智能巡檢管理系統(tǒng)在輸電線路運維中的應(yīng)用研究

文/ 郭飛能 冉爽 張旭鵬 黃玉輝

本文在運用信息化技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入GPS、4G/5G 通信、無人機、可視化管理等多種先進技術(shù)，設(shè)計了一種新的智能巡檢管理系統(tǒng)架構(gòu)。該智能巡檢管理系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)后臺和系統(tǒng)前端兩個部分，可用于輸電線路的智能巡檢及管理。當(dāng)前，該智能巡檢管理系統(tǒng)已于某公司220kV 及以下電壓等級輸電線路中得到應(yīng)用，其在提高輸電線路巡檢管理規(guī)范化、智能化水平等方面的價值也得到了充分驗證。

輸電線路具有覆蓋范圍大、工作環(huán)境惡劣等特征，實際運維管理難度較大。因此，如何有效保障輸電線路持續(xù)穩(wěn)定運行，成為當(dāng)前電力行業(yè)研究的重點。智能巡檢技術(shù)是一種新興的運維管理技術(shù)，它可以配合GPS、無人機、無線通信等多種現(xiàn)代化信息技術(shù)來實現(xiàn)可視化巡視、外部隱患實時觀測等功能，有利于提高輸電線路的運維效率及管理成效，降低綜合成本并保障相鄰輸電線路的可靠運行。

一、智能巡檢管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)

（一）總體架構(gòu)設(shè)計

本文所述智能巡檢管理系統(tǒng)采用的是B/S 架構(gòu)模式（見圖1）。其中，系統(tǒng)后臺基于SOA、SGUAP、微服務(wù)等平臺，運用.NET、C#、JavaScript 等編程語言進行開發(fā)設(shè)計；系統(tǒng)前端基于HTML5（PC端）和Android（智能設(shè)備）等平臺，運用Java 語言進行開發(fā)設(shè)計。

（二）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

該智能巡檢管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為4G/5G 無線網(wǎng)絡(luò)、專用內(nèi)網(wǎng)、專用外網(wǎng)三個部分。數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶端程序以及平臺服務(wù)器均部署在專用外網(wǎng)中；數(shù)據(jù)采集主要由無人機智能操作系統(tǒng)、人機移動作業(yè)終端系統(tǒng)提供支持；相關(guān)數(shù)據(jù)均通過4G/5G 網(wǎng)絡(luò)與接口服務(wù)器來完成數(shù)據(jù)交互。

二、智能巡檢管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

本文所述智能巡檢系統(tǒng)可以根據(jù)輸電線路的構(gòu)件及業(yè)務(wù)差異將整個業(yè)務(wù)流程分為前端和后臺兩大部分（見圖2）。其中，前端以搭載前端App 和軟件的智能移動終端為工作平臺，主要用戶為現(xiàn)場運維管理人員，用于實現(xiàn)現(xiàn)場登錄、任務(wù)查看、數(shù)據(jù)記錄、位置記錄等現(xiàn)場工作[1]；后臺以系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器為工作平臺，通過計劃編制、計劃生成等多種方式來實現(xiàn)PC 端的可視化分析成果輸出與輸電線路缺陷的閉環(huán)管理。

三、智能巡檢管理系統(tǒng)后臺設(shè)計解析

（一）系統(tǒng)平臺及服務(wù)平臺搭建

（1）平臺服務(wù)器：采用1臺機架服務(wù)器用于部署GIS 應(yīng)用、平臺應(yīng)用和接口應(yīng)用。服務(wù)器處理器采用2 顆Xeon-E5 CPU（64G 內(nèi)存），硬盤由3 塊7200 轉(zhuǎn)以上且支持熱拔插的4T機械硬盤組成。（2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：采用2 臺機架服務(wù)器。服務(wù)器處理器采用4顆8 核以上Xeon-E5 CPU（64G 內(nèi)存），硬盤由3 塊7200 轉(zhuǎn)以上且支持熱拔插的4T機械硬盤組成。（3）接口服務(wù)器：采用Windows Server 2012，且平臺服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與接口服務(wù)器具有相同的配置。（4）通信服務(wù)器：采用Cortex-A15 CPU（16G 內(nèi) 存、120T 存儲空間），操作系統(tǒng)為Linux RedHat5。（5）缺陷工作站：采用Core i7 7820K CPU，主板型號為X299A，顯卡為GTX1080Ti，硬盤由256G 固態(tài)+4T企業(yè)級機械硬盤組成，操作系統(tǒng)為Windows10。

