基于物联网与北斗卫星定位技术的配网生产抢修一体化作业深化应用研究

林　平，翁晓春，龚杭章，林向阳，李怡然，夏圣峰，庄玉林，王　鹏（.国网福建省电力有限公司，福州 350000；.厦门亿力吉奥信息科技有限公司，厦门 36009）

基于物联网与北斗卫星定位技术的配网生产抢修一体化作业深化应用研究

林平1，翁晓春1，龚杭章1，林向阳1，李怡然1，夏圣峰1，庄玉林2，王鹏2（1.国网福建省电力有限公司，福州 350000；2.厦门亿力吉奥信息科技有限公司，厦门 361009）

配网设备现场抢修，是配电生产管理中一项基础的工作，在运行维护工作中占有非常重要的地位。由于配电设备数量逐年增多，且常年曝露在室外，易受人为和天气等各种因素的破坏，配电设备抢修管理的难度也随之逐年加大。随着电力用户的逐年增加，供电企业为电力用户提供优质服务是保障正常供电的基础，而电力故障抢修工作则成为能否提供优质服务的关键因素。因此，对于配网设备的故障，抢修车辆及人员能否在承诺的时限内以最快的速度到达现场直接关系到客户对电业部门的满意度。电力企业只有加强电力抢修车辆及人员的管理，实现现场作业的有效监视和调度，并及时发现、处理抢修过程中出现的问题，才能准确、及时地为电力用户解决供电问题，因而配置一套有效的配网抢修一体化作业系统成为电力供电企业的急切需求。

北斗卫星定位；GSM/3G；GIS地理信息；物联网；配网抢修；工单；两票；安全

1　引言

在物联网在应用和研发方面，美、欧、日、韩等少数国家与地区起步较早，总体实力强。物联网最初的研发方向是，条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应用，而随着RFID、传感器技术、近程通信及计算技术等的发展，其研发、应用近年来开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施、能源等领域。

目前，物联网开发和应用仍处于起步阶段，发达国家和地区抓住机遇、出台政策、进行战略布局，希望在新一轮信息产业重新洗牌中占领先机。美国“智能电网”、“智慧地球”，欧洲“物联网行动计划”，以及日韩基于物联网的“U社会”战略等计划相继实施，物联网成为抢占“后危机”时代各国提升综合竞争力的重要手段。我国物联网应用总体上处于发展初期，许多领域积极开展了物联网的应用探索与试点，但在应用水平上与发达国家仍有一定差距。目前，在电网、交通、物流、智能家居、节能环保、工业自动控制、医疗卫生、精细农牧业、金融服务业、公共安全等领域取得了初步发展。

“北斗”作为物联网的一个重要组成部分，主要应用在感知、网络两个层面。在感知层面上，“北斗”实现精准时间信息和位置信息感知，主要应用在物流、航空、电网等行业；在网络感知层面，“北斗”实现感知信息和控制信息的全天候、全天时、无缝隙传递，主要应用在水文、水利、气象、地质、地震等行业，以及作为其他行业的应急数据传递方式。

基于物联网技术的配网抢修系统，国内已有部分地区的电力公司和企业开展了初步的探索研究。如安徽电力公司的“基于标准化配置的配网设备抢修系统”、青岛供电公司“基于高可靠性的全过程主动式配电应急指挥系统”、山东鲁能软件技术有限公司的“配网生产管理指挥系统”，都利用GPS实现位置感知，缺乏对北斗导航进行应用和对配网生产抢修的一体化作业的研究，尚未对北斗导航的网络功能进行研究。

总之，目前配网抢修一体化的管理水平较低，综合运用物联网和北斗卫星导航技术实现对配网生产抢修的一体化管理体系尚未提出。

2　应用总体设计

本应用研究将以精益化管理为指导思想，围绕“安全、高效、经济”的目标，开展电力业务故障抢修全过程分析，深入剖析故障抢修管理中存在的问题，通过评价定期纠偏，持续改进，以建立专业抢修班组、优化简化抢修作业流程为基础，健全营销、配抢信息系统支撑功能，开展抢修标准化作业和物资装备标准化配置，完善常态监督评价体系，加快故障抢修速度，提升客户满意度。

