基于3S技术的供电线路巡检系统研究与实现

胡康钦 李振威 雷家兴 卢俊玮

摘要：新中国成立70年来，我国输电线路长度增长291倍，但目前我国电力巡检是依靠传统的方法为主，凭借人工检测电力系统故障的难度越来越大，效率越来越低。该文分析了我国当前传统电力巡检存在的问题，通过对比传统巡检和移动巡检，阐述了3S技术应用促进了电力巡检水平不断发展与提高，并展望了未来移动巡检技术在电力巡检领域应用的发展方向。

关键词：全球定位系统;地理信息系统;遥感;电力;移动巡检

中图分类号：TM769      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）30-0010-03

Abstract： Since the founding of the People's Republic of China 70 years ago， the length of power transmission lines in China has increased by 291 times. However， at present， China's power patrol inspection mainly relies on traditional methods and relies on manual detection of power system faults， which is increasingly difficult and inefficient. How to control the route， progress， and status of the patrol inspection work of the patrol inspection staff， as well as the standardized governance of the patrol inspection work， has become a problem that the grid managers generally pay attention to and urgently need to be solved. With the rapid development of mobile Internet technology， mobile power patrol becomes possible. This paper analyzes the problems existing in the current traditional power inspection in China， and by comparing the traditional and mobile inspection， expounds that the application of 3S technology promotes the continuous development and improvement of the power inspection level， and prospects the development direction of the application of mobile inspection technology in the field of power inspection in the future.

Key words： GPS; GIS; RS; electricity; mobile inspection

1背景

新中国成立70年来，我国电网建设取得举世瞩目的巨大成就：输电线路长度增长291倍、变电容量增长2020倍、全社会用电量增长884倍、人均用电量增长617倍[1]。电力设备的类别多、范围广，其中最常见的就是配电网，而且部分设备处于环境复杂、人口密集的城区或者山高路远、交通不便的山区，一旦发生事故损失会影响到正常工作和生产。如何管控巡检职员巡检工作的路线、进度和状态，以及巡检工作的规范化治理，已经成为电网治理者普遍关注和亟待解决的问题[2]。随着移动互联网技术的快速发展，移动电力巡检成为可能[3]。因此，电网巡检在电力系统安全及其稳定运行上起到了不可或缺的作用[4]。

2电力巡线技术现状

随着城市化进程的加快，高、低压线的隐蔽工程，在城镇进行巡检工作仍然是通过专业的巡检人员完成。最常见的人工巡检方式，是采用纸笔记录。这种方式的缺点在于记录大多无法把握数据的真实性，存在人为误差、无法及时反映记录的信息，以及不能监督巡检工作人员的工作轨迹。同时，巡检人员记录的信息不便于保存、容易遗失，数据加工处理的时间较长，查询信息效率极低，难以迅速透过所记录的结果对设备进行缺陷分析、选型等。

第二代巡檢系统采用了信息钮和条形码等较为自动化的识别技术对设备进行计算机管理，杜绝了绝大部分人为因素对其造成影响。但第二代系统也存在许多不足，巡检前在要巡检的设备上贴上条形码或者集成芯片电子标签，然后巡检人员去扫描条形码或用射频采集设备靠近标签来收集数据，这类巡检方式比较简单，但由于条形码和信息钮很容易被破坏，受人为和环境因素影响大，稳定性和耐用度仍存在缺陷[5]。由于数据采集过程也都不是实时反映，因此，同样容易出现管理漏洞。

20世纪80年代末，国外开始了对于架空输电线路巡检作业机器人的研究，主要集中在日本、美国、加拿大、韩国等国。解决了因地理、天气等因素导致无法巡检作业的问题，我国也在20世纪90年代末开始了类似项目的研究。但是，机器巡检如果遇到雨天或者电线进入狭小空间，仍难以展开工作。此外，即便减少了人工，但需要高级技术人员携带并操控机器进行巡检，高级技术员工需要更长时间的培训，综合用工成本要比普通员工高出很多[6]，而且专业巡检机器作为目前最为高精设备，其购买设备的投入和后期维护费用也是相当大的支出。

3 3S技术在电力巡检中的应用

保障配网线路和设备巡检的正常运行，提高工作效率减少经济损失，并且能监督巡检职员巡检工作的路线、进度和状态，以及巡检工作的规范治理，是电网治理者势在必行的任务。基于3S技术的巡检方式，采用手持智能终端进入巡检区域，设备自动采集数据，并通过移动网络与远程事务服务器进行数据交互，从而实现巡检任务的调度与管控[7]。

