的作業(yè)方式,無需人工查閱桿塔明細(xì)表即可判定故障位置桿塔號(hào),大大減少人工查詢故障定位耗費(fèi)的時(shí)間.

(2) 一鍵導(dǎo)航至故障桿塔,智能躲避擁堵路段.

本系統(tǒng)具有架空輸電線路桿塔導(dǎo)航功能,根據(jù)所定位的故障線路桿塔,獲取其坐標(biāo)信息,自動(dòng)規(guī)劃最高效、省時(shí)的行車路徑,一鍵導(dǎo)航至故障定位的桿塔10米范圍內(nèi),解決了搶修人員對(duì)線路桿塔位置和道路路況不熟悉問題,使輸電線路故障應(yīng)急搶修效率大大提升.

(3) 直接查看故障設(shè)備信息,有效提高了應(yīng)急反應(yīng)速度和效率.

本系統(tǒng)具有故障設(shè)備信息查詢功能,可查看故障處線路設(shè)備的詳細(xì)信息,根據(jù)故障類別和位置制定應(yīng)急處置方案,準(zhǔn)備作業(yè)工具和材料,這大大縮短了運(yùn)行人員對(duì)故障線路設(shè)備資料查找時(shí)間,提高了應(yīng)急反應(yīng)速度和效率,為故障處理前作業(yè)工具和材料的準(zhǔn)備節(jié)省了寶貴的時(shí)間.

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果測試

本系統(tǒng)已在Android系統(tǒng)的手機(jī)上安裝調(diào)試使用,系統(tǒng)各部分功能均正?？煽窟\(yùn)行,運(yùn)行效果圖如圖11所示.

圖11 系統(tǒng)運(yùn)行畫面

特別的,為了增加使用人員的用戶體驗(yàn),增加了溫馨提示功能,若各功能模塊的操作沒有按照固定流程,系統(tǒng)會(huì)無法響應(yīng)該操作,同時(shí)系統(tǒng)會(huì)彈出消息框提醒按照流程使用,由此避免誤操作帶來的系統(tǒng)錯(cuò)誤的影響[6],比如故障定位功能操作沒有按照流程選擇線路和輸入長度,系統(tǒng)提示如圖12所示.

圖12 系統(tǒng)提示輸入搜索內(nèi)容

5 總結(jié)

本文基于現(xiàn)有高壓電力線路跳閘事故應(yīng)急處理過程中的問題,借助開源的Android系統(tǒng)和高德地圖API,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高壓架空線路故障快速定位導(dǎo)航系統(tǒng),用以精準(zhǔn)快速地定位故障桿塔位置、查看故障設(shè)備信息和導(dǎo)航至故障桿塔.本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了載入線路、故障定位、線路導(dǎo)航、信息查詢和坐標(biāo)更新等五大模塊功能.為驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性與作用,系統(tǒng)開發(fā)結(jié)束后,實(shí)地測試證明了系統(tǒng)的可靠性及高效性.經(jīng)驗(yàn)證本系統(tǒng)創(chuàng)新了傳統(tǒng)人工查詢故障定位的作業(yè)模式,改傳統(tǒng)的人工查詢?yōu)橄到y(tǒng)定位,并具有故障桿塔導(dǎo)航功能和查看故障設(shè)備信息功能,直接導(dǎo)航至故障桿塔,查看故障設(shè)備相關(guān)信息,大大縮短了故障查找時(shí)間,提高了應(yīng)急反應(yīng)速度和效率,為排除故障,使線路快速恢復(fù)供電節(jié)省了寶貴的時(shí)間.

1 李德剛.架空輸電線路故障測距方法綜述.城市建設(shè)理論研究：電子版,2016,(14)：1996.

2 李濤,裴文輝.輸電線路智能巡檢故障定位系統(tǒng).信息系統(tǒng)工程,2013,(3)：87.

3 王冠宇.輸電線路手機(jī)衛(wèi)星地圖導(dǎo)航系統(tǒng)的定制與應(yīng)用探究.機(jī)電信息,2015,(33)：41,43.

4 陳福集,游丹丹.基于Android的移動(dòng)交警執(zhí)法系統(tǒng).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2016,25(2)：22-30.

5 鄭秋梅,蘇政,龔雪松,等.基于Android的手機(jī)校園導(dǎo)航系統(tǒng).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2017,26(2)：58-62.

6 韓文智,駱文亮.Android平臺(tái)的移動(dòng)APP開發(fā)方法與應(yīng)用研究.四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,28(3)：22-26.[doi：10.11863/j.suse.2015.03.05]