基于GPS的智能化输电线路巡检系统的研究

张云飞

（国网江苏省电力公司徐州供电公司）

基于GPS的智能化输电线路巡检系统的研究

张云飞

（国网江苏省电力公司徐州供电公司）

输电线路是电力系统的重要组成部分，其巡检管理是有效保证输电线路及其设备安全的一项重要基础性工作。本文详细介绍了一种依托GIS管理平台，以全球定位系统GPS为地理定位的技术手段，将智能手机、后台管理机、计算机和网络通信技术融为一体的智能化输电线路巡检系统，该系统具有图形数据管理、数据采集管理、巡检任务管理、设备缺陷管理，以及巡检人员和硬件设备的管理等功能，能够满足巡检工作快速、高效和实时的要求。

GPS；输电线路；巡检；智能手机；巡检管理主机

0 引言

传统的输电线路巡检管理方法：巡检人员对输电线路的巡线过程中，发现输电线路或设备存在故障时，以输电线路的杆塔编号或类似方法作为参照，对故障点位置进行手工记录，然后口头或电话汇报给管理部门。此模式的突出问题在于难以准确记录故障点的发生位置、时效性差且管理效率低，故构建智能化输电线路巡检系统来提高输电线路巡检效率和巡检准确率就具有十分重要的现实意义。

1 现阶段输电线路巡检系统的局限性

近年来一些输电线路巡检系统相继出现，这些系统通过在杆塔上安装巡视电子标签、条形码或二维码等自动识别器件，辅以后台计算软件进行集中管理，在提高输电线路巡检效率方面发挥了重要作用。但仍存在局限性：安装电子标签可以有效避免漏检的发生，但其安装复杂且长期暴露在野外，容易遭受损坏而影响巡检数据的正确性；缺陷票的填写由巡检人员现场手工完成，效率低下且缺陷描述不够规范，使得线路缺陷汇总分析的工作量没有实质性减少，影响了输电线路巡检管理效率的进一步提高；没有根据输电线路巡检的需求及行业特点，应用地理信息系统及GPS等先进技术，不能实时和有效查看巡检数据及了解巡检任务的状态；巡检任务调度的管理采用定期按照规定线路的方式进行，无法很好地应对突发事故，灵活性较差[1,2]。

基于GPS的智能化输电线路巡检系统将卫星定位、无线网络、无线通信、智能手机等技术融合为一体能够实现输电线路巡检信息的远程传递。应用地理信息系统和GPS技术能够显著提高输电线路巡检系统的直观性和实时性，以确保输电线路巡检工作的高效进行。

2 基于GPS的智能化输电线路巡检系统的工作原理

服务器端由表现层、业务逻辑层、数据层等构成。其中，表现层主要是通过智能手机进行基础的数据采集、信息查询、地图操作等工作；表现层根据业务需求调用服务器资源，来实现输电线路巡视、数据传输、数据提供等工作在业务逻辑层上实现；数据层则负责整个系统的数据存储和管理（具体如图1所示）。

图1 基于GPS的智能化输电线路巡检系统的架构

系统的工作原理：智能手机的智能巡视终端管理软件通过通讯接口从主站接收本次巡视任务；巡检人员在到达巡检地点后，使用智能手机的GPS接收器接收GPS卫星信号，并把接收到的GPS信号通过接口上传至主站，主站会和本次巡视任务中巡视点的经纬度坐标进行比较，判断是否巡视到位；若该巡视点存在隐患，可以从智能手机的巡视终端管理软件中进行登记并实时上传至主站。

