輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊凱，劉世濤，伍弘，房子祎，吳波

(國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011)

輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行是電力系統(tǒng)中及其重要的一環(huán)[1]，為確保輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，電力公司定期開展輸電線路的巡檢工作，包括：人工巡線、輸電線路的常規(guī)檢修、缺陷消除及定期開展的各項(xiàng)檢測(cè)；輸電線路新投運(yùn)或遷改工程的現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)監(jiān)督管控、工程驗(yàn)收等內(nèi)容。巡檢的目的是及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況和周圍環(huán)境的變化，發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷和安全隱患并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。目前電力公司的輸電設(shè)備跨距長(zhǎng)、數(shù)量多、分布范圍廣，并且逐年倍數(shù)增加，然而在巡檢過程中，巡檢人員仍采用紙質(zhì)記錄信息，缺乏有效的信息化手段，導(dǎo)致巡檢效率較低。除此之外，在輸電巡檢工作中，也會(huì)出現(xiàn)巡檢人員工作不全面、不到位的情況，使得管理人員難以及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地了解巡檢狀況，及時(shí)做出合理的決策。

1 輸電線路巡檢現(xiàn)狀

近年來，隨著移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及巡檢工作需求增多，出現(xiàn)了一系列基于GPS(Global Positioning System)技術(shù)和RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)的電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)[2-4]，巡檢人員利用移動(dòng)終端PDA(Personal Digital Assistant)讀取電力設(shè)備上的電子標(biāo)簽以獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，再將巡檢數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C端的后臺(tái)管理系統(tǒng)。這類系統(tǒng)與人工紙質(zhì)巡檢方式相比，工作效率有了很大的提高，但流程繁雜，不滿足國(guó)網(wǎng)信息安全規(guī)定，在使用過程中逐漸被淘汰。

隨著智能手機(jī)、平板電腦以及智能手表等一系列移動(dòng)智能終端普及率越來越高，將智能移動(dòng)終端帶入到電力設(shè)備巡檢工作中不僅能大大提高巡檢工作的效率，也為電力系統(tǒng)輸電巡檢提供了機(jī)遇?，F(xiàn)階段移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，在云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支撐下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的應(yīng)用潛力得到有效激發(fā)，各專業(yè)領(lǐng)域的移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)揮作用突出[5-6]，因此，本文結(jié)合現(xiàn)有的信息化技術(shù)，依據(jù)現(xiàn)有的巡檢模式，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種輸電線路智能巡檢系統(tǒng)，滿足輸電巡檢的各項(xiàng)工作內(nèi)容，不僅能大大提高巡檢工作的效率，更能擴(kuò)大智能巡檢在各電力企業(yè)中的普及率和覆蓋率，從而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

2 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的輸電移動(dòng)巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)以輸電設(shè)備為基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)功能需求為主線，覆蓋巡視管理、檢測(cè)管理、檢修管理、工程驗(yàn)收管理等多項(xiàng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)輸電巡檢作業(yè)規(guī)劃、數(shù)據(jù)錄入、缺陷管控、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取耙徽臼健惫芾砗洼旊娧矙z無紙化作業(yè)。輸電線路智能巡檢系統(tǒng)由服務(wù)端和移動(dòng)端組成。

2.1 移動(dòng)端技術(shù)框架

移動(dòng)端技術(shù)框架采用MVP開發(fā)模式進(jìn)行搭建，可細(xì)化為5個(gè)層次，即同步及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、基礎(chǔ)公共和各業(yè)務(wù)模塊，以及數(shù)據(jù)展示，如圖1所示。

圖1 移動(dòng)端技術(shù)架構(gòu)

同步及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：主要是通過數(shù)據(jù)同步框架(KSyncLib)將主站端數(shù)據(jù)同步到移動(dòng)端數(shù)據(jù)庫(SQLite)進(jìn)行下載以及存儲(chǔ)，如巡視計(jì)劃、缺陷記錄、檢測(cè)計(jì)劃等數(shù)據(jù)。在移動(dòng)端無法連接網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的環(huán)境下，保證移動(dòng)端的數(shù)據(jù)獲取正常和穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)管理模塊：主要通過數(shù)據(jù)查詢框架執(zhí)行數(shù)據(jù)同步服務(wù)，以及通過網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行底層數(shù)據(jù)的查詢和變換，從而支撐上層業(yè)務(wù)邏輯能夠更好工作和運(yùn)行。

