基于GIS的直升机电力巡检缺陷可视化技术

于洋++孟小前++王铁军++郭晓冰++王欣++王楠

摘 要

通过分析传统直升机电力巡检缺陷的存储方式，建立直升机巡检缺陷数据库，利用ARCGIS和输电线路台账信息，实现了直升机电力巡检缺陷的可视化展示以及热图生成，提供了新的缺陷查询与展示方式，同时为消缺和制定巡检计划提供了依据。

【关键词】直升机 巡检缺陷 ARCGIS可视化热图

输电线路是电网的重要组成部分，其传输距离远，周边地理环境复杂，对输电线路的维护具有较大的难度，由于直升机有较高的机动优势，且能携带光电检测设备，使得直升机成为对架空输电线路的正常巡视和检修工作的主要工具。直升机电力巡检作业主要产生高清照片、红外照片以及激光雷达等数据。随着直升机巡检作业的不断开展，产生的高清、红外缺陷图片数据数量日益累积，传统的缺陷文件存储方式难以满足数字化、可视化的管理需求。

1 缺陷管理现状

传统电力巡检缺陷库的管理方式是将大量缺陷照片（红外及可见光）进行磁盘文件夹分组存储，并在相应的文件夹内编写具有缺陷详细描述信息的缺陷单进行管理，数量庞大且繁杂，造成缺陷信息管理混乱、缺陷的查找和统计不方便、无法查看缺陷分布的空间信息。

2 研究目标

研究面向管理直升机电力巡检缺陷数据的基于二维GIS的巡检缺陷可视化展示方法，改善传统缺陷管理的存储、查询方式，实现缺陷数据的空间信息展示、缺陷信息的规范、结构化管理、缺陷信息的多维度查询等功能，服务于直升机电力巡检缺陷照片的展示、管理、统计工作，并为后续的历史缺陷数据的大数据分析，缺陷报告的生成等工作的开展奠定基础。

3 总体设计

GIS依据其支持多种数据库、多图层过滤展示、设备查询、无级缩放等优势，能够为用户提供直观的可视化展示、可依赖的数据分析依据，应用领域十分广泛。随着对用电量需求的不断增加，电力系统的规模已经相当庞大和复杂。将GIS技术与电力行业相结合的研究有很多，如基于GIS的电力故障投诉系统，基于GIS的电力电缆三维图形可视化管理系统等，从GIS角度拓展了电力行业的管理方式。

基于GIS的直升机巡检缺陷可视化展示分三层：数据层、展示层，服务层。服务层基于ArcGIS Server 10.2为后台数据服务发布平台，发布数据包含全国高程数据、全国矢量数据和输电线路台账，其中全国高程数据和全国矢量数据以切片的形式对外提供服务。展示层以ArcGIS JS API 为前端展示框架，实现缺陷信息的展示。数据层以ArcGIS File Geodatabase文件地理数据为格式，全国高程数据、全国矢量数据和输电线路台账存储在一个文件数据库中。切片数据以文件的形式存储在磁盘中。

3.1 架构设计

3.2 数据库设计

3.2.1 原有缺陷数据存储方式分析

直升机电力巡检作业中，巡检员利用可见光或红外拍摄设备，对疑似缺陷、交叉跨越（如线路交叉，线路跨越树木、温室大棚、房屋等）和其他巡视情况（如线路周围有明火等现象）进行拍摄。巡检结束后，根据现场拍摄照片，外业人员进行缺陷照片筛选，并将筛选结果反馈给进行缺陷分类、标记的内业人员，内业人员将照片进行缺陷标记后，根据巡检的缺陷位置等信息编写直升机巡检缺陷记录单完成缺陷汇总，如图1所示。直升机巡检缺陷记录单包括缺陷的电压等级、线路名称、杆塔编号、缺陷发现情况、巡检时间、资产单位、运维单位、缺陷分类以及发现人等信息。缺陷数据存储方式以年份、机组以及月份巡检情况（包含直升机巡检缺陷记录单与对应缺陷数据）分别用文件夹进行存储和管理。

随着直升机巡检任务的不断开展，大量的直升机巡检缺陷记录单和不规范的手工创建文件夹存储方式，造成缺陷数据难以高效查询、管理和统计，因此需将缺陷照片和缺陷单进行数据入库管理。规范的数据结构是实现缺陷数据统计、分析以及GIS可视化展示的基础。

3.2.2 缺陷数据表设计

根据原有缺陷数据的存储方式与直升机巡检缺陷记录单的分析，缺陷数据的存储设计需包括直升机巡检缺陷记录单的基础信息，如线路、杆塔等基本台账、还需包括缺陷数据的存储位置、缺陷类别、缺陷等级等详细信息。其属性结构如表1所示。

4 关键技术研究

缺陷数据的可视化展示，首先应获取缺陷数据的空间信息。直升机巡检缺陷记录单包含输电线路名称、杆塔号、发现日期等字段，但不包含可视化展示中需要的经纬度坐标等信息。为满足缺陷数据的存储要求，在缺陷记录表中增加经度、纬度字段，用于存储缺陷照片的空间位置信，如表2。

在进行缺陷数据存储时，系统根据直升机巡检缺陷记录单中线路名称和杆塔编号信息，在输电线路台账信息中查找匹配经纬度坐标，并将经纬度信息更新到该缺陷信息的X、Y字段中。对已存在的缺陷照片，系统以后台服务的形式定时更新缺陷位置信息。

缺陷的可视化展示效果如图2所示。

5 缺陷数据可视化展示

5.1 设备查询

为便于缺陷数据查询与定位，开发地名地址与设备名称查询功能，在输入线路名称后则可定位线路位置，同时后台加载该线路的缺陷信息。

5.2 图层控制

提供业务图层和基础图层显示控制，其中业务图层的数据来源为线路基础台账，业务图层显示控制包括用户线路、用户杆塔。全国高程数据以及全国矢量图形作为基础图层，基础图层控制包括省会、地级市、县、县界、市界、省界等内容。

5.3 导航树

导航树实现了输电线路基础台账信息和缺陷信息的多级浏览方式，通过导航树可以快速查找线路信息并定位缺陷信息。导航树的组织采用国家电网->省公司->直流/交流->电压等级->线路名称的方式，如图3所示。

导航树除支持按组织级别检索外还支持查询的方式，在查找线路输入框内输入线路名称，可以快速定位到导航树中线路的位置。在线路名称上点击右键，可以定位线路查看所有缺陷（红色部分为缺陷空间分布专题图），如图3所示。

5.5 热图

依据缺陷的空间位置、缺陷类型和年度生成的专题图。按年度，在缺陷可视化的展示的基础上，可以生成缺陷热图，热图反应了当前所查缺陷分布特征，如图4所示。

热图的展示为缺陷消缺工作和缺陷巡检计划制定提供了依据。

6 结语

本文所述直升机巡检缺陷可视化方法，改变了传统巡检缺陷的管理查询方式，提升了缺陷数据的管理水平。应用GIS技术，实现了缺陷数据的空间定位查询、可视化展示以及热图生成等直观的查看方式，为消缺工作、巡检计划的制定提供了依据，缺陷记录结构表的信息整合了直升机巡检缺陷记录单中的信息，为研究缺陷规律奠定了基础。

参考文献

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作者单位

国网通用航空有限公司 北京市 102213