高壓輸電線路多維數(shù)據(jù)的中臺(tái)技術(shù)①

白格平,李英俊,魯 耀,韓吉軍,陳曉東

1(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司 烏蘭察布電業(yè)局,烏蘭察布 012000)

2(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 輕工與紡織學(xué)院,呼和浩特 010000)

當(dāng)前輸電線路巡檢的手段逐漸增加,數(shù)據(jù)源種類也越來越多,且這些數(shù)據(jù)源均存在于多種不同的系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)錄入方式也各有不同.多維數(shù)據(jù)源種類繁雜,按數(shù)據(jù)出現(xiàn)的方式可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩類[1];按數(shù)據(jù)種類可分為數(shù)字信息、文檔信息、圖片信息及視頻信息;按數(shù)據(jù)的來源可分為手工錄入、航檢視頻拍攝及前沿機(jī)記錄三種形式.這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的非標(biāo)準(zhǔn)型,信息的不對(duì)等造成數(shù)據(jù)分析的困難[2].此外,多維數(shù)據(jù)源所述的系統(tǒng)處于孤島狀態(tài),無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán).隨著輸電線路巡檢業(yè)務(wù)規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)制造要求的提升,當(dāng)前狀態(tài)逐漸無法滿足對(duì)數(shù)據(jù)的管理需求及輸電線路巡檢下一步信息化建設(shè)的發(fā)展.基于上述現(xiàn)狀,為了滿足新的科技發(fā)展規(guī)劃,及時(shí)準(zhǔn)確地完成巡檢任務(wù)、節(jié)省巡檢人員的運(yùn)行時(shí)間、為管理人員提供有效的監(jiān)督依據(jù),從而提高工作效率及管理水平,為烏蘭察布電業(yè)局開發(fā)的架空輸電線路信息化集成與專家決策支持平臺(tái)(以下稱新系統(tǒng)),滿足新的科技發(fā)展規(guī)劃,數(shù)據(jù)的中臺(tái)處理是目前的必要工作.

1 高壓輸電線路多維數(shù)據(jù)的中臺(tái)技術(shù)

1.1 概述

目前輸電線路巡檢已投入使用了如視頻圖像分析管理系統(tǒng)、GIS(地理信息管理系統(tǒng))及MIS(企業(yè)信息管理系統(tǒng))等智能化管理系統(tǒng),但這些系統(tǒng)大多采用單體架構(gòu),雖然其前期開發(fā)成本低、周期短、能夠快速實(shí)現(xiàn)功能開發(fā)和系統(tǒng)部署,但是其缺陷也很明顯:各信息系統(tǒng)以煙囪架構(gòu)形式存在而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)隔離、數(shù)據(jù)不一致等[3].如何打通這些數(shù)據(jù)并將其按照一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè),以達(dá)到技術(shù)降本、應(yīng)用提效、業(yè)務(wù)賦能的目標(biāo),是眾多企業(yè)面臨的問題.數(shù)據(jù)中臺(tái)就是為解決這些問題而生.

數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)能夠讓各種數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間形成了一個(gè)良性的閉環(huán),以中臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)信息、資源和數(shù)據(jù)的共享[4].數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)的關(guān)鍵在于能夠運(yùn)用相關(guān)運(yùn)算規(guī)則,快速、有效、準(zhǔn)確的應(yīng)用沉淀在各個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)信息及沉睡在異構(gòu)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù),讓它們發(fā)揮作用、滿足各個(gè)層級(jí)對(duì)不同信息的需求等,使上述得信息孤島實(shí)現(xiàn)有機(jī)聯(lián)系和綜合利用,以進(jìn)一步提高信息化水平和管理工作效率,促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展.

1.2 多維數(shù)據(jù)的中臺(tái)處理

輸電線路數(shù)據(jù)種類多、數(shù)量大,其管理及存儲(chǔ)沒有一個(gè)特定的規(guī)則.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理是數(shù)據(jù)挖掘的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,不同評(píng)價(jià)指標(biāo)往往具有不同的量綱和量綱單位,這樣的情況會(huì)影響到數(shù)據(jù)分析的結(jié)果,為了消除指標(biāo)之間的量綱影響,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理,以解決數(shù)據(jù)指標(biāo)之間的可比性[5].原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后,各指標(biāo)處于同一數(shù)量級(jí),適合進(jìn)行綜合對(duì)比評(píng)價(jià).多維數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)首先要建立一套數(shù)據(jù)管理模式,使多維數(shù)據(jù)規(guī)范化,且便于管理和查看[6].本文建立與桿塔為載體,將多維數(shù)據(jù)信息通過桿塔來統(tǒng)一表達(dá).桿塔臺(tái)賬信息與多維數(shù)據(jù)邏輯圖如圖1所示.通過多維數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù),能夠客觀地對(duì)每一個(gè)桿塔的歷史及現(xiàn)狀進(jìn)行直觀的、圖文并茂的表達(dá),有效提升了作業(yè)效率及作業(yè)規(guī)范化.

