基于GIS的输电线路可视化巡视系统的设计与实现

黄晓红，王丹，彭选荣，刘波

（1广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300；2广州运维电力科技有限公司，广东 广州 510650）

基于GIS的输电线路可视化巡视系统的设计与实现

黄晓红1，王丹2，彭选荣1，刘波2

（1广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300；2广州运维电力科技有限公司，广东 广州 510650）

基于GIS的输电线路可视化巡视系统可实现架空线和地下电缆的可视化管理，有效地提高输电线路杆塔运行的巡视效果，实现全天候的实时监控工作.在非开挖的条件下，运行维护人员就可随时随地获悉地下电缆的精确路径和深度，快速定位和掌握电缆的转弯处、故障点等复杂情况，有效避免误开挖，提高抢修速度，为电缆的维护和故障抢修带来有力的技术保障.

GIS；输电线路；可视化；巡视系统

0 项目背景

输电线路分布的地域越来越广，输电线路大部分处于野外，且环境复杂，使得输电线路安全问题尤为突出.保证电力系统安全运行是架空线路和地下电缆管理部门等电力行业的首要任务.

输电线路可视化巡视系统可实现架空线的可视化管理，可有效地提高输电线路杆塔运行的巡视效果，实现对高远山区、环境恶劣、无3G网络覆盖地方（利用无线Mesh网络）的输电线路杆塔的视频监控，拥有功能强大的监控中心，可能实时抓拍告警图片，也可支持实时视频传送，并且由太阳能供电，可实现全天候的实时监控工作.

输电线路可视化巡视系统还可实现地下电缆可视化子系统，展示现有的地下电子标识器及里面存储的各类信息，在非开挖的条件下，运行维护人员就可随时随地获悉地下电缆的精确路径和深度，快速定位和掌握电缆的转弯处、故障点等复杂情况，有效避免误开挖，提高抢修速度，为电缆的维护和故障抢修带来有力的技术保障.

1 输电线路可视化巡视系统的功能设计

输电线路可视化巡视系统集成了视频监控、地下电缆可视化、绝缘子泄露电流监控、光纤测温、环流监测、行波测距等各种线路实时状态监测，构建一个输电线路综合在线监测平台.以GIS作为展示的形式，提供各项监测数据的实时状态显示、分析和记录，以及历史监测数据的查询、索引和回放等功能，为确保整个输电电网安全稳定运行，实现输电电网的在线状态监测和分析、智能预警及运行监控，达到应急指挥、快速反应的目的提供支持.

输电线路可视化巡视系统通过视频远程巡视架空线路和在非开挖的情况下了解地下电缆走廊的状态.该系统硬件包括前端数据处理装置、电源、电缆和光缆、站端服务器、现场通讯设备及附属设备等；系统软件包括平台软件、通讯软件和接口软件等.该系统以无线宽带网、物联网和空间信息（GIS、GPS）技术为依托，综合空间信息技术（GIS、GPS）、网络通信技术、分布式计算和海量数据处理等技术，通过GIS和空间模型等数据，对输电线路监测信息进行集成，采用SOA架构建立输电线路状态监测统一接入、实时监测、综合分析和辅助决策的信息化服务平台.通过平台提供的可视化配置界面，能轻松接入所有的监测设备，并实现监测数据的无缝集成，可以帮助电力部门掌握输电线路各状态的实时数据及变化趋势，借助GIS可视化和空间分析技术，可对各类状态数据的模拟与分析，能有效提高输电线路运营管理水平,确保电力生命线的安全、畅通运行.

2 输电线路可视化巡视系统的软件平台的设计与实现

本项目以地理信息系统（GIS）为基础，建设输电线路在线监测综合平台，通过规范的接口，将现有杆塔视频监控、地下电缆可视化、绝缘子电流泄露监测、光纤测温、环流监测、行波测距等子系统集成在输电线路可视化巡视系统平台之上.为输电电网的运行能力提供数字支持，实时显示及分析电缆的环流、温度、泄漏、故障等状态数据，完成对输电线路的可视化监测、预警、分析、管理等功能，实时采集和监控架空线路的视频数据，进行视频识别分析，保证输电电网的安全运行.与地下电缆可视化紧密结合，采用电子标签信息化管理，与在线监测综合平台集成，为用户提供地下电缆的可视化信息.在输电线路状态监测的背景下，配合输电线路，变、配设备线状态监测和分析，最终融合到输、变、配设备状态监测体系之中.借助二维GIS方式的监测系统，符合供电单位的现实管理需求和未来发展需要.它以数字地图、航空影像为背景，实现对供电单位管网空间数据的空间分布展现，地下管线及地面景观二维漫游和设施属性数据的管理、查询、统计分析功能，为电力规划、管理、建设提供技术决策支持.

