公专变计量箱现场导航寻址研究探讨

崔亚华，吴筑晖，田 康，史卫华，龙高翼，田维维

（贵州省安顺供电局，安顺，贵州 561000）

公专变计量箱现场导航寻址研究探讨

崔亚华，吴筑晖，田 康，史卫华，龙高翼，田维维

（贵州省安顺供电局，安顺，贵州 561000）

文章分析了当前计量箱导航寻址的难题以及现有寻址定位方式的不足，提出了综合运用卫星定位、路网导航、惯性导航等多重技术的导航寻址系统，结合现场运用内置定位导航软件的智能手机，提升计量箱寻址的可靠性和现场工作的效率。

公专变计量箱；导航寻址；最后1 0米

1 引言

本文对现有各种导航寻址技术进行研究,尝试探讨适用于公专变计量箱现场导航寻址系统的建设方法,用较为经济的方法综合运用各类导航技术,对公专变计量箱位置进行较为准确的定位导航,将辖区内的公专变计量箱纳入信息化、可视化管理,提升现场工作的效率。

2 现状与问题分析

2.1 公专变计量箱位置记录不符合导航需要

目前投用的公专变计量箱在建设时往往未考虑导航寻址的需求,选址地点是与市政、用电户协商

后的折中选择,难以使用道路、门牌号等清晰定位数据来标识。现场情况也是千差万别,厂区、工矿、山区、农村、城市、平房、楼宇等都有。公专变计量箱安装时坐标采集手段还不常见,位置信息大多采用邻近道路作为记录,而箱名、箱号普遍与变压器一样使用线路加地区,或线路加用户等方式命名,这类记录信息误差较大,按照道路到达现场后,难以准确定位计量箱位置,只能依靠人工排摸,不仅耗时耗力,也要求人员对当地具有较高熟悉程度,在人员调动或紧急排障时严重影响效率。

2.2 卫星导航信号在部分区域难以覆盖

近年来,随着科技的进步,有些电网公司开始给现场人员配备具有内置GPS卫星导航模块的手持终端寻址导航仪[2],卫星导航信号一般的频率在1000MHz-2000MHz间,穿透能力较弱,在户外使用尚可,但在建筑楼宇等卫星信号不良区域,会有较大误差,甚至无法导航。此外,计量点周边的大功率无线电发射塔、大面积水域等也会对GPS信号产生干扰,影响导航效果。

2.3 电网GIS系统路网信息更新不及时

电网地理信息系统（GIS）是由电力企业独立承建的,集电力设备、设施地理数据采集、维护和位置查询、导航为一体的统一信息平台,该系统的特色在于专门针对电网设备设施建设,数据覆盖较为集中准确,也实现了一定的现场导航和路径规划功能[3]。但其缺点在于路网信息获取渠道单一,对于新增或临时变动的路网信息难以及时更新,往往发生现场与系统信息不一致的问题,有时甚至会影响现场工作效率。

2.4 导航寻址有“最后10米”的难题

GPS民用精度理论只有10米左右,而公专变计量箱现场安装的复杂性导致这最后10米难于准确定位。例如,安装在城市建筑楼宇之间的公专变计量箱,半径10米的区域内可能间隔多道墙壁或拐角遮挡物,这时单纯依赖卫星导航就无法解决寻址问题。

3 解决方案

3.1 总体分析

要解决公专变计量箱现场导航寻址的问题,第一,必须建立健全公专变计量箱位置管理数据,研究从安装到管理维护的资产全生命周期管理流程；第二,应该将多种导航方式有机结合,根据目标所在环境条件选择最佳的导航技术；第三,可以考虑与已经成熟运行并不断完善的,基于3G/4G移动互联网的民用导航平台互相整合,有效利用智能手机等通用便携终端,解决GIS路网信息不全,建设成本高等问题；第四,运用图像、文字记录等辅助定位信息,以及超声波测距等现场定位技术,解决现场寻址最后10米的问题。

3.2 公专变计量箱位置管理数据建设

为了建立准确的位置数据模型,需要如表1所示的关键字段。

表1 公专变计量箱位置管理字段图

以上各字段数据要整合管理,对与已经建成的公专变箱应该进行数据的统一采集,并且持续根据现场反馈进行更新。对于新建的公专变箱设点选址应该充分考虑上述因素,尽量选择各字段值清晰,易于分辨的环境。各字段的采集方法如下：

（1）坐标、临近道路、临近建筑：目前,智能手机等移动通信设备都具有精度较高的卫星定位能力,部分已经可以取代车载导航设备。从成本的角度考虑,可以采用智能手机配合专用APP的方式,在安装过程中利用百度、高德等民用路网数据平台的定位API,实现基础定位与逆地理编码,由于临近程度较难判定,可以按照固定的距离选择多个点,统计多条数据,在完成采集后再进行人工筛选。

（2）所在线路：根据已完成的公专变设备与供配电线路勾稽关系可以直接生成。

（3）俯视平面图、现场照片：可以采用拍照设备配合小型无人机等航拍设备进行采集。

（4）备注：主要通过人工记录的方式采集。以上数据字段除俯视平面图和现场照片外,其他数据长度均不大,便于在现场导航时跟随工单下发,而俯视平面图和现场照片可以采用“需要时下发”的方式由现场工作人员主动触发下载。