基礎(chǔ)公共模塊：主要是各個(gè)子業(yè)務(wù)模塊依賴的基礎(chǔ)模塊，包含一些公共的組件及封裝工具、各個(gè)模塊之間相同的業(yè)務(wù)邏輯代碼被放在一起，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能代碼的復(fù)用。

各業(yè)務(wù)模塊：是各個(gè)業(yè)務(wù)的應(yīng)用功能模塊的總和。它主要包括巡視管理、檢測(cè)管理、系統(tǒng)管理、設(shè)備臺(tái)賬管理、檢修管理、驗(yàn)收管理、隱患/缺陷管理、工程項(xiàng)目管理、統(tǒng)計(jì)分析、綜合展示等功能。

數(shù)據(jù)展示：主要是各業(yè)務(wù)模塊的查詢數(shù)據(jù)展示，包括計(jì)劃完成情況、缺陷/隱患情況、臺(tái)賬校驗(yàn)情況以及人員巡視工作質(zhì)量情況的統(tǒng)計(jì)和展示。展示方式有柱狀圖、折線圖、餅圖以及表格。

2.2 服務(wù)端技術(shù)框架

服務(wù)端技術(shù)架構(gòu)主要包括持久層、基礎(chǔ)框架、元數(shù)據(jù)層、微內(nèi)核基層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)組件層、接口層和展現(xiàn)層，如圖2所示。

圖2 服務(wù)端技術(shù)架構(gòu)

持久層：該層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)持久化操作，平臺(tái)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)庫(MySQL)，并制定1主2從1備的技術(shù)策略，保證數(shù)據(jù)安全；對(duì)于平臺(tái)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用文件存儲(chǔ)服務(wù)(Minio)，在文件高并發(fā)訪問時(shí)，保證文件安全、可控。

基礎(chǔ)框架：該框架采用Jdk8和WebLogic進(jìn)行平臺(tái)運(yùn)行，使用Spring框架解決項(xiàng)目中的IOC、AOP、TX需求，采用HTTP協(xié)議作為模塊間的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，并基于KWEB框架解決基礎(chǔ)平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理功能。

元數(shù)據(jù)層：該層包含系統(tǒng)需要的各類基礎(chǔ)配置數(shù)據(jù)，用于提供系統(tǒng)功能選項(xiàng)、系統(tǒng)功能開關(guān)、功能參數(shù)模板，實(shí)現(xiàn)信息的描述和分類的格式化，有利于梳理數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的質(zhì)量。

微內(nèi)核基層：該層能夠提供系統(tǒng)必要服務(wù)，其中包括PIO/JXL組件庫，系統(tǒng)運(yùn)行管控、方法庫、插件框架、基礎(chǔ)API、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)等。它能夠使不同的API和文件系統(tǒng)在1個(gè)系統(tǒng)中共存，為系統(tǒng)提高了可擴(kuò)展性和可靠性。

數(shù)據(jù)處理層：該層的主要功能是訪問數(shù)據(jù)庫，可以訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、二進(jìn)制文件、文本文檔或是XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語言)文檔，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)表的查詢、新增、修改、刪除的操作。

業(yè)務(wù)組件層：該層主要包括登錄所需的賬號(hào)權(quán)限獲取，部門關(guān)系獲取，單點(diǎn)登錄設(shè)置以及支撐如流程審核、報(bào)表顯示、數(shù)據(jù)提交等功能所需的各類中間件。業(yè)務(wù)組件層為系統(tǒng)功能開發(fā)提供了豐富的基礎(chǔ)組件支持，可加快開發(fā)速度，通過組件重用，提高了代碼質(zhì)量。

接口層：該層主要包括系統(tǒng)與輸電生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接的各類接口，如巡視計(jì)劃、巡視記錄、檢測(cè)計(jì)劃、檢測(cè)記錄以及缺陷記錄等接口，各接口使用服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步和上傳。

展現(xiàn)層：該層包括構(gòu)成輸電移動(dòng)巡檢系統(tǒng)服務(wù)端和移動(dòng)端展示界面的各項(xiàng)技術(shù)和框架，界面豐富的展現(xiàn)形式和流暢的操作體驗(yàn)均由這些技術(shù)手段提供支撐。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