2.1 系统的架构设计

输电线路可视化巡视系统采用的开发平台为ESRI的ArcGIS Server.ArcGIS Server是一个企业级、多用户、支持GIS应用、便于构建集中管理的平台，提供了丰富的GIS功能，例如地图、定位器和3D扩展等.将通过集成平台规范获取到的PI数据库、EAI数据库及本平台数据库及分析结果等地理数据通过ArcGIS组件建模，发布成服务，按需求做好各个图层的地图切片，放在GIS服务器中，客户端通过ArcGIS Explorer浏览电网3D地图，完成目标定位、状态查询、分析等工作.ArcGIS Explorer是免费下载的、轻量级的GIS浏览器，具有地理数据的浏览与查询、地理数据分析、地理数据共享等功能.输电线路可视化巡视系统采用消息总线结构集成子系统，所有消息指令都遵循统一的规范，采用XML协议作为整个平台的通讯规约.

2.2 四层架构解析

输电线路可视化巡视系统采用四层架构的方式设计，分别为监测层、数据层、系统层和展示层.（如图1所示）

图1 输电线路可视化巡视平台系统架构图

（1）检测层

检测层主要实时在线监测各子系统设备，集成所有的监测子系统的数据，主要有光纤测温子系统、、环流监测、行波测距子系统、视频监控子系统、地下电缆可视化子系统、绝缘子电流泄漏监测子系统等监测数据.系统采集后的数据将第一时间存放在数据层的中心数据库中，并由系统层进行访问.

（2）数据层

提供与监测层的接口服务，采用TCP/IP协议，利用Socket方式进行通信，并建立统一的接口标准，各监测设备厂家按统一的标准交换数据.采用标准的状态数据传输和储存方案，简化数据库表设计.采集的数据写入监测平台数据库，同时按准实时数据平台规范标准写入PI数据库.

采集的监测设备数据包括：光纤测温数据、环流监测数据、地下电缆可视化数据、视频监控数据、行波测距监测数据、绝缘子电流泄漏监测数据.

每一个接入在线监测平台的监测子系统必须实时报告监测主机的运行情况，即监测主机与在线监测平台建立心跳握手功能，如果在线监测平台发现监测主机没有信号，需要实时发出报警，通知管理人员监测主机发生故障.

（3）表现层

表现层是平台的核心层,是平台与各子系统之间的连接纽带，也是各种逻辑业务的实现，其中消息服务器（Message Server）是输电线路可视化巡视系统集成的核心中间层，是集成平台和各分布式应用系统的联系纽带，负责平台和各子系统之间的通讯.

基于数据层为用户提供各种业务逻辑，包括：在线监测实时状态处理、在线监测数据逻辑分析、计算、对监测指标以策略的方式对被监控设备数据进行分析和报警判断、将分析与计算结果写,在适当的时候发出相应警报、用户统一管理、报表模块根据具体业务基于采集到的资料来实现各种业务报表和策略支持模块.

（4）展现层

主要是通过ArcGIS Explorer这个GIS浏览器来展现系统的各种功能，采用B/S架构，并以二维地图方式来展现电网GIS模型.不仅包括常用的GIS功能，如地图基本操作、电力业务对象（电缆、接头、终端头、隧道等）基本信息、地图对象的查询与定位、打印专题图等功能，还包括光纤测温监控，环流监控、地下电缆可视化、视频监控、绝缘子电流泄漏监测、行波测距等子系统的综合集成.

2.3 软件平台主要功能模块

输电线路在线监测综合平台从功能结构上可以分为以下几个部分：

（1）GIS系统：是集成平台的基础，基于ArcGis基础平台开发.

（2）数据采集服务（DataAccess Server）：是前端子系统数据的加工场，平台主要的数据源.

（3）消息服务器（Message Server）：在整个集成平台中起上传下达的作用，是各分布式应用系统的联系纽带.