3 基于GPS的智能化输电线路巡检系统的功能设计

根据输电线路巡检工作的实际需求，基于GPS的智能化输电线路巡检系统应包含如下功能。

（1）图形化管理

通过与GIS管理平台的集成，实现以地理图层为背景的输电线路巡检管理，使巡检管理人员能够很方便查阅线路概况及线路图，调出具体的线路图；能够实时查看巡检任务的轨迹以及必检点的实际地理位置，从而相对准确地对各巡检任务的完成难度进行估计，对巡检人员的工作量进行合理的安排；根据线路的地理走向分布及其周围地理情况，为巡检人员确定最合理的线路巡检路线[3]。巡检人员也可以利用数据库查询功能，查询线路的信息及其相应的位置、电网图的信息及线杆间的规律档距。

（2）巡检任务管理

根据巡检工作规定和实际情况，巡检管理人员制定不同类型的巡检任务，以适应不同输电线路巡检的需要。

通过设置巡检任务的智能手机编号、线路编号、巡检要求、巡检类型、本次巡检的必检点（本次巡检的必检点由线路的备选必检点中选出），每次线路巡检可以使用多个智能手机巡检同一条线路或者多条线路，能够避免由于同杆架设、平行架设导致线路巡检无法安排的情况，对巡检人员的巡视路径做到精确控制，提高巡检工作质量。

巡检任务制定后，由巡检管理人员将任务设置为发布状态，巡检工作人员再登录系统，通过身份认证后，就会看到自己需要完成的巡检任务。巡检任务信息包括需要巡视的线路（以起始和截止杆塔标示）、必检点、任务的截止完成时间、任务状态以及各个待巡检点的状态。巡检人员能够将自己的巡检任务通过USB接口下载到智能手机上，然后开始线路巡检工作。

在巡检任务完成后，还要对巡检人员的任务完成情况进行验收。任务的完成主要是根据对巡检员的巡检信息进行查询处理，对照巡检任务下达时缺陷信息表的时间和巡检完成后的时间差别，以此来确定巡检人员是否巡检到位[4]。线路巡检任务管理流程如图2所示。

图2 输电线路巡检任务管理流程图

（3）设备缺陷管理

现场巡检过程中采集的设备缺陷数据，经智能手机传送到系统空间数据库。现场记录包括：缺陷记录、检修记录、设备台帐、缺陷通知单、设备档案、线路条图、技术问答等；巡检管理人员可通过对线路缺陷具体情况的分析和查询，安排决定线路的检修计划[5]；通过查询发现线路中的缺陷，统计线路的缺陷情况报表；对查询出的缺陷记录进行分类别、分等级管理和消缺处理，下达消缺任务，并总结打印。

（4）巡检人员管理

智能手机由巡检人员随身携带，对巡检人员的管理即是对智能手机的管理。通过实时读取智能手机的GPS数据，检查到位率，自动生成巡检轨迹图；可监控巡线人员位置和工作状况，随时了解现场故障信息，并对外勤人员进行远程技术支持；巡视管理人员可以通过智能手机实时跟踪现场正在巡视的人员，并根据巡视人员发送的现场消息发送调度指令，协调巡视工作，协同完成巡视工作。

（5）用户权限管理

该部分包含了所有能够访问智能化输电线路巡检系统用户的权限，其中也包括巡检员。用户有着不同的级别，每个用户可以建立自己的用户名，不同级别的用户在进入了该系统后可以进行不同级别的操作。本文把用户级别分成三个等级，具体如下表所示。

表 系统用户级别的划分

4 空间数据库的构建

空间数据库存储着电网系统的地理数据，将各种地图背景要素、电力设备要素按照特点存放在不同要素类中，并使用不同符号来表示不同电力设备。空间数据库的构建是一项冗长的工作，大致需要经历如下几个过程（如图3所示）。

图3 空间数据库的建库流程

（1）数据组织

数据的组织也是数据库的设计，包括空间数据分类及空间数据库的结构设计。

（2）地图背景数据录入

地图背景数据可以是栅格数据和矢量数据，通过ArcCatalog导入空间数据库。

（3）线路和电力设备的空间数据采集录入

首先由巡检人员携带数据采集仪实地采集线路和电力设备的空间数据和部分属性数据，采集回的数据经过校对和处理等流程，才能经由数据导入程序存储在空间数据库中。在本文中线路和电力设备空间数据采集工作是采用线路巡检的GPS智能手机完成的。GPS智能手机由巡检人员随身携带，用于通过GPS技术获取采点坐标，记录在智能手机中，在采点工作结束后导出采点数据为Excel交换数据格式。