2 實(shí)現(xiàn)方法

2.1 技術(shù)路線

目前烏蘭察布電業(yè)局針對(duì)輸電線路桿塔的實(shí)時(shí)信息主要來自直升機(jī)、無人機(jī)視頻巡檢資料及人工巡檢的圖像和圖表信息,包括視頻、圖像、表格表達(dá)的桿塔缺陷的狀態(tài)、維修狀態(tài),三者相互獨(dú)立.管理信息主要來自GIS 地理信息、氣象信息、MIS 企業(yè)管理信息及建塔時(shí)的臺(tái)賬信息,這些信息主要是為上級(jí)管理提供相關(guān)數(shù)據(jù).以上各系統(tǒng)之間相互獨(dú)立,數(shù)據(jù)相互獨(dú)立且重復(fù),缺乏數(shù)據(jù)間的相互支撐,具體到針對(duì)桿塔而言,要想清晰的了解桿塔及線路的現(xiàn)狀,需要不同的系統(tǒng)支撐才能完成.

圖1 桿塔臺(tái)賬信息與多維數(shù)據(jù)邏輯圖

本文提出的“高壓輸電線路多維數(shù)據(jù)的中臺(tái)技術(shù)”是以桿塔安全屬性相關(guān)數(shù)據(jù)的篩選、優(yōu)化等算法為基礎(chǔ),采用超分辨率圖像重建技術(shù)、三維點(diǎn)云技術(shù)、自動(dòng)化智能感知技術(shù)、自動(dòng)切分編目技術(shù)等,由人工智能(AI)、數(shù)據(jù)庫(DB)、知識(shí)庫等多種新的方法有機(jī)結(jié)合,為項(xiàng)目的建立與實(shí)施提供決策支持,既體現(xiàn)先進(jìn)性,又能保證與已有系統(tǒng)的兼容.基于現(xiàn)有多種巡檢作業(yè)方式,圍繞數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)中臺(tái)的管理,針對(duì)高壓輸電線路,結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能范圍特性研發(fā)了數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù),總體技術(shù)路線如圖2所示.

根據(jù)桿塔屬性指針的需求,以及不同信息的來源,將數(shù)據(jù)源信息分為4 類:(1)視頻圖像及圖片類;(2)其他系統(tǒng)的表單信息類;(3)人工錄入的表單類信息;(4)檔案類信息.針對(duì)不同的信息類別,采用不同的數(shù)據(jù)處理技術(shù),有效整合了針對(duì)桿塔的多維數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了桿塔屬性指針的要求,也滿足不同管理層次的數(shù)據(jù)需求.

數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)整合多維數(shù)據(jù)源,運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)及方法進(jìn)行預(yù)處理,分析不同數(shù)據(jù)源的特征、系統(tǒng)需求,分別采用人工智能自動(dòng)切分編目技術(shù)、圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)及有效數(shù)據(jù)的選擇、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入技術(shù)、文本等其他數(shù)據(jù)錄入技術(shù),有針對(duì)性的處理不同數(shù)據(jù)源,形成中臺(tái)技術(shù)的算法,滿足桿塔屬性指針的需求.

2.2 實(shí)現(xiàn)方法

按照輸電線路行業(yè)運(yùn)行管理規(guī)范,創(chuàng)新性地提出對(duì)圖像信息、圖片信息、文本信息和數(shù)字信息在桿塔上的集中體現(xiàn),通過數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)中臺(tái)和數(shù)據(jù)集成,提升數(shù)據(jù)價(jià)值.根據(jù)不同管理層次的數(shù)據(jù)需求,可為電業(yè)局不同層次(管局、科室、班組)管理人員提供所需的相關(guān)信息,能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的了解輸電線路實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,提高輸電線路的安全運(yùn)行保障及管理效率.

