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基于GPS的电力巡检系统

时间：2007-03-23 14:42:00

关键字： GPS 电力巡检系统 BSP

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[导读]本系统的研制和实施，避免了传统的纯粹人工巡线方式管理困难的问题，克服了电力巡线质量一直难以得到保证的难题

1、引言

传统的电力线路巡视流程是工作人员亲自到现场巡视线路，并以纸介质方式记录巡视情况，然后再人工录入到计算机中。因此，巡检受过多人为因素的影响，并且人工录入数据量大、数据手工录入过程中容易出错；同时对于工作人员是否巡视到位无法进行有效的管理，巡视质量不能得到保障，线路的安全状况亦得不到保证，留下了安全隐患。那么采取什么样的措施有效，则是摆在电力部门面前的一个难题。

全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成的在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过我国10多年的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

目前部分电力局采用了信息纽扣的方式（点触式或远红外线方式）进行巡检，首先该种方式安装成本比较高，如果在每基杆塔都安装不现实；即使仅安装重要点，即有变压器的杆塔、有开关的杆塔及污染区的杆塔等，它的数量也是很可观的；另外此方式亦存在着设备变更时，信息纽扣不易更换及电池的使用寿命有限等缺陷。本文介绍了一种基于GPS技术开发的电力巡检系统，该系统可直观展示线路是否巡视，巡视是否到位等情况，从而满足了线路巡检工作快速、高效、及时的要求，它将线路巡检管理水平提高到一个新的层次，实现了巡检工作电子化、信息化、智能化，从而最终保障了电力系统的高效率、低故障率的安全运行；是真正适用于南北方的具有实用价值的系统。

2、 需求描述与系统的设计

2．1 需求描述：电力部门的主要业务是向用户提供电能输送、保证供电设施正常运行以及保障用户用电的可靠性与电压的稳定。为了保证电力设施正常运行，电力部门每月都要制订巡检计划，分派人员对包括杆塔、导线、变压器、电容器等供电设施进行巡视，以便及时发现设备缺陷和安全隐患，为月度检修计划和春秋检提供基础数据。

2．2系统功能框架：根据以上需求分析设计了系统框架和抽象的实体关系图，并对系统功

能作了简单的部署。其系统功能层次框图如图１所示： [1]

图1 系统功能层次框图

其主要功能为：

1) 基础信息维护：管理辖区内的设施，杆塔、导线、变压器、绝缘子、横担、刀闸等设备以及部门组织、人员等信息；

2) 电子地图管理：管理管辖区域的地理信息图，包括乡镇、河流、铁路、主要建筑物、公路等；

3) 设备定位管理：定位杆塔、箱式变、变电亭、电缆井等设备，并在电子地图上绘制出来。最好采用具有RTK技术的精确定位仪,即：利用差分定位原理；这种技术精确度一般都在亚米级或更高。

4) 巡检管理：记录巡线发现的问题；统计巡检的吻合率，并依据该信息来判断巡检的质量；也可以在电子地图上可自动绘制出巡线员的行走轨迹，对比设备的物理位置可以清楚地判断巡线员是否到位；自动搜索，用户持该设备沿线路行走的时候，可以自动搜索出附近的杆塔等设备，便于用户选择设备，操作简便；补充定位，当线路变更的时候，某些杆塔位置变化或新建线路，用户可以通过该功能在巡线的时候补充定位杆塔。

5) 缺陷管理：处理发现的缺陷，登记、定级，形成缺陷单，并传递给上级部门，上级部门据此形成月度检修计划或春秋检计划，最后消缺；

6) 查询与统计：查询打印系统生成的报表。

2.3 系统实体关系

系统的实体关系图如图２所示：

图2 实体关系图

2.4 组件部署：

本系统由后台系统和巡检设备系统两部分组成。后台系统主要完成基础信息管理、定位信息管理、计划制定、人员管理、巡检记录查询、缺陷查询统计等功能，同时可实现与巡检仪器的数据传输；巡检设备系统主要完成巡视记录、缺陷记录、补充定位、自动搜索、手工查找等功能。

3、设备选型：

目前定位设备种类较多，有PDA结合定位设备的，如天一指航的手持机和惠普的手持机等，其图文界面，操作直观，并可采用EVB和SQLSERCE等工具进行编程。这种方式在南方效果还是比较明显的，但北方冬季寒冷，气温通常都在-20℃以下，普通的掌上电脑根本无法正常工作。因此，本系统选用可在-30℃仍能正常工作的兰德电力抄表器，利用其通讯端口连接GPS接收模块，接收卫星信号，组合成电力巡检设备；GPS接收模块采用5米~10米的精度范围，就可完全满足巡线的要求，并且此设备价格远远低于掌上电脑的价位。组合后的设备可实现巡线、抄表这两项电力局的主要业务，适宜于在沈阳这样冬季寒冷，气温低的地区使用。

4、 开发：

由于受篇幅所限，在此仅介绍巡检仪器的大部分功能界面，后台处理系统界面略。

图3 巡检仪功能界面

5、系统的技术难点：

本系统的技术难点在于如何确定当前点与杆塔的标准点是否在搜索范围内。以目前的抄表器的计算速度以及检索数据库的速度来看，搜索将耗时很长，采用不同的编程语言在搜索耗时上也有很大差别。如果当前抄表器内存储4000基杆塔，利用C语言搜索到一个点至少需要10多秒钟，那么怎么样才能提高速度呢？本系统采用分层索引方法，一般情况下，一个电力局所管辖的供电区域经度基本变化不大，暂不考虑，所以按纬度进行划分，建立索引层，当数据传输到巡检设备时，首先整理这些数据，求出最大纬度和最小纬度（当经度相同时，纬度的小数点后第5位±1=±1.11米），以最小纬度为基准，纬度每增加0.0002划分为一层(21米/层)；直到纬度大于等于最大纬度时结束。然后按照分层过滤数据，将各层的最大和最小纬度，以及所包含的记录号（第xx条记录就是此记录的记录号）写入索引表。查找数据时可以直接通过记录号来定位数据（go xx），省去根据设备ID逐一与当前点判断查找杆塔信息的过程。假设，定位在1层内时，查找1层的数据。定位在2层内时，查找2层的数据，依次类推，如果想要更准确的定位，可以查找临近层内的数据，比如定位在3层，可以查找2、3、4。使用此分层索引方法，大大提高了检索速度，加快检索进程。

6、 系统的特点

本系统使缺陷管理更规范，更准确、及时地消除缺陷；系统定位精度高；可真正有效地解决人工巡线的到位问题，降低巡检缺勤率；系统操作简单、使用方便；采用开放式系统设计，可与其他系统（如地理信息系统的基础数据定位信息以及生产运行管理系统中的缺陷闭环处理）共享信息资源；通过用户及操作权限的管理，确保系统的数据安全。

7、 结束语

本系统的研制和实施，避免了传统的纯粹人工巡线方式管理困难的问题，克服了电力巡线质量一直难以得到保证的难题；大大提高了供电企业线路巡线的质量和效率，保障电力系统的稳定运行，提高供电可靠率，提高供电企业的供电能力和经济效益。

参考文献：
[1] 邓三立，李正强等．基于GPS和网络技术的线路智能巡检管理系统．电力系统自动化，2004(5)：90~92
[2] 王岩，李康等．新型光缆线路实时巡检系统的设计与实现，2004(24)：299~302
[3]．娄雅斌，蒲天宏等．基于GIS的城市管网管理系统的设计与实现应用框架的设计与实现．微计算机信息，2006（3）：223~225
[4] 谭郭茂，贺贵明．巡检系统的模型与技术方案．系统建设，2003(1)：17~20
[5] 吴腾．GPS定位系统终端．工业控制计算机，2005(2) ：19、78
[6] 中国华北电力集团公司用电营业部编．配电技术标准摘编，北京：中国电力出版社，2000：　　646~648，659~680
[7] 张海军，赵雪岩．基于GPS的输电线路巡检管理系统的设计与实现．电网技术，2005(7)：