2.1总体技术架构

技术架构如图1所示。

图1　配网生产抢修现场作业管理应用技术架构图

2.2业务架构设计

本应用的业务架构设计是基于电力业务的角度去理解配网抢修业务需求，强调以业务驱动为前提，以实用化应用为目的，以精细化管理为目标。结合基于GIS的配网抢修新要求，配网生产抢修现场作业管理包括现场抢修应用、两票应用以及电力设备导航等业务。

（1）现场抢修应用：分为服务端和客户端。服务端提供移动设备管理、数据传输加密、数据交互、定位服务、交互日志、系统设备和版本更新等功能；客户端提供抢修工单管理、故障快速处理、移动终端导航和现场拍照等。

（2）两票模块：提供工作票管理、操作票管理以及唱票录音的操作。

（3）导航定位：提供电力设备的查询定位以及路径规划、导航等。

配网生产抢修现场作业管理系统业务架构如下图2所示。

图2　配网生产抢修现场作业系统业务架构图

2.3安全架构设计

项目基于物联网技术研究信息安全接入，依靠安全可靠的无线通信方式将现场数据安全接入平台，对数据及通道进行加密及优化处理，进而汇总至业务系统，总体实现现场作业数据的安全接入。信息安全接入架构图如图3所示。

图3　信息安全接入架构图

3　关键业务和技术研究

3.1配网抢修通信技术

当前，GSM/3G移动通信网络已完成组网和大面积覆盖，北斗系统也面向亚太地区提供服务，可运用GSM/3G和北斗通信技术为配网抢修工作提供可靠、实时、安全、可扩展的通信服务。系统以GSM/3G移动网络通信技术为主，北斗短报文通信为辅，为配网生产抢修提供全天候、无盲区的实时通信支持。

3.2北斗导航定位技术

北斗系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。因此，北斗系统可完全应用于配网抢修作业。

3.3电力物联网技术

在国家电网公司的大力推动下，电力物联网技术发展迅速。目前，电力物联网是智能电网的重要技术支撑，其在电网建设、电网安全生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量及用户交互等方面都发挥着巨大作用。电力物联网具有全面协同感知、互联互通、智能处理以及标准化统一应用及服务，是实现电网智能化的根本保障，也是实现“电力流、信息流、业务流”高度融合的主要手段。因此，随着物联网技术在智能电网中的不断应用及高新技术的不断发展，目前项目已具备物联网技术在配网抢修应用的研究条件。

3.4数据支撑

配网抢修一体化作业的研究应用需配网设备的基础数据及业务数据作为支撑，目前，生产管理系统可以提供较完善的配网抢修基础数据及业务数据，为项目的研究应用做好保障。项目主要难点如下：

（1）当前，现场抢修作业主要依靠移动网络通信与指挥中心进行交互，由于配网设备分布范围广，网络容易出现盲区，需要相应的机制解决网络盲区和抢修通信不畅的问题。

解决思路：采用GSM/3G移动网络技术融合北斗通信技术，利用北斗具有的双向通信特性，以及全天候、不受天气和环境影响、基础网络设施依赖较少等优势，实现配网抢修全天候的通信功能，解决移动信号覆盖不到时，出现抢修通信信息盲区，提高现场抢修与指挥中心的实时通信能力。

（2）目前，基于电力物联网的移动端应用很多，但可靠性高、易用性好、人机交互界面友好的移动端应用系统比较少，还有待进一步研究。

解决思路：项目研究基于Android的配网抢修生产一体化作业系统，系统采用先进的物联网技术，研究复杂环境下北斗系统、网络通信以及配网抢修一体化技术，结合Android系统的易用性、良好的人机界面，实现移动端抢修作业的智能化、自动化，改善移动端的抢修系统易用性不足、人机交互不友好、可靠性差等问题，简化现场抢修过程，提高现场工作效率。