2.2.1 人工智能自動(dòng)切分編目技術(shù)

直升機(jī)及無人機(jī)視頻信息具有數(shù)據(jù)量極大、運(yùn)行模式不同、不能保證同一精度等特征,從海量視頻資料中確定所需要的桿塔信息,首先需要完成桿塔的自動(dòng)識(shí)別及切分,然后進(jìn)行桿塔重點(diǎn)位置的自動(dòng)識(shí)別及關(guān)鍵圖片的提取.要完成上述要求必須利用有效數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、飛行規(guī)律的確定技術(shù)、桿塔定位技術(shù)、重點(diǎn)位置定位技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等.通過深入研究和調(diào)研,采用上述技術(shù),可實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜背景下對(duì)直升機(jī)、無人機(jī)的航檢視頻字符的定位識(shí)別、自動(dòng)切分、編目、關(guān)鍵圖片提取、有效數(shù)據(jù)的確定(如圖3所示),實(shí)現(xiàn)視頻的分段剪輯與存放,建立索引,提供多種管理權(quán)限.人工巡檢圖片信息的處理能夠合理添加到相關(guān)位置中,同時(shí)對(duì)視頻及圖片信息的存儲(chǔ)位置、格式、容量進(jìn)行了中臺(tái)處理.

圖2 技術(shù)路線示意圖

圖3 影像數(shù)據(jù)的處理技術(shù)

用戶不僅可以對(duì)輸電線路通道內(nèi)塔基、防洪設(shè)施、樹木、施工、交叉跨越、進(jìn)行檢查,而且對(duì)鐵塔連接金具掛點(diǎn)、絕緣片、防鳥針、防重錘、傳輸線、地線、螺母等與安全輸電相關(guān)的部件進(jìn)行重點(diǎn)檢查,提供了一種快捷、清晰的檢索方法,同時(shí)為實(shí)現(xiàn)輸電線路狀況、后續(xù)系統(tǒng)的分析計(jì)算、地理環(huán)境查閱、大修、技改項(xiàng)目檢查審核提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

通過該技術(shù),能夠有效的、快速的建立高壓輸電線路巡檢信息,做到巡檢后準(zhǔn)確掌握輸電線路的運(yùn)行狀況,提供了有效的線路桿塔維護(hù)和防范信息,幫助電力企業(yè)預(yù)防和減少事故的發(fā)生奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

2.2.2 圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)及有效數(shù)據(jù)的選擇

目前烏蘭察布電業(yè)局已投入使用了GIS (地理信息管理系統(tǒng))、MIS (企業(yè)信息管理系統(tǒng))、氣象信息系統(tǒng)等管理系統(tǒng),各類系統(tǒng)相互獨(dú)立,呈現(xiàn)孤島狀態(tài),且其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的非標(biāo)準(zhǔn)型,信息的不對(duì)等造成數(shù)據(jù)分析的困難,無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán).提取現(xiàn)有系統(tǒng)的有效數(shù)據(jù),是克服上述問題的關(guān)鍵.

針對(duì)GIS、MIS 及氣象信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征,結(jié)合系統(tǒng)對(duì)桿塔有效數(shù)據(jù)的要求,采用通用的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的核心理念,設(shè)計(jì)研發(fā)了適合于上述3 個(gè)系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取和有效數(shù)據(jù)的選擇(如圖4所示).

圖4 圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)

該子系統(tǒng)涵蓋了GIS、MIS 及氣象信息系統(tǒng)中的所有信息,桿塔的有效信息可通過人工和自動(dòng)兩種方式來確認(rèn),所選擇的有效信息自動(dòng)以表格的形式輸出.子系統(tǒng)具有高效、簡潔、界面友好等特點(diǎn).

通過圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù),可對(duì)GIS、MIS、氣象信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、分析,完成數(shù)據(jù)的中臺(tái)處理,形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),初步建立了外系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)資產(chǎn)層,進(jìn)而為需求方提供高效服務(wù).根據(jù)GIS、MIS、氣象信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特點(diǎn),建立它們與新系統(tǒng)的接口,圍繞數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)篩選及數(shù)據(jù)資產(chǎn)的管理,實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合,為新系統(tǒng)擴(kuò)展了數(shù)據(jù)的來源,解決了數(shù)據(jù)的合理使用及數(shù)據(jù)閉環(huán)問題.

