基于多源地圖的人員巡線軌跡記錄、路徑追蹤的技術(shù)研究及APP應(yīng)用開發(fā)

龐博 趙國良 陳廣宇 劉健 王樹軍

摘 要： 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)作為社會(huì)發(fā)展的重要助力，規(guī)模不斷擴(kuò)大，對電網(wǎng)運(yùn)行安全及現(xiàn)場巡線工作管控的要求也越來越高，承德地區(qū)管轄路線多、巡視路徑復(fù)雜、人員和車輛等資源短缺等現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下，經(jīng)常出現(xiàn)路況不熟悉造成無法按時(shí)到達(dá)指定巡視地點(diǎn)、巡視效率低、巡視標(biāo)準(zhǔn)化水平不高等情況。針對上述問題，本文提出一種有效的手段進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)巡線和跟蹤管理巡視軌跡。運(yùn)用GIS技術(shù)對輸電線路的實(shí)際路線、地理位置線路重點(diǎn)薄弱環(huán)節(jié)和交叉跨越等信息進(jìn)行采集，通過多源地圖量化巡線路徑數(shù)據(jù)確定巡視的步行時(shí)間、現(xiàn)場巡視所需時(shí)間和記錄時(shí)間，通過對人員巡視軌跡記錄、路徑追蹤的技術(shù)手段，按段巡視替代按線巡視的方式優(yōu)化線路巡檢路徑，跟蹤巡視過程、提高巡視效率。

關(guān)鍵詞： 多源地圖；巡線軌跡；路徑追蹤；APP

隨著電力行業(yè)飛速發(fā)展，電力規(guī)模日益擴(kuò)大，輸電線路的分布范圍變廣，影響線路安全運(yùn)行的隱患逐漸增加。為了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要安排人員按時(shí)對線路進(jìn)行巡視，定期的巡視不僅可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)的隱患，還可以發(fā)現(xiàn)潛在的生長中的隱患。因此，急需一種有效的手段進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)巡線和跟蹤管理巡視軌跡，運(yùn)用GIS技術(shù)對輸電線路的實(shí)際路線、地理位置線路重點(diǎn)薄弱環(huán)節(jié)和交叉跨越等信息進(jìn)行采集，通過多源地圖量化巡線路徑數(shù)據(jù)確定巡視的步行時(shí)間、現(xiàn)場巡視所需時(shí)間和記錄時(shí)間，結(jié)合對試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的輸電線路的巡視要素（包括地理位置、環(huán)境、巡視重點(diǎn)）進(jìn)行分析，通過對人員巡視軌跡記錄、路徑追蹤的技術(shù)手段，按段巡視替代按線巡視的方式優(yōu)化線路巡檢路徑，跟蹤巡視過程、提高巡視效率。

1.國內(nèi)外研究概況

目前，國內(nèi)外在電力巡線中采用的主要技術(shù)手段有人工巡線，直升機(jī)巡線、移動(dòng)機(jī)器人巡線、無人機(jī)巡線。

人工巡線是借助各種檢測設(shè)備采集數(shù)據(jù)，獲取設(shè)備狀態(tài)信息，是應(yīng)用時(shí)間最長，應(yīng)用最廣泛的巡線方式；

機(jī)器人依靠搭載的傳感器采集數(shù)據(jù)，與人工巡線的差別知識巡線的主體不同，巡視機(jī)器人可以帶電工作，以設(shè)定的速度沿著輸電線路爬行，可以跨越防震錘、桿塔等障礙，使用攜帶的傳感器對線路、桿塔等進(jìn)行檢測，可以替代人工巡線的工作，提高巡線的精度和效率。巡線機(jī)器人的技術(shù)較為成熟，但是機(jī)器人巡線還是需要人工參與，而且作業(yè)范圍比較小，需要借助人工的程度比較高，能跨越障礙物的機(jī)器人研究進(jìn)展緩慢；

而直升機(jī)與無人機(jī)巡線則是借助先進(jìn)的模式識別技術(shù)來分析采集到的各種影響數(shù)據(jù)。由于當(dāng)前模式識別算法的先進(jìn)性不高、機(jī)器人的移動(dòng)過程存在困難，直升機(jī)、無人機(jī)及機(jī)器人巡線仍然有很大的局限性。應(yīng)用最為廣泛的仍然是人工巡線。

人工巡線的適應(yīng)性、靈活性強(qiáng)。在目前這一階段內(nèi)，大部分研究人員仍然是將重點(diǎn)放在如何提高巡線管理系統(tǒng)的自動(dòng)化及智能化水平，降低巡線人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高巡線管理效率

本項(xiàng)目采用地理信息技術(shù)，進(jìn)行基于多源地圖的人員巡視軌跡記錄、路徑追蹤的技術(shù)研究，利用智能巡視系統(tǒng)及智能手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)多源地圖量化巡線路徑數(shù)據(jù)、規(guī)劃巡視路徑、進(jìn)行人員巡線軌跡記錄及跟蹤、綜合工區(qū)人員的巡線效率。