（3）基于物联网技术，实现信息的安全接入方案还未完善，需进一步完善，保证信息安全。

解决思路：项目研究物联网安全接入模块，采用高位加密算法对数据信息进行加密以防止信息泄露，采用数字签名技术以提高物品和网络的认证技术，采用数字鉴权技术识别可靠终端以保证信息提取的有效性，针对重放攻击研究拥塞控制算法，以此进一步完善信息安全接入方案，保证信息安全。

4　系统建设情况

依据上述设计和技术研究，笔者开发了基于物联网与北斗卫星定位技术的配网生产抢修一体化作业深化应用，其功能架构如图4所示。

图4　功能架构图

4.1配网抢修一体化作业

研究配网抢修作业中，抢修工单管理、现场两票、电网导航等应用，实现对配网抢修的一体化管理，完善配网抢修作业模式，解决现场抢修效率低、速度慢等问题。

4.1.1抢修工单管理

主要包含抢修工单查询、工单关联以及合并、工单拆分、重新派工、工单回退、接单派工、故障处理等。

（1）抢修工单查询：提供抢修工单信息查询，并以列表的形式显示。系统自动检测新工单的生成，并可对抢修人员进行语音提示。

（2）工单关联、合并：提供抢修工单之间建立关联、合并关系，现场抢修人员需要将工单进行关联或者合并操作，工单关联将选择的两条工单在业务上关联起来，而工单合并是将子工单合并入主工单中，多条工单合并为一条工单。

（3）工单拆分：提供对已进行合并的工单从主工单中拆分出来。

（4）预计修复时间查询：提供根据工单编号，对此次抢修的预计修复时间记录进行查询的功能。

（5）重新派工：主要是对已派工的工单进行重新派工，重新派工过程需重新指定派出车辆、派出人员、派出时间、预计到达时间信息。当重新派工完成后，故障抢修的派工信息发生更改。

（6）工单回退：主要是对正在进行故障处理的抢修工单进行回退，工单回退过程中必须反馈申请编号、回退节点、回退原因信息，工单回退成功，抢修工单即从故障处理流程节点回退到“回退节点”所选择的流程节点。

（7）接单派工：主要完成对抢修工单的接单和派工操作，现场抢修人员在进行故障处理之前，必须进行接单、派工，如果未进行接单派工，则不能进行故障处理。

（8）故障处理：主要完成故障处理操作，并实时反馈现场抢修信息。抢修信息包括：故障原因、故障现象、到达现场时间、预计修复时间、恢复送电时间等。

4.1.2现场两票管理

现场两票管理功能是利用工业级平板电脑的3G无线通信网络与服务器进行信息交互，完成现场两票的开票和执行等工作。系统主要包括：操作票管理、工作票管理、现场数据融合、音频采集、车辆导航等功能。

（1）操作票管理：包含现场操作票填写、审批、执行、归档和查询功能，现场抢修人员可以在现场进行操作票填写，并进行审批、执行，完成后进行归档。也可以根据不同的条件对操作票进行综合查询。

（2）工作票管理：包含工作票填写、签发、许可、结束、终结、评价、查询功能，现场抢修人员可在现场根据工单填写工作票，并进行签发、许可、完成后进行结束、终结、评价操作，并提供根据不同条件的综合查询功能。

（3）场数据融合：通过数据库无缝融合技术，将现场操作票和工作票相关信息和语音多媒体资料自动归档到配电生产管理系统中，实现对现场操作情况的备案。

（4）音频采集：主要是对抢修人员执行操作票过程中的读票过程，进行现场录音、压缩并保存，上传到服务器上，可对录音文件进行回放。

4.1.3导航定位管理

实现基础功能、电网设备的查询、电网设备定位、电网设备路径导航等功能。

（1）基础功能：基本的地图操作功能，主要包括开图、全图、漫游、缩放、基于图形的查询和属性的查询，并提供各种接口供其他模块调用，用户可以通过此模块，方便地查找各种设备以及设备所在区域周围的各种设备信息。