由于公专变计量箱位置信息由单一信息变为复合式的数据类型,必须设立惟一的主键加以区分,因此传统的公专变计量箱命名方式不再适用,应该采用数字或字母加数字的序列号形式,确保编号不重复。

3.3 多种导航技术结合

目前,最常用的卫星导航技术在车辆行驶导航中已经取得广泛应用,但是在部分公专变计量箱现场条件下,存在信号弱,无法定位等问题。解决这个问题必须将多种导航技术结合起来使用,导航技术主要可以分为以下几类：

（1）卫星定位导航,原理是通过接收导航卫星发射的导航电文,利用导航电文中的卫星时间和卫星位置数据,列方程组计算出用户所在位置,再根据已知路网数据及目标位置数据,实时计算到达目标的最佳路径。因为未知变量包括用户在空间地理坐标系统中的三个坐标（x/y/z）,以及用户时钟与卫星时钟的偏差△t,因此至少需要接收4颗卫星的导航电文才能得出值。这种导航技术的优点在于位置较为精确,可以在行驶过程中根据新的定位信息实时修正,缺点在于依赖卫星信号,在卫星信号被遮蔽的情况下导航效果不佳。

（2）A-GPS技术,即辅助卫星定位技术,主要通过移动通信网络,利用基地台代送辅助卫星信息,弥补受遮盖室内的定位效果,这种方式将卫星导航定位的覆盖范围由卫星信号区域拓展到基站覆盖区域,有效减轻了导航定位对卫星信号的依赖度,但是不足在于需要无线通信网络覆盖,并且仍然需要GPS信号进行基础定位,在脱离GPS的情况下定位误差较大。

（3）路网导航,根据目标点在路网上的位置和自身位置,在路网数据系统中进行运算,计算每个拐点及拐向,形成导航路径表,结合道路指示牌进行导航。这种导航技术只能到达目标所在道理或建筑的大致范围,而且不能根据路况动态的调整行进路线,但是不依赖于GPS信号,仍然可以成为路网建设较成熟的城市环境中的补充手段。

（4）惯性导航,其原理是利用速度、方向以及加速度传感器计算车辆的运动曲线,估算自身所在位置。这种导航技术的误差最大,但是仍然可以作为卫星导航失效时的替代,对于目标地较空旷的乡村环境,在失去卫星导航时可以使用惯性导航配合目视观测来定位目标计量箱。

一般的,现场手持终端的APP应该同时具备以上导航技术,优先考虑使用A-GPS技术结合卫星定位进行导航,同时实时回馈自身位置,当失去无线通信网络覆盖时自动切换至卫星导航,当失去卫星信号时人工通知管理后台自身路网位置,由管理平台通过短信等方式发送导航路径表进行路网导航。如果在乡村环境,则由APP根据手持终端传感器取值进行惯性导航,同时配合目测。

3.4 民用导航平台

电力系统现有的地理信息系统（GIS）已经完成相当规模的建设[2],但是由于路网数据只由本企业和有限合作方维护更新,普遍存在更新不及时,新信息添加滞后以及建筑标识不全等问题,在实际导航应用中效果有限。

此外,电力系统自有的GIS系统尚未建立完整成熟的导航API,在实时导航路径的运算生成上存在问题,如果独立开发,一方面不符合电网信息系统集中化的趋势,另一方面成本较高。

国内一些大型的民用导航路网平台,由于具有用户量大,用户反馈及时,商户信息自发添注等优势,因此其路网信息更新及时快速。由于其民用特征,导航API已经过长期实践验证,并且开放了免费的调用接口,可以作为GIS未完全成熟前的替代方案。目前,国内主流的导航路网平台包括百度地图平台和高德地图平台。两者对比如表2所示。

综合两大平台对比,可以发现百度地图平台的主要优势在于用户量更大,建筑信息标注更丰富,而高德地图平台因为从事道路导航较早,路网信息更为丰富。考虑到公专变计量箱所在建筑信息可以人工添加,不能成为决定影响因素。高德地图的关键优势在于坐标系统直接采用国测局提供的GCJ02加密算法,较为通用,而百度经过自家开发的BD-09二次加密,限制了坐标数据的通用性。此外,高德地图直接支持室内定位,便于后期扩展复杂建筑室内的公专变计量箱定位功能,因此具有更大的扩展空间。

表2 百度地图和高德地图实际应用对比

采用公用的民用导航平台,需要解决与架设在电力内网的管理系统进行信息交互的问题,如果采用一般的GPRS数据通信,难以解决信息安全问题。因为需要交互的数据主要是坐标信息,而坐标信息可以采用纯文本的传输方式,因此,可以采用文本短信的传输方式,一般的文本短信支持最大140个字节的数据量,可以满足坐标信息的传输要求。