輸電智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括巡視管理、檢測(cè)管理、檢修管理、工程驗(yàn)收管理、項(xiàng)目管理5大移動(dòng)作業(yè)功能，同時(shí)包括與其相關(guān)的缺陷/隱患管理、設(shè)備臺(tái)賬管理、統(tǒng)計(jì)分析、歷史數(shù)據(jù)管理、智能管控和系統(tǒng)管理功能。輸電智能巡檢系統(tǒng)功能規(guī)劃如圖3所示。

3 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)及框架，利用程序語言建立了輸電智能巡檢系統(tǒng)。移動(dòng)端采用移動(dòng)APP，作業(yè)人員利用定制的移動(dòng)終端開展輸電巡檢工作,主要承載相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)人員開展現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，完成記錄設(shè)備缺陷，上傳現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和查詢歷史數(shù)據(jù)等服務(wù)端采用WEB頁面展示，主要用于分發(fā)作業(yè)計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)分析作業(yè)結(jié)果和管控作業(yè)全過程，為管理人員提供決策依據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用移動(dòng)4G通信網(wǎng)絡(luò)，并加裝電網(wǎng)公司安全加密措施。具體實(shí)現(xiàn)如下：

(1)移動(dòng)端APP。定制終端的性能需滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并且符合電網(wǎng)企業(yè)的安全管理規(guī)定。作業(yè)人員分配固定的賬號(hào)，進(jìn)入APP中進(jìn)行操作，輔助進(jìn)行輸電線路的各項(xiàng)巡檢作業(yè)。只有定制的終端和指定的用戶兩項(xiàng)條件同時(shí)滿足時(shí)，作業(yè)人員才能使用移動(dòng)APP。移動(dòng)端APP涵蓋輸電巡視、檢測(cè)、檢修、工程驗(yàn)收管理、項(xiàng)目管理、缺陷隱患管理等各項(xiàng)基本業(yè)務(wù)功能，可在現(xiàn)場(chǎng)替代作業(yè)指導(dǎo)書和現(xiàn)場(chǎng)記錄，使用方便。

(2)服務(wù)端后臺(tái)系統(tǒng)。采用WEB頁面展示，可實(shí)現(xiàn)輸電移動(dòng)作業(yè)各項(xiàng)工作開展情況的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，可在服務(wù)端派發(fā)各種工作任務(wù)[7]，并按需導(dǎo)出各類作業(yè)記錄文件，提高了輸電一體化管理的效率。

整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)快速采集、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡內(nèi)置、缺陷統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理、作業(yè)流程管理、GPS導(dǎo)航、語音提示、電子文件導(dǎo)出、巡檢記錄“一鍵上傳”、歷史數(shù)據(jù)快速查詢等功能。整個(gè)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

(3)數(shù)據(jù)傳輸

移動(dòng)端在與服務(wù)端通過安全接入平臺(tái)進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，通過安全接入平臺(tái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端數(shù)據(jù)同服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互，同時(shí)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)可充分發(fā)揮對(duì)移動(dòng)作業(yè)終端的管控職能，確保了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，滿足電網(wǎng)企業(yè)信息安全的要求。

圖3 輸電智能巡檢系統(tǒng)功能規(guī)劃

圖4 輸電智能巡檢系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用

目前該系統(tǒng)已設(shè)計(jì)完成，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試運(yùn)行。如圖5所示系統(tǒng)移動(dòng)端APP的巡視功能界面。

通過與現(xiàn)有的作業(yè)模式對(duì)比，本系統(tǒng)應(yīng)用后，可有效改變當(dāng)前采用紙質(zhì)方式作業(yè)的模式，實(shí)現(xiàn)了全流程信息化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了全流程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)智能化，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)數(shù)據(jù)的閉環(huán)溯源管理；同時(shí)優(yōu)化了巡視作業(yè)流程，通過信息化技術(shù)手段極大提高了各級(jí)人員工作效率，加快了輸電各階段信息的流轉(zhuǎn)速率；同時(shí)也極大降低了基層人員的工作負(fù)擔(dān)，基層人員每天工作量下降了20%～30%，全面提高了輸電巡檢專業(yè)的工作效率。

圖5 移動(dòng)端APP的巡視功能界面

5 結(jié) 語

本文將現(xiàn)有的信息化手段與輸電巡檢作業(yè)有機(jī)的結(jié)合在一起，詳細(xì)探討和設(shè)計(jì)了輸電智能巡檢系統(tǒng)的技術(shù)框架和功能框架，完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試運(yùn)行。結(jié)果表明該系統(tǒng)降低了作業(yè)人員的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)有效提升了輸電線路巡檢工作的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和智能化管理水平。