（2）电网设备查询：通过属性查询、矩形查询、综合查询、一次设备信息、详细信息查询等方式对电网设备进行查询，实现相应电力设备的详细信息展示。

（3）电网设备定位及路径导航：通过属性查询、综合查询、详细信息方式对电网设备进行查询，对查询设备可进行定位并在导航界面上高亮显示定位的设备，进而实现导航路径规划的功能，为用户提供多种可选择的详细规划路径。

4.2配网抢修全天候安全通信技术

配网抢修通信技术主要基于GSM/3G移动网络和北斗系统实现全天候通信，系统通信模式主要以GSM/3G网络为主，以北斗导航通信为辅，同时结合国网安全接入平台，保证通信安全传输。

4.2.1数据交互通信

配网生产抢修的数据传输是整个系统的关键，随着电力系统信息化的发展，配网抢修各种需要实时通信的任务日益增多，配网生产抢修中的语音、调度指令、多媒体数据、业务数据等数据都可以在统一的数字通信网传输。数据交互通信主要基于GSM/3G移动网络实现抢修数据的交互通信。

（1）实时数据传输：实时数据指的是在线模式下、任务执行过程需要或其他在线功能中，用户实时请求的、数据量较小的数据。此类数据的传输需要考虑两个方面的因素，一个是数据传输的方式，另一个是数据传输的格式。

（2）多媒体数据传输：多媒体文件指的是包括音频、视频、图片等大文件类型的数据传输。考虑到这些数据包较大，可采用目前已经相当成熟的FTP传输的方式来实现。

（3）业务数据传输：业务数据传输主要基于实时数据传输，实现对业务操作数据的实时上传和下发，完善整个抢修操作流程。

4.2.2应急抢修通信

通过增加对北斗导航模块独特功能的应用，完善原有通信功能，实现事故现场与应急指挥中心、调度中心间基于北斗短报文的应急信息的实时传递，并据此制订基于北斗系统的配网应急抢修通信技术规范。

（1）短报文指挥调度功能：基于北斗通信功能的短报文指挥调度界面，显示所属各用户终端上传的短报文信息，并对单个用户或用户群下发指挥调度信息及其他通播信息。可实现点对点通信、组播通信、实时短信接收、通信查询功能、预置电文等功能。

（2）应急GIS信息平台功能：应急中心基于实时在线通信网络，建立基于北斗系统的应急GIS信息平台、通信平台和GIS信息平台，可以起到相辅相成的作用，共同为现场抢险救援工作保驾护航。

4.2.3网络安全通信

对于配网抢修的安全通信可采用如下几种方式实现网络数据安全性传输：

（1）数据加密通道：客户端与后台服务之间的数据传输通道为SSL安全通道，实现数据传输过程加密。基于SSL的安全通道是目前较安全的数据传输通道，通道采用RSA算法交换密钥，每次数据包交互传输使用的加密密钥均不一样，可以保证数据传输具有高安全和高可靠性。

（2）数据访问控制：平台根据终端用户身份，与原应用系统自动建立用户身份对应关系，按照原应用系统提供的角色和授权进行访问控制，包括可访问的信息和应用操作权限。

（3）数据库安全控制：管理后台数据库严格遵照安全规定，定期进行密码更改。对于数据库内的存储数据，按照策略进行控制，基础展现内容只为权限管理的关键字段，数据库管理员的所有操作日志、平台用户访问及数据变更日志都会进行日志记录，便于进行安全审计。