3.5 解决“最后10米”问题

因为一般民用导航技术的精度最高在10米左右,在到达公专变计量箱所在的临近道路或临近建筑时,往往距离计量箱实际位置还有一点距离,因为建筑遮挡或者视角盲区,找到计量箱还需要花费一定的时间,为了解决这个问题,可以考虑以下方法：

（1）辅助的图文信息,例如现场平面图、现场特征照片以及必要的位置描述信息。对于建筑遮挡和视角盲区,通过俯拍的现场平面图可以良好的解决问题,平面图上可以添加方向和标注,现场特征照片主要用来解决无标识建筑相似性,通过特征照片可以区分。而位置描述信息主要用来解决建筑内的安装地寻找,尤其是涉及到多层建筑时,对层数的描述对现场寻址非常有效。

（2）超声波现场测距,在辅助的图文信息仍无法准确定位计量箱的情况下,可以在公专变计量箱上安置超声波发射器,超声波的频率在20kHz以上,经过空气传播时,随着传播距离的增大,声压有较为明显的衰减,频率越高,衰减越快,利用这一点可以通过专用手持终端上的超声波探测器给出距离声源的距离,从而进行定位寻址。国内可选用HC-SR04超声测距模块作为应用参考,其功率峰值一般在100mW,测量距离可以达到4米,一般的配合辅助图文信息,可以起到良好的定位效果。

（3）醒目标示,如果考虑方案成本,在公专变计量箱体上添加醒目标示或遥控声光装置,也能够解决近距离寻址问题。

4 试点建设情况

贵州省安顺供电公司建设了“公专变计量箱导航系统”并运行至今,系统采用了智能手机作为手持终端,完成了200个试点计量箱的位置信息采集工作。在实际工作中,采用工单的形式,通过短信将目标计量箱位置信息下发到智能手机,利用专为安卓系统智能手机开发的公专变计量箱导航定位APP规划、导引,自动分析出最优路径,规划模式有车行、人行等多种模式。导航APP采用了国内成熟的高德地图API作为路网平台,基本覆盖了安顺市区及城乡各主要路网数据并持续更新,基本满足了现场全面覆盖。贵州为多山地区,在GPS信号不够的情况下,系统采用了路网导航结惯性导航的技术进行补充,在到达目的地寻找计量箱准确位置时,提供现场特征照片和俯视平面图。

系统建成至今完成导航182次,平均缩短检修排障时间0.57小时。并在此基础上建设了人员到场确认系统,大幅度提高了巡视工作效率,改变电力线路巡视需要依赖少数熟悉当地情况人员的现状。此系统建设成本较低,无须投入大量人力物力对路网信息进行更新维护,实际运行效果良好,有相当的推广应用价值。

5 结束语

公专变计量箱导航系统的建设运用,对辖区试点计量箱的位置信息做到了精确的定位和记录,将计量箱纳入日常信息化管理中,并在现场实际工作中,采用智能手机内置的APP导航软件,基本满足了贵州安顺地区山地地形的导航寻址需求,缩短了寻址路径距离与时间,取得了一定的成效。

[1]夏凌云,安中印．基于轨迹导航的电力巡检业务应用[J]．软件导刊, 2014,13(12): 86-88

[2]樊飞玲, 何玲,任峰,王刚．基于GPS定位技术的可视化计量资产管理分析[J]．产业与科技论坛,2012, 11 (22): 87-88

[3]熊得智,江滔泓,黄志刚．计量装置GIS系统的设计与运用[J]．电力信息化,2013, 11(6), 61-65

[4]W. D. Ulrich, "Ultrasound Dosage for Nontherapeutic Use on Human Beings - Extrapolations from a Literature Survey," Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, vol. BME-21, pp. 48-51, 1974-01-01 1974.

A Probe into Navigated on-site Addressing of Metering Boxes Intended for Both Public and Dedicated Transformers

Cui Yahua, Wu Zhuhui, Tian Kang, Shi Weihua, Long Gaoyi, Tian Weiwei
(Anshun Power Supply Bureau of Guizhou Province, Anshun, 561000,China)

By analyzing existing problems from navigated addressing of metering boxes and what to improve for current addressing and locating modes, the paper argued that a comprehensive navigated addressing system, integrating satellite positioning, guidance of route network, inertial navigation and other technologies, should be used in combination with smartphone with built-in positioning and navigation software, so as to improve the reliability in metering box addressing and on-site working efficiency.

metering boxes for public and dedicated transformers; navigated addressing; the last 10 meters

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.12.005

TN96 文献标示码：B

1672-7274（2016）12-0018-04

崔亚华,男,1990年生,山东菏泽人,助理工程师,从事电能计量管理工作。吴筑晖,女,1971年生,贵州安顺人,工程师,从事电能计量管理工作。田 康,男,1983年生,贵州安顺人,工程师,从事电能计量管理工作。史卫华,女,1977年生,贵州安顺人,高级技师,从事电测热工、电能计量管理工作。龙高翼,男,1988年生,贵州六盘水人,工程师,从事电能计量管理工作。田维维,女,1990年生,贵州铜仁人,助理工程师,从事电测热工、电能计量管理工作。