基于GPS技術(shù)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃 炎

（國(guó)網(wǎng)漢中供電公司，陜西 漢中 723000）

0 引 言

電力線路的整體規(guī)模很大且分布復(fù)雜，有些線路會(huì)穿過(guò)較為艱險(xiǎn)的地勢(shì)地形，如叢山峻嶺和戈壁荒漠等地區(qū)，還有一些線路會(huì)穿越交通死區(qū)或是信號(hào)盲區(qū)，從而給線路巡檢工作帶來(lái)了很大的困難，不容易開(kāi)展線路和鐵塔等的維護(hù)工作，且故障定位也存在很大難度。隨著電力建設(shè)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)人力巡檢模式已經(jīng)逐漸落伍，需要依靠現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)構(gòu)建信息化的巡檢系統(tǒng)，逐步取代傳統(tǒng)的人力巡檢模式?；跓o(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和GPS定位技術(shù)開(kāi)發(fā)的信息化電力巡檢系統(tǒng)，能夠有效解決電力巡檢工作中出現(xiàn)的問(wèn)題，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 電力巡檢的現(xiàn)狀

由于我國(guó)轄區(qū)范圍較大，目前巡查崗位警務(wù)人員主要采用警車巡查方式，而巡線人員對(duì)船只進(jìn)行巡線檢查時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施查詢必須使用移動(dòng)巡線設(shè)備。在傳統(tǒng)電力巡檢中，存在著以下常見(jiàn)問(wèn)題。

巡檢人員個(gè)人素養(yǎng)影響巡檢質(zhì)量，導(dǎo)致巡檢質(zhì)量水平高低不一。在傳統(tǒng)人力巡檢中，巡檢工作是依靠巡檢人員來(lái)完成的，每個(gè)巡檢人員的專業(yè)知識(shí)、技術(shù)水平以及經(jīng)驗(yàn)積累不同，因此在電力巡檢中對(duì)于問(wèn)題的判斷和處理可能出現(xiàn)大相徑庭的情況[1]。巡檢人員的具體巡檢工作缺乏有效的控制和管理。要確保電力巡檢的實(shí)效性，就需要對(duì)巡檢人員做好管控以確保巡檢過(guò)程合規(guī)，然而在實(shí)際中缺乏有效手段來(lái)管理巡檢人員的巡檢過(guò)程，從而無(wú)法確保巡檢質(zhì)量。巡檢工作產(chǎn)生的各種信息和數(shù)據(jù)主要以紙質(zhì)檔案的形式記錄和保存，每次巡檢都會(huì)產(chǎn)生大量記錄，不論是數(shù)據(jù)整理還是分析，工作量都很大，無(wú)法及時(shí)并高效地完成。此外，傳統(tǒng)電力巡檢已脫離時(shí)代發(fā)展。目前社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入到信息化和互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，巡檢工作也應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息化的創(chuàng)新構(gòu)建[2]。然而當(dāng)前很多地區(qū)還是以人力巡檢為主，脫離了時(shí)代的發(fā)展，因此有必要引入新技術(shù)來(lái)構(gòu)建巡檢信息管理系統(tǒng)，以提高線路巡檢管理水平。

2 基于GPS技術(shù)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)功能要求

GPS系統(tǒng)基于衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，是由美國(guó)國(guó)防部從1973年開(kāi)始組織實(shí)施，歷時(shí)20年，耗資2×1010美元，于1994年全面建成[3]?；贕PS技術(shù)設(shè)計(jì)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)，面向的用戶類型是巡線人員。

為了實(shí)現(xiàn)電力巡檢的優(yōu)化發(fā)展，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)以及高效的目標(biāo)，在新時(shí)代環(huán)境下應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)化和規(guī)范化的設(shè)計(jì)，并依靠現(xiàn)代科技建立信息化的電力巡檢系統(tǒng)，同時(shí)基于GPS技術(shù)構(gòu)建電力巡檢信息管理系統(tǒng)時(shí)需要考慮以下具體要求。一是便于攜帶和移動(dòng)，操作界面簡(jiǎn)單，具有良好的人機(jī)交互特性，二是多形式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登錄，基于授權(quán)相關(guān)功能分類分層使用，三是缺陷數(shù)據(jù)項(xiàng)具備完整性，或者具備線路與設(shè)備的屬性描述，四是可以實(shí)現(xiàn)GPS信息的自動(dòng)化接收，五是具備自檢功能，可以完成自檢，同時(shí)防范巡線人員產(chǎn)生的錯(cuò)檢和漏檢問(wèn)題，六是巡線記錄文件可以基于無(wú)線傳輸直接上傳到服務(wù)器，管理人員登錄系統(tǒng)就可以查看和處理記錄[4]。