（4）安全记录功能：用户在使用移动应用时，对于系统的各项操作，都会以日志的形式保存在服务器上，保证管理员可以查看以往的操作日志。

4.3配网生产抢修可视化管控

配网抢修可视化管控是基于北斗系统、配网抢修通信以及配网GIS平台实现对配网生产抢修的可视化管控。

4.3.1抢修定位监控

利用北斗系统获取当前抢修故障点位置，可以实现抢修车辆和人员的定位、跟踪、轨迹回放以及移动终端运行监控等管理。

（1）抢修定位：在系统中可以查看当前抢修车辆和设备的位置、状态等。

（2）抢修跟踪：在系统中跟踪指定抢修车辆和移动设备路径、速度等，可实现多终端同时跟踪。

（3）轨迹回放：回放抢修车辆和移动终端在指定时间内活动记录，在系统中保存车辆和终端的运行记录。

（4）移动终端运行监控：在系统中对正在运行的移动进行监控，发现故障可以及时处理。

4.3.2抢修可视化管控

（1）抢修信息实时上报：通过GSM/3G移动网络辅以北斗导航通信，来完善配网抢修的通信工作。用户采用移动终端进行现场抢修作业，实时将现场抢修状况、抢修进度以及抢修位置上传到配网抢修一体化系统中。

（2）抢修GIS信息平台：基于实时在线通信网络建立抢修GIS信息平台，为现场抢险救援工作保驾护航。GIS平台可显示应急救援现场详细地图、抢修人员、抢修车辆等分布信息；可根据应急现场需要生成导航路径；可根据北斗终端的定位信息显示不同抢修状态；可实现对地图进行放大、缩小、查看和距离量算等功能。

5　结束语

本文结合北斗卫星定位导航技术、GSM/3G移动通信技术、GIS地理信息技术、物联网技术、智能移动终端等先进科技，与配网抢修指挥系统有机结合，共享配网抢修指挥系统的数据资源，构建配网抢修一体化作业系统。通过充分的业务需求调研及现场人员应用预演，基于物联网与北斗卫星定位技术的配网生产抢修一体化作业应用，能够实现配网设备抢修管理的智能化、科学化，以适应城市建设发展的需要，为城市配网设备抢修、施工和管理提供服务，提高和推进配网生产管理水平。

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The Research of the Deepening Application of the Integration of Distribution Network Production Repair Assignments, Basedon IOT and Beidou Satellite Positioning Technology

(Lin Ping1,Weng Xiaochun1, Gong Hangzhang1, Lin Xiangyang1, Li Yiran1, Xia Shengfeng1, Zhuang Yulin2, Wang Peng2)
(1.State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd., Fuzhou, 350000; 2. Xiamen Great Power Geo Information Technology Co.,Ltd., Xiamen, 361009)

Distribution network equipment on-site repair, is a basic work of power distribution production management, occupies a very important position in the operation maintenance work.Due to the number of distribution equipment increased year by year, year-round outdoor exposure, and vulnerable to man-made and weather destruction and other factors, the difficulty of the distribution equipment repair management has been increasing year by year.With electric power users increased year by year, the power supply enterprises to provide quality service for power user is the basis of guarantee the normal power supply, and power failures repair work is a key factor of whether to provide quality services.Therefore, the distribution network equipment failure, repair vehicles and personnel can within the time promised to the fastest speed to the scene is directly related to customer satisfaction on the electrical industry sector.At the same time, the power enterprises to strengthen the electrical repairs vehicles and personnel management, implementation effective monitoring and scheduling of on-site operations, the timely detection, and deal with the problems arising in the repair course, can accurate and timely solve the problem of power supply for power users.Thus, the configuration of an effective distribution network integrated operating system become the urgent demand of power supply enterprises.

Beidou satellite positioning; GSM/3G; GIS geographic information; IOT; Distribution Network Repair; Work Order; Two votes; safety

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.02.004

TN96文献标示码：A

1672-7274（2016）02-0013-06