2.基于多源地圖的人員巡線軌跡記錄、路徑追蹤的技術(shù)研究及APP應(yīng)用開發(fā)

2.1基于多源地圖的人員軌跡記錄及追蹤的研究

從不同種類的地圖里抽取出有用的信息，處理后形成多源地圖。多源地圖包括街道地圖、衛(wèi)星地圖、等高線圖等多種地圖。因普通地圖只顯示城市街道等信息，在交通不便利的地區(qū)，單純的普通地圖無法解決路線導(dǎo)航問題。App可以提供地圖的多種瀏覽模式，山區(qū)等地區(qū)可以使用等高線圖，解決山區(qū)等遠(yuǎn)離城市的位置普通地圖無內(nèi)容的情況，并研究相關(guān)算法，解決多地圖間的數(shù)據(jù)漂移問題。

用戶在巡線時(shí)可以使用App記錄巡視軌跡，并且可在巡視軌跡中標(biāo)記特殊的位置點(diǎn)，為下一次路線巡視工作提供路徑樣本；多人巡視軌跡共享后形成軌跡庫，為接下來的巡視提供了路線參考。

2.2 GPS定位導(dǎo)航的誤差修正算法研究

GPS定位是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來的信息，計(jì)算同一時(shí)刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之間的偽距離，采用空間距離后方交會(huì)方法，來確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此，對于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播過程和地面接收設(shè)備都會(huì)對GPS定位產(chǎn)生誤差。主要誤差來源可分為：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；與信號傳播有關(guān)的誤差；與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。GPS定位的主要6種誤差為：星歷誤差—予報(bào)的衛(wèi)星位置的誤差；衛(wèi)星鐘差—予報(bào)的衛(wèi)星鐘差，包括SA；電離層誤差—由于電離層效應(yīng)引起的觀測值的誤差；對流層誤差—由于對流層效應(yīng)引起的觀測值的誤差；多徑誤差—由于反射信號進(jìn)入接收機(jī)天線引起的觀測值的誤差；接收機(jī)誤差—由于熱噪聲、軟件和各通道之間的偏差引起的觀測值誤差。

本文所研究的系統(tǒng)中GPS信號的自動(dòng)采集擬采用每隔十秒采樣一次的頻率，并設(shè)定定位誤差閾值，由于GPS定位方式存在以上誤差的原因，定位坐標(biāo)偶有不準(zhǔn)，若采樣定位差距大于閾值，則會(huì)使用之前定位的采樣點(diǎn)形成的曲線進(jìn)行擬合，然后自動(dòng)計(jì)算有誤差的采樣點(diǎn)坐標(biāo)，再結(jié)合之后的采樣點(diǎn)，對此坐標(biāo)進(jìn)行修正。

2.3 輸電線路多源地圖的人員巡線軌跡記錄、路徑追蹤的軟件管理系統(tǒng)包括Web端巡視管理軟件和手機(jī)APP研究。

系統(tǒng)分為Web端巡視管理系統(tǒng)和手機(jī)端APP兩部分組成。業(yè)務(wù)部門利用Web端巡視人員路徑、系統(tǒng)指定巡視軌跡計(jì)劃；巡視人員則利用手機(jī)端APP，依據(jù)終端地圖軌跡顯示任務(wù)路線對電力設(shè)施進(jìn)行巡視，并將巡視路徑人員軌跡狀態(tài)及時(shí)傳送至巡視管理系統(tǒng)。

Web端系統(tǒng)主要提供管理功能：管理人員下發(fā)巡視任務(wù)、查看巡視狀況等；App主要是巡視人員使用，在智能手機(jī)全面普及的情況下，無需配備其他設(shè)備巡視人員手機(jī)安裝App即可開始工作，App能接收個(gè)人巡視任務(wù)、桿塔導(dǎo)航、接收通知等，大大減輕了工作量，提高了工作效率。

3.總結(jié)

本文的研究將通過多源地圖的方式為巡線人員提供更為準(zhǔn)確的地圖導(dǎo)航，從而保證巡線人員能夠及時(shí)趕到巡線地點(diǎn)，按時(shí)完成巡線任務(wù)，同時(shí)，融合運(yùn)用GIS、多源地圖等技術(shù)對人員巡視軌跡進(jìn)行路徑追蹤、記錄，提供軌跡管理與查詢功能，方便巡線工作跟蹤及管理，最終完成一套輸電線路多源地圖的人員巡線軌跡記錄、路徑追蹤的軟件管理系統(tǒng)，通過Web端和APP端的配合使用，實(shí)現(xiàn)對巡線工作從計(jì)劃制定到軌跡跟蹤的全流程管理，改善巡視質(zhì)量，提高管理水平。

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