（4）视频分发服务器（Video Server）：是解决视频兼容性的核心功能组件，能够将前端不同厂家的视频格式，通过视频分发服务器形成统一的视频格式，提供给平台使用.

（5）集成功能中心（Client Center）：完成平台所有需要展示的功能，包括各子系统的功能集成、数据集成、WEB展示、统计分析报表等.

（6）集中告警中心（Smart Alarm Center）：是集成平台中的集中告警模块.

（7）平台接口：是整个平台的传输纽带，所有信令基于XML协议.

（8）平台需要集成的子系统：光纤测温监控，环流监控、地下电缆可视化、视频监控、绝缘子电流泄漏监测、行波测距等子系统.

2.4 系统的拓扑结构设计

该系统的网络结构如图2所示.

图2 系统的网络结构

本系统的平台由WEB应用服务器组、采集服务器、监测数据服务器、监测数据硬盘柜等组成，只将应用服务器部分暴露到工作终端中.当监测子系统越来越多时，系统就需要扩容，可以在不影响当前系统情况下，灵活地增加服务器，从而满足更大的业务需求.增加服务器有两种业务功能，一种是实现集群，一种是实现分布式运算.

集群：将同一应用部署到多台服务器中，以满足系统的高可用性和负载均衡等要求，来支撑更多的用户和系统的业务功能及运算服务；

分布式：由于后续可能需要增加更多不同的业务功能，这些业务功能相对独立，就可以将不同的功能部署到新增的服务器上，分担运算工作量，更合理的部署业务功能.

3 结语

基于GIS的输电线路可视化巡视系统通过视频远程巡视架空线路和在非开挖的情况下了解地下电缆走廊的状态.该系统的应用将改变以往粗放型的架空线和地下电缆运行管理模式，实现架空线和电缆的可视化管理，以输电线路可视化管理为主线，完善各项基础资料，整合各类系统资源，缩短管理链条，使输电设备管理向精益化方向的发展.可视化巡视系统整合架空线路和电缆的监控网络，初步实现输电线路的可控、在控，从根本上转变了输电生产管理模式.

［1］朱佳佳,黄斌,姚明,朱传柏.基于GIS的电力线路巡检系统的设计与实现［J］.电气应用,2015,（10）:141-144.

［2］毛盾,黄剑.基于GIS的输电架空线路辅助设计系统应用分析［J］.中国高新技术企业,2013,（30）:40-41.

［3］徐磊,卜轶锋,李姗姗.智能电网可视化平台的设计与实现［J］.河北电力技术,2015,（3）:11-14.

［4］张连芹,陈昊.在线监测系统中GIS技术的开发与应用［J］.电网与清洁能源,2015,（4）:42-46.

［5］王国胜,张声圳.基于GIS的输电线路三维数字化管理系统的设计［J］.电工技术,2013,（9）:6-8.

［6］许志海,江聪世,武利会,徐晓刚,汤振鹏.面向智能输电的三维可视化管理平台研究［J］.测绘通报, 2014,（9）:100-103.

［责任编辑：卓影］

Design and Im p lementation of Visual Inspection System for Transm ission Line Based on GIS

HUANG Xiao-hong1，WANGDan2，PENG Xuan-rong1，LIU Bo2
(1.Guangdong Industry Technical College 510300 Guangzhou Guangdong; 2.Guangzhou Winway Electric Power Technology Co.,Ltd.510650)

Based on the GIS transmission line visual inspection system，can be visual controued.the overhead lines and underground cables can be,the operation of transmission tower of the inspection results effectively improve,To achieve all-weather real-timemonitoring under non excavation conditions,maintenance personnel can be informed of the exact path and depth of underground cables,quickly locate and grasp the bend of the cable and faults,to avoid false excavation,improve the repair speed and bring strong techhical support cable maintenance and foult repair.

GIS;transmission line;visualization;inspection system

TP 311

B

1672-402X（2016）02-0029-04

10.13408/j.cnki.gjsxb.2016.02.006

2015-12-10

项目来源：广州市越秀区产学研项目《基于GIS的输电线路可视化巡视系统的研究与应用》（2014-CY-004）；

广东省科技厅产学研项目企业科技特派员工作站建设专项项目《输电线路在线监测系统的关键技术的研究与应用》（2014A090906012）

黄晓红（1969-），女，江西九江人，广东轻工职业技术学院教授.研究方向：计算机技术、自动控制.