智能手机要先由巡检管理员进行初始化，设置智能手机的用户身份识别卡（Subscriber Identity Module，SIM）的号码，该号码用于唯一确定一台智能手机，设置智能手机的工作模式为采点模式。数据采集表辅助智能手机进行数据采集，用于记录线路和电力设备的属性信息，本设计针对各种不同的线路和电力设备采用同一张数据采集表。按照确定关系对线路和电力设备的属性字段进行组织，各种电力设备间的关系为：以线路为主，杆塔归属于线路，电机、电容、开关、配变这4种设备归属于杆塔。电厂与电力设备间不存在从属关系，独立存在。

巡检人员携带智能手机和数据采集表实地采集电力设备的空间数据和属性数据。用智能手机在采点模式下采集各种电力设备的空间信息，同时在数据采集表中记录该电力设备的属性信息，智能手机中各个已采点的空间数据通过采点号与数据采集表中的属性数据进行关联[6]。数据采集表中部分属性数据也可以在后期通过程序进行完善，但一些主要数据字段关系到生成线路地理接线图的正确性，必须填写正确，如：上下级杆塔号、所属线路名称等。

当一条线路的数据采集完成后，由巡检人员将智能手机中的采点数据通过数据导出程序转换为固定格式的Excel表格数据，同时也需要将数据采集表中的数据手动输入成Excel格式数据，这两个Excel数据文件被发送回电力局数据中心，由工作人员进行数据格式预处理，然后再通过数据导入程序将各条线路的采点数据导入空间数据库。

（4）电力设备的属性数据采集录入

由于智能手机功能所限，不能够采集记录各种电力设备的全部属性信息，所以系统提供数据完善Web子系统进行电力设备属性数据的录入和维护。

（5）空间数据库的编辑修改维护

主要是电力设备的新增、修改和删除以及输电线路地理接线图的修改和维护。

5 结束语

随着我国经济快速发展，电网运行的控制及管理工作变得较以往任何时期都更为复杂。输电线路和电力设备由于长期暴露在大自然之中，不仅承受正常机械载荷和电力负荷的作用，而且外力侵害等多种因素将会促使设备老化、疲劳、氧化和腐蚀，如不及时发现和消除，就可能会发展成为各种故障，对电力系统的安全和稳定构成威胁[7]。所以对输电线路巡检进行科学有效的管理，及时发现并处理事故，保证输电线路和电力设备的正常运行关系重大。

基于此，本文构建了基于GPS的智能化输电线路巡检系统，该系统能够使巡检人员摆脱原始的纸质记录方式，降低人为因素带来的漏检或错检，使管理部门有效监督巡检人员工作状态成为可能。

[1] 魏翼如.基于J2EE的输电线路巡检系统的研究与实现[D].北京:华北电力大学,2013．

[2] 魏峰.超高压输电线路巡检系统的研究[D].济南:山东大学,2013．

[3] 张华,徐原春,姚晓春,赵亮,唐超.一种配网巡检管理系统的开发[J].电气技术,2012（12）．

[4] 陈亮,王波,蒋才明.智能输电线路巡检系统设计与实现[J].电工电气,2014（9）．

[5] 马兴誉.基于航拍图像的输电线路自动巡检相关技术研究[D].北京:华北电力大学,2016．

[6] 任润虎,徐振梅.手持式PDA配电智能视频巡检管理系统设计[J].电气技术,2013（4）．

[7] 陈仕龙,谢佳伟,毕贵红,张杰,张文英,高超.一种特高压直流输电线路神经网络双端故障测距新方法[J].电工技术学报,2015（4）．

2017-06-14）