3 基于GPS技術(shù)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)方案

目前，構(gòu)建電力行業(yè)信息管理系統(tǒng)的主要模式有瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）和客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）兩種[5]?；陔娏ρ矙z的要求，C/S模式的適用性不強(qiáng)，因此本系統(tǒng)采用C/S模式，如圖1所示。基于C/S架構(gòu)，不需要移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器端保持持續(xù)的連接也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這種情況下，兩端的軟件需要基于實(shí)際工作需求來(lái)編寫(xiě)，用戶界面和業(yè)務(wù)邏輯等功能應(yīng)基于客戶端實(shí)現(xiàn)。這種形式能夠在較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和用戶交互下順利進(jìn)行，并且可以在離線狀態(tài)工作[6]。移動(dòng)端搜集的數(shù)據(jù)先在本地儲(chǔ)存，然后同步到服務(wù)器，或某一時(shí)刻與服務(wù)器端通過(guò)無(wú)線傳送的方式上傳數(shù)據(jù)。

圖1 C/S系統(tǒng)模式

3.2 模塊劃分

基于整體的C/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合具體的功能要求，需要明確其中的具體功能模塊及其構(gòu)成?？蛻舳伺c服務(wù)器端功能模塊的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于GPS技術(shù)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)模塊圖

3.3 通信設(shè)計(jì)

基于GPS技術(shù)設(shè)計(jì)電力巡檢信息管理系統(tǒng)時(shí)，需要確定外部硬件和內(nèi)部軟件的構(gòu)成，其中外部硬件主要包含GPS接收機(jī)和移動(dòng)設(shè)備等，內(nèi)部軟件主要包含線路設(shè)備缺陷錄入與保存的相關(guān)軟件。整體通信設(shè)計(jì)方案中，由接收機(jī)接收采集GPS信號(hào)，然后傳輸給移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行信息提取和處理，同時(shí)錄入缺陷數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一保存，整合成巡檢文件，最后經(jīng)過(guò)上傳系統(tǒng)傳輸?shù)椒?wù)器端[7]。

3.3.1 移動(dòng)設(shè)備與GPS接收機(jī)串口通信

移動(dòng)設(shè)備具有相應(yīng)的串行端口與外部設(shè)備對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)通信傳輸。串行端口本質(zhì)上相當(dāng)于編碼轉(zhuǎn)換器，能夠在設(shè)備和芯片之間轉(zhuǎn)碼數(shù)據(jù)，為通信傳輸起到紐帶作用，同時(shí)GPS接收機(jī)也提供一個(gè)串口通信接口，其硬件連接如圖3所示。

圖3 移動(dòng)設(shè)備與GPS的硬件連接

在實(shí)際使用中，GPS接收機(jī)需要接收衛(wèi)星傳輸?shù)南嚓P(guān)信息，這些信息是基于NMEA0183協(xié)議的數(shù)據(jù)。GPS接收機(jī)通過(guò)通信串口不斷發(fā)送該協(xié)議下的信息，并將其傳輸給移動(dòng)設(shè)備，信息格式如下：

在具體實(shí)踐中，從特定語(yǔ)句中將其包含的字符信息提取出來(lái)就可以獲得該語(yǔ)句所包含的意思，理解其表達(dá)的信息。語(yǔ)句中每個(gè)字符所代表的含義如下，<1>代表定位時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)格式（UTC time）：時(shí)時(shí)分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss），<2>代表定位狀態(tài)，A表示數(shù)據(jù)可用，V表示數(shù)據(jù)不可用，<3>代表緯度，<4>代表南（S）/北（N）半球，<5>代表經(jīng)度，<6>代表東（E）/西（W）半球，<7>代表相對(duì)位移速度，0.0至1851.8 knots，<8>代表相對(duì)位移方向，單位為度，<9>代表日期，格式為日日月月年年（ddmmyy），<10>代表磁極變量，000.0至180.0，<11>代表度數(shù)。