（二）系統(tǒng)后臺功能模塊設(shè)計

（1）決策分析平臺模塊：通過圖表或視頻等形式展示無人機、智能移動終端實時采集的設(shè)備運行信息、當(dāng)月機巡作業(yè)信息、當(dāng)月人巡作業(yè)信息等，為管理人員決策提供數(shù)據(jù)支持。[2]（2）三維可視化模塊：基于GIS 地圖數(shù)據(jù)，通過二維、三維圖像來展示電網(wǎng)位置、線路走向、人員巡視軌跡等關(guān)鍵信息。同時，用戶可在三維可視化模塊中點選和詳細查看地圖信息，并結(jié)合無人機設(shè)備進行飛行監(jiān)控和人巡監(jiān)控。（3）計劃任務(wù)管理模塊：根據(jù)不同區(qū)段輸電線路的實際情況制訂差異化線路巡檢計劃。具體巡檢任務(wù)包括周期性任務(wù)、檢測性任務(wù)以及特殊運行方式巡檢任務(wù)等。（4）機巡成果管理模塊：基于無人機采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)生成線路通道樹障缺陷、精細化管理缺陷等信息，并將分析結(jié)果與采集數(shù)據(jù)通過三維可視化模塊和決策分析平臺模塊來進行展示。[3]（5）人巡成果管理模塊：根據(jù)現(xiàn)場巡檢人員采集的各類數(shù)據(jù)信息生成現(xiàn)場人巡數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，以便運維管理人員實時查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變化以及巡檢人員的工作開展情況。（6）缺陷管理模塊：基于機巡成果、人巡成果以及輸電線路電力設(shè)備歷史巡檢數(shù)據(jù)生成線路缺陷記錄，并對各類設(shè)備設(shè)施的缺陷進行定級評估，針對不同缺陷采用不同的應(yīng)對措施。（7）電網(wǎng)資源管理模塊：統(tǒng)計和管理輸電線路現(xiàn)有的電網(wǎng)資源，如桿塔、交叉跨越臺賬等。相關(guān)信息均會根據(jù)人巡成果和機巡成果進行實時動態(tài)更新。（8）設(shè)備管理模塊：管理現(xiàn)有無人機、智能移動終端等設(shè)備，具體的管理內(nèi)容涉及設(shè)備型號、購置時間、使用人員、設(shè)備定位、維修記錄等。（9）統(tǒng)計管理模塊：為系統(tǒng)數(shù)據(jù)及圖表提供定向篩選、模糊篩選等功能，以便管理人員查閱和統(tǒng)計分析實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等信息。（10）權(quán)限及系統(tǒng)管理模塊：用于配置所有用戶的操作和管理權(quán)限，并確保用戶只能在有限權(quán)限內(nèi)開展操作或管理作業(yè)。

四、智能巡檢管理系統(tǒng)前端設(shè)計解析

（一）智能移動終端的選擇

本文所述智能巡檢管理系統(tǒng)采用的是具備三防功能且支持亞米級定位的智能移動終端。該終端采用安卓系統(tǒng)，內(nèi)置4G 以上運行內(nèi)存和64G以上存儲空間。另外，為保障智能移動終端的使用安全，智能移動終端還配置了唯一安裝通道、強制開機密碼管理、App 防泄露破解加密、安全程序加密等一系列安全防護功能。

（二）系統(tǒng)前端功能模塊設(shè)計

（1）巡視頁面：現(xiàn)場巡檢人員的工作界面主要涉及地圖顯示、桿塔GIS 信息、設(shè)備定位及線路導(dǎo)航等功能。（2）計劃任務(wù)：用戶可通過計劃任務(wù)模塊提前設(shè)置巡檢路線。待用戶完成設(shè)置后，巡視頁面中會自動顯示計劃路線，以便用戶同時巡檢多個桿塔，從而提高巡檢效率。（3）工單任務(wù)：用戶可實時接收工單任務(wù)，并通過工單任務(wù)界面來查看當(dāng)前任務(wù)，避免出現(xiàn)任務(wù)遺漏等失誤。[4]（4）外破管理：所有外破隱患的管理入口均可實現(xiàn)外破臺站信息、外破巡視記錄、外破施工單位記錄等信息的查看管理功能。（5）工程項目：該模塊主要包括大修項目清單、技改項目清單、運維項目清單，用戶可查詢相關(guān)項目的全過程記錄信息。（6）輸電手冊：該模塊集成了輸電人員日常工作所需要的各類工作規(guī)程、技術(shù)參數(shù)、技術(shù)手冊等內(nèi)容，有助于工作人員在現(xiàn)場快速查詢并解決隱患問題。（7）系統(tǒng)設(shè)置：該模塊可為用戶提供地圖、定位、版本升級、用戶管理等基本功能。

五、智能巡檢管理系統(tǒng)在輸電線路運維中的具體應(yīng)用

當(dāng)前，本文所述智能巡檢管理系統(tǒng)已于某公司220kV 及以下電壓等級輸電線路中得到應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，輸電線路的日常巡檢工作方式被劃分為狀態(tài)巡檢、特殊巡檢、故障巡檢三大類。另外，根據(jù)巡檢區(qū)域、巡檢重要性的差異，用戶可自主選擇以無人機巡視為主或以人巡為主的巡檢方式。

在經(jīng)過兩年的持續(xù)應(yīng)用與優(yōu)化調(diào)整后，如今，某公司內(nèi)部現(xiàn)場巡檢人員以及運維管理人員對該智能巡檢管理系統(tǒng)的應(yīng)用率已達到100%，該智能巡檢管理系統(tǒng)也逐漸成為輸電線路運維管理的重要技術(shù)組成部分。值得一提的是，在智能巡檢管理系統(tǒng)全面應(yīng)用前，該公司年均缺陷發(fā)現(xiàn)量僅為600 條；在全面應(yīng)用后，該公司年均缺陷發(fā)現(xiàn)量增長至17500條，故障停運率下降了90%，2022年該公司110kV 及以上輸電線路僅停運1 次。由此可見，本文所述智能巡檢管理系統(tǒng)可以有效提高輸電信息故障排除效果，以保障線路的持續(xù)穩(wěn)定運行。