2.2.3 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入技術(shù)

對(duì)于桿塔的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),采用感知設(shè)備采集數(shù)據(jù),進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理,建立輸電線路巡檢實(shí)時(shí)及周期感知層,利用點(diǎn)觸式動(dòng)態(tài)信息采集設(shè)備,可完成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集,在功能上可實(shí)現(xiàn)4 步操作完成近萬種缺陷信息錄入;具有規(guī)范性命名支持后續(xù)信息庫的建立;采用可視化界面設(shè)計(jì)便捷、高效.

該錄入設(shè)備由便攜式平板電腦及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)錄入軟件組成,巡檢人員(包括航檢人員)可根據(jù)航檢(巡檢)人員發(fā)現(xiàn)的桿塔缺陷情況進(jìn)行記錄.錄入設(shè)備可直觀的顯示桿塔的基本信息、塔型、桿塔的主要部件、缺陷信息的位置、確定缺陷等級(jí),錄入人員可根據(jù)設(shè)備的提示完成桿塔缺陷信息的錄入.錄入設(shè)備自動(dòng)完成缺陷的記錄、整理、歸類、存儲(chǔ)等工作,并且可方便的將數(shù)據(jù)導(dǎo)入其他系統(tǒng)(如圖5所示).

圖5 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

錄入設(shè)備保持了原有的巡檢操作規(guī)范,改變了傳統(tǒng)的人工記錄填表格的方式,取而代之的是點(diǎn)觸式電腦操作方式,使缺陷的記錄由4 步方法完成,極大的減輕了工作強(qiáng)度,提高了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入效率和數(shù)據(jù)的規(guī)范性.

2.2.4 文本等其他數(shù)據(jù)的形成

輸電線路的桿塔還會(huì)產(chǎn)生一些其他信息,如桿塔維修信息、線路改建信息、臺(tái)賬信息等,這些信息大部分由文本的形式提供,包括桿塔類型、型號(hào)高度、坐標(biāo)、檔距、轉(zhuǎn)角角度、線路掛接相序、線路掛接位置、水平、接地電阻設(shè)計(jì)值、線路名稱、線路長度、架空線長、導(dǎo)線型號(hào)、地線型號(hào)、電壓等級(jí)、電纜段長等線路的參數(shù),導(dǎo)航路線包括起始桿塔、終點(diǎn)桿塔、坐標(biāo)集合、狀態(tài)等信息.本文本處理模塊有針對(duì)性的開發(fā)了文本處理系統(tǒng),可對(duì)桿塔信息、線路信息進(jìn)行錄入、修改、刪除、查詢、審核和導(dǎo)航路線審核等功能.

在電力設(shè)備運(yùn)行過程中,受氣候、地理以及設(shè)備自身性能等因素影響,會(huì)導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化.一方面,會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)總量增多;另一方面,會(huì)導(dǎo)致同一類數(shù)據(jù)顯著波動(dòng).在臺(tái)帳輸入過程中,如果單純依賴人工操作,不僅會(huì)降低工作效率,而且可能增加臺(tái)帳輸入錯(cuò)誤率.對(duì)于這些其他相關(guān)信息,采用批量導(dǎo)入、個(gè)體錄入、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、中臺(tái)處理等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了文本、數(shù)字信息的建立,擴(kuò)展了輸電線路數(shù)據(jù)源(見圖6).

圖6 其他信息錄入

3 結(jié)論

本文將現(xiàn)有巡檢方法及系統(tǒng)產(chǎn)生的多維數(shù)據(jù),按照?qǐng)D像數(shù)據(jù)、圖片信息、文本數(shù)據(jù)和數(shù)字信息分為四類,通過采用不同的技術(shù),使得多維數(shù)據(jù)在桿塔上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)閉環(huán),對(duì)桿塔的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),能夠通過圖片、圖像、文字等清晰展現(xiàn)出來,有效提升了信息化管理水平.在提升工作效率的同時(shí),可以方便的形成業(yè)務(wù)、運(yùn)營等大數(shù)據(jù),解決了大數(shù)據(jù)采集落地難的問題,能夠?qū)⒂纺[不堪的前臺(tái)系統(tǒng)中穩(wěn)定通用的業(yè)務(wù)進(jìn)行沉淀,恢復(fù)前臺(tái)的快速響應(yīng)能力,也可以將后臺(tái)中直接被前臺(tái)需要的業(yè)務(wù)能力進(jìn)行提取,提高后臺(tái)的靈活性和變更成本,為前臺(tái)提供更強(qiáng)大的支撐能力.在管理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)多個(gè)方面取得良好效益,為輸電線路安全提供可靠的數(shù)據(jù),為后續(xù)線路健康狀況評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ).