基于铁路电力调度接触网停送电闭锁信息处理系统

刘家军，巨轩同，王勇科

（1. 西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048；2. 西安铁路局供电处，陕西 西安 710054）

地线状态的实时监测是关乎到接触网停电检修作业安全的重要手段。在日常检修过程中，作业停电点需要通过电话与电力调度联系确认，检修作业的执行状况依赖于现场工作人员对操作规程的执行程度[1]。一条电气化铁路线上或一个供电段内往往有多个检修作业组同时作业，传统的人工管理已经远远不能满足自动化和智能化的要求[2-3]。

近年来，地线状态的监测越来越受到重视，由于监管盲点带来的安全隐患也日益突出[4-6]。简化操作票编制过程，确保装拆地线正确性，实现检修作业的安全成为了一项重要工作。利用现代移动通信技术和计算机技术相结合，对地线进行有效的监测；同时通过匹配规则库生成工作票，确保地线工作的安全性，能够为检修管理下一环节的衔接提供必要的保障。鉴于以上所述，本文开发了一种作业过程中实时监测地线挂接状态且与操作票相关联的信息处理系统。

1 系统的功能与工作流程

地线信息自动监测模块接收的数据是以GSM/GPRS无线通信网络传送的SMS短信和MMS彩信，这些数据通过信息收集装置经串口传送到本系统中。当地线工作状态发生改变时，信息收集装置会收到含有主辨析编码和GPS定位数据的信息。系统根据这些数据标定正在作业的站点或区段并判断地线拆装状态，从而实现地线状态的实时跟踪监测。

1.1 系统的功能

本系统根据用户需求，兼顾便于扩充、维护的原则，遵循了面向对象的开发方法，对数据对象封装了不同的特定属性。不同类型的数据对象相对独立，但可以通过发送或响应消息完成相互作用。地线自动监测信息管理系统具有3个功能模块：GIS系统、工作票系统、系统数据库。在实现地线在线监测的同时，系统对地线信息进行了保护和存储，并根据规则库对电力调度停送电防误闭锁。系统的结构如图1所示。

图1 系统结构图Fig. 1 System structure diagram

1.2 系统的工作流程

为了保障地线信息的安全，地线信息处理系统在启动之后，用户需要输入验证码。系统根据不同权限的验证码激活相应功能，避免越权使用和非法访问。当需要编制工作票时，工作人员可以选择检修对象进行一键开票。工作票模块对开出的工作票进行统一管理，从填写到归档，对工作票进行实施跟踪；GIS模块对作业地线实时监测，同时通过工作票执行状态与地线信息的匹配，防止在实际操作中地线漏拆漏挂的发生，为确保停送电安全增加一道保障。

地线信息的采集，依赖于信息收集装置的串口数据。根据不同的类型，系统将这些数据对象传递到相应的功能函数中进行处理。系统的地线监测工作流程如图2所示。

由于串口存在数据失真、无效信息侵入的风险，因而系统中引入了异常处理语句来处理这些异常。这些语句可以设置警戒区，捕捉并抛出异常；同时，在解码过程中，根据数据类型，确认监测数据的不同特点来降低地线信息误读的风险，确保系统安全。

在选择检修对象时，工作票模块根据所选图形样式，查询到其属性信息，编辑辨析编码。对已经签发的工作票，工作票模块会存储管理，并将编辑好的辨析编码匹配到对应的工作票上。系统的出票流程如图3所示。

2 地理信息系统

地理信息系统（GIS）是将有关地理分布数据进行采集、储存管理、分析、显示和描述的技术系统。本系统根据实际地理信息形成整个拓扑结构信息图，利用不同的图元描述各类对象，并采取空间分析技术，对地线工作状态进行动态跟踪。

2.1 GIS的开发方式

随着技术的发展，组件式GIS软件得到了越来越多的认可和应用。这种开发模式能够可靠、快速地构建GIS系统。

图2 系统地线监测流程图Fig. 2 The system flow chart

图3 出票流程Fig. 3 The procedure of manufacture work ticket

MapX是由MapInfo公司提供的二次开发控件，它提供了一个功能强大的地图化组件。利用MapX与C++的接口，通过改变空间地理对象的属性，能够定位整条线路上地线，并反映它们的工作状态。GPS即全球定位系统，近些年来在众多领域得到了广泛的应用。用户通过测量接收器与已知位置的卫星的距离，综合多颗卫星的数据，得到接收器的三维坐标，即经度、纬度和海拔。

本系统利用MapX搜集和录入了大量地理空间数据，制成GST格式地图。针对数据对象的特点，设定图元属性。这种地图是一种分层存储的数据结构，每层包含一个属性表。为了方便空间数据库的建立，每层只对应一类地理对象。考虑到GPS定位数据可靠度高，不受人为因素影响，GIS模块加入GPS定位数据作为确认作业区间或站点的依据。

2.2 GIS的工作原理

当地线信息收集装置接收到信息时，PC终端通过串口以单向数据通讯方式接收装置传递的数据。串口通信参数利用MSCOMM控件封装的结构对象进行设置，其中最重要的参数有比特率、数据位、停止位和奇偶效验位。当串口检测到数据时，系统会以消息方式与主程序进行通信，激活主程序的消息处理函数OnComm（），同时根据信息类型，通过计算和辨识辨析编码对GIS空间数据库中对应的图元属性重新编译，从而改变地理信息输出。通过这种数字地图的输出的变化，完成临时地线工作状态的跟踪。

依据MapX地图分层数据结构，临时地线的定位需要区分串口数据类型，从而确定定位地理对象的方式。临时地线定位算法如图4所示。

图4 地线定位算法Fig. 4 Locate earth wire algorithm

当数据类型为GIS参数时，系统会提取搜索空间数据库元素必要的辨析编码。这些编码作为通信协议保存在地理信息数据表中，表中每个编码代表一个数据元素。依据这些编码系统会自动打开的正在监测的GST地图，以先图层后图元的方式实现地线定位。当数据类型为GPS定位数据时，系统会在原有的数据结构上增加动态图层，并依据收到的GPS定位信号在该图层对应的经纬度上添加代表地线的位图，完成地线定位。

包含地线定位数据的数据串含有地线工作状态的信息。由于每个地线有着唯一的辨析编码，系统在定位临时地线的同时会根据地线工作信息以不同图元代表地线的工作状态。若地线的做状态为挂接，地线符号为红色，若摘下，该位图用绿色位图代替。

3 工作票系统

在日常电力系统检修、养护等工作时，工作票制度是保证安全生产的必要措施。为了提高工作效率，增加工作票的可靠性，本系统针对几种常见的工作票，开发了工作票系统，简化人工编制工作票的步骤，通过与本系统中地理信息系统信息相匹配，降低人为因素造成停送电事故的风险。

3.1 工作票管理

地线在工作票中经常出现，工作票系统必须反映现场检修时需要地线操作的位置。针对各类模型，GIS空间数据库定义了与其相关联的属性。本系统是基于图形校核的操作票自动生成系统，操作人员只单击工作单元，系统会自动匹配该单元属性，对工作票内容进行编辑，每个工作单元的编号依据空间数据库编译。工作票执行流程共有4步：填写，签发，执行和归档。工作票系统对工作票进行跟踪：当开出工作票后视为执行阶段；结束工作任务，当工作票归档时，调度人员需要示输入工作票票号对工作票完成电子归档。开票时，系统根据规则库，若违反《操作安全规程》会自动报警，并且不生成这条错误的指令。

对于正常开出的工作票，工作票系统会进行统一编号，并对工作票的票号、开出时间、检修内容进行记录。开出的工作票信息通常保存10 d时间，对于10 d内没有归档的工作票，系统会自动报警。

3.2 停送电闭锁算法

本系统利用地理信息系统快速处理、分析和表达地理信息的特点，实时跟踪和定位地线工作状态，存储和保护地线信息中辨析编码。这些编码与出票模块对工作单元的编号基于同种通信协议，即一个编码在地理信息系统和工作票模块中对应同一个对象。工作票系统通过匹配在线监测辨析编码与完成归档的工作票中工作单元编号，确保工作任务的完成。当需要编译停送电工作票时，系统依据地线信息数据表与工作票信息表判断地线工作情况，对于不符合规则库的操作进行防误闭锁。若信息表数据不匹配，系统对出票模块发送禁用命令，防止由于地线漏挂漏拆引发的停送电事故。停送电闭锁算法如图5所示。

图5 停送电闭锁算法Fig. 5 The lock-in algorithm of blackout and power transmission

4 地线信息数据库

实时数据库是支撑地线自动监测系统的重要一环，系统的安全性、实时性很大程度上取决于数据库的集成方案以及数据结构。完成对系统各个功能模块的分析，设计出一套高效率的系统数据库才能避免在数据库操作中搜寻任务量过大，有效信息未采集等问题。

4.1 地线数据库的建立

本系统采用微软发布的关联式数据库管理系统Microsoft Access，它具有强大的统计分析和数据处理能力，能够方便快捷地进行查询、汇总、平均等统计，并可以灵活设置统计条件，提高工作效率。通过对系统功能结构的分析可知，地线信息处理系统需要包含以下数据库信息表：

1）短信信息表，数据成员包括系统接收的地线作业信息的发信地址、作业信息和时间戳信息。

2）地理信息数据表，数据成员包括区间/站点名称、MapX所在图层、支柱数、地理元素的经纬度。

3）GPS数据表，数据成员包括作业信息、时间戳信息、作业点经纬度。

4）工作票数据表，数据成员包括工作票票号，开票时间，检修对象。

4.2 地线信息处理软件算法

ActiveX数据对象（ADO）是一种数据库所使用的开发访问组件，它能够通过OLEDB、ODBC访问数据库，对关系型数据库和非关系型数据库都提供了统一的接口，提供了更高级别与数据的交互。本系统采用ADO的数据库编程方式，建立在低层数据访问接口技术基础上的数据对象。利用ADO对象以及其附加的组件来校验和查询数据库，并操作数据库中的数据。数据库访问结构如图6所示。

图6 数据库访问结构Fig. 6 Interview structure of database

与其他数据访问模型相比，ADO的对象模型更为简洁，主要由连接对象、命令对象、记录数据集对象和其他几种辅助类对象组成。由于ADO是一个COM接口，所以在使用ADO对象前都要进行初始化COM环境，释放COM接口使用的内存。ADO与数据库连接可以通过连接对象智能指针来实现：首先需要定义一个指针指向链接对象，再实例化连接对象，最后调用链接对象的Open（）函数实现与数据库的连接。为了实现对数据库记录的查询和操作，ADO使用记录对象指针来取得结果记录集，从而实现对数据库记录的查询和操作，其方法与实现连接对象一致。本系统利用这两个智能指针，通过调用不同的类函数，完成了地线挂接信息管理管理系统数据库信息表的更新，同时，针对用户不同的查询需求，系统设置了一套完备的查询系统，能够最大程度地满足查询的准确性和高效性。数据操作完毕时，需关闭记录集和链接同时释放内存。

5 结语

本文针对传统的作业地线人工管理模式，开发了一套能够在线监测地线信息的工作票系统。本系统以工作票系统与GIS系统相结合的方式对检修作业过程中地线信息进行实时跟踪和集中管理，并配备了检修作业规则库，通过系统收集到的地线信息与工作票信息匹配规则库，提供了一键开票的开票方式，对不符合规则库的开票指令实现防误闭锁，确保检修作业的安全。

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