3.3.2 移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器端主機(jī)通信

在本設(shè)計(jì)中，移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器端可以通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)（或5G網(wǎng)絡(luò)）來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器端的文件傳輸路徑如圖4所示。從MS移動(dòng)臺(tái)設(shè)備經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件到服務(wù)器端主機(jī)時(shí)，首先請(qǐng)求分配信道，系統(tǒng)預(yù)留好時(shí)隙后給出應(yīng)答。在預(yù)留的時(shí)隙內(nèi)，將要傳輸?shù)奈募醋泳W(wǎng)相關(guān)融合協(xié)議（Sub Network Dependant Convergence Protocol，SNDCP） 的格式完成數(shù)據(jù)的分組和打包，并確定TCP/IP地址和加密方式。SNDC數(shù)據(jù)單元包生成后被放置到數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議LLC幀內(nèi)，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)BSS中的BTS（BSS包括BTS和BSC）后，如果BTS接收到正確且完整的數(shù)據(jù)單元，就會(huì)給出肯定應(yīng)答。BTS從LLC中拆掉封裝，將數(shù)據(jù)按BSS GP協(xié)議的數(shù)據(jù)方式發(fā)送給SGSN，SGSN將數(shù)據(jù)封裝成4G隧道協(xié)議GTP，并傳送給GGSN[8]。GGSN拆掉封裝，檢驗(yàn)分組的地址和協(xié)議，從而選擇出正確的路由到達(dá)Internet中的某一主機(jī)。

圖4 移動(dòng)設(shè)備與服務(wù)器端的文件傳輸路徑

3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)元素是最小的構(gòu)成單元，也是被操作的具體對(duì)象，對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)實(shí)現(xiàn)合理的組織是保證數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵。因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平對(duì)系統(tǒng)效率與整體效果會(huì)產(chǎn)生無(wú)法預(yù)估的影響，所以確保數(shù)據(jù)結(jié)果的正確完善，能夠讓數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效力更高。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一是數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析，分析用戶數(shù)據(jù)使用、保存、更新以及查詢的需求，并基于這些需求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入和輸出等相關(guān)功能[9]。二是數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，立足數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析，針對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)，以便能夠滿足用戶需求，為后面的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。三是數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型[10]。

3.5 系統(tǒng)測(cè)試

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于GPS技術(shù)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)旨在檢驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)容，保證各功能模塊可以正常發(fā)揮對(duì)應(yīng)的功能。檢驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀況與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀況，需要測(cè)試移動(dòng)設(shè)備登陸模塊、電力巡檢信息管理系統(tǒng)項(xiàng)錄入模塊以及GPS定位模塊。登錄模塊主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)合法用戶的電力巡線系統(tǒng)登錄管理，總體上包括登錄和退出兩個(gè)大方面的管理。電力巡檢信息管理系統(tǒng)項(xiàng)錄入模塊是整個(gè)移動(dòng)電力巡線系統(tǒng)維護(hù)與管理的關(guān)鍵，在移動(dòng)巡線工作中占據(jù)重要的地位，能夠及時(shí)錄入與得知電力巡檢信息管理系統(tǒng)狀況，并進(jìn)行相關(guān)事件的處理。GPS定位模塊作為一種新型的技術(shù)模式，在移動(dòng)電力巡線系統(tǒng)中具備良好的應(yīng)用效果，并且在巡線人員位置確定方面具有關(guān)鍵性作用。

4 結(jié) 論

綜上所述，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于GPS技術(shù)的電力巡檢信息管理系統(tǒng)，可以讓工作人員在任何時(shí)間與地點(diǎn)開(kāi)展業(yè)務(wù)管理工作，同時(shí)可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并對(duì)其處理，實(shí)時(shí)掌握電力線路的運(yùn)行狀態(tài)，在很大程度上降低了員工的工作量，顯著提升了工作效率，保證了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。