GPS技术对电力巡检系统的优化体现在两个方面，首先，能准确记录电力设备的三维坐标。通过经纬度和海拔高度等数据对电塔进行高精度的定位，將数据信息保存在数据服务器中，每个设备都有一个坐标，并实时显示在巡检人员的巡线设备上，能够明确工作任务与计划、有效提高工作效率;其次，能精确定位巡检人员。利用GPS技术进行高精度的定位，结合GIS将巡检人员的准确位置实时显示在调度系统和巡线设备上，[8]当巡线员到达巡检或检修设备的位置后，会根据标准业务流程指示巡线人员开始执行相关任务，并可进行远程协作[9]。

电力巡检做好路径选择能很好地节约巡检工人的时间。在传统测量工作中，巡检员手持的地图往往与实际的地貌出入较大，不能保证实效性。通过RS技术可以查看、辨识电力设备所在位置的地质构造，地理信息等[10]。根据GIS能够为巡检员自动规划出一条最优路线，并且能建立信息采集数据库，方便后期管理与处理。

GIS技术是电力巡线系统的数据处理中心，集成所有数据实现信息化管理。根据业务需求对人员、设备、任务、权限等进行增、删、查、改等操作，还能将电力系统的其他模块通过数据接口进行耦合，通过可视化技术呈现更多的业务流信息和数据统计，极大地方便调度与管理等工作[11]。

4系统需求与实现

4.1 系统特点

基于3S技术开发电力巡检系统应考虑四个方面：1）安全性。不同于人工巡检在复杂险峻地点的近距离巡检，3S巡检系统应能保障巡检员的安全。系统的登录操作以及通过内网的信息处理保证了信息不被泄露。在权限方面对于下一级始终有限制;2）灵活性。移动终端设备取代了传统纸笔方式，传输、处理、分析等局限都得到改善。3S技术的处理对于巡检界面的简化，更方便了巡检人员的操作;3）准确性。GPS技术定位精准，严格要求巡检人员到点到位进行巡检，每个步骤的信息都要规范操作，提高了整个巡检系统的准确性;4）先进性。整合了3S技术的手持智能终端，是“信息时代”的产物，具有标准化，电子化，信息化的特点，适用于电力巡检业务需求。

4.2 业务需求

通过GPS的定位监督巡检员安全和位置，GIS简化系统内的地图类型，RS对接收信息进行扫描、存储、传输和处理，以及确定巡检路线[12]。GIS主要实现的功能有电力地图的建立、地图的基本操作、电力地图基本应用、图层绘制、图层控制、图层设置、图层叠加、图层的导入导出、空间图形属性设置、线路设备资料查看、危险点管理、巡视数据录入、巡检人员工作轨迹等。GIS空间数据是用于表示位置、形状、大小、方位和分布等诸方面信息的数据，空间数据的特点是不仅包括物体本身的空间位置和状态信息，还表示物体的空间关系的信息[13]。系统有以可缩放移动的图像形式展现的地理数据，GIS地理信息系统具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能，它基于管理空间对象和数据库管理系统[14]。系统采用矢量形式来存储GIS地图，而且可以分图层显示。在使用时灵活选择需要的图层，在信息量过大时避免给用户者带来麻烦[15]。

4.3技术路线

项目基于Android移动框架开发。Android移动框架分为三个部分，分别为应用部分，核心部分和底层部分。应用部分中包括桌面应用、联系人应用、通话应用和浏览器应用等。核心部分包括框架层和核心类库。框架层有组建管理服务、窗口管理服务、系统数据源组建、空间框架、资源管理服务、安装包管理服务等。核心类库有libe、SQLite、Webkit、OpenGL、Freetype等。在运行时主要有java核心类库和虚拟机两部分。在底层部分中分为硬件抽象层和Linux内核。硬件抽象层中有音视频接口、GPS接口、通话接口、WiFi接口等。在Linux内核中有进程/线程，电源管理和驱动等部分。

巡检应用程序是基于具有导航终端的硬件平台，采用Android操作系统进行资源的分配与调度，结合地理空间数据库和GUI程序框架实现实时地理位置与空间数据比较和生成自定义图形界面。图形界面通过API接口与后台进行数据的交互，软件包含数据管理模块、地图操作模块、数据采集模块、属性查看模块、导航定位模块、地图匹配模块以及数据备份和恢复模块（系统架构图如图1所示）。

4.4系统实现

本系统GIS平台基于微软C#开发语言，采用ASP.NET MVC应用框架，结合SQLServer结构化数据库开发，各业务模块实现了低耦合、高内聚，具有较好的可扩展性和可维护性。APP基于Android移动框架，采用SQLite作为暂存数据库，具有较好的稳定性和响应度。智能终端集成GPS、摄像头、麦克风、六轴陀螺仪等其他传感器模块。巡检系统的操作流程：1）巡检员登录系统;2）进行任务下载，包括资产信息、地理信息、任务信息等;3）定位并判断是否就位，如没有就位重新获取位置信息;4）已就位后进入巡视卡的填写和通过GPS记录地理信息，该业务流程为多线程过程;5）将采集数据通过移动网络上传至GIS业务数据库（具体流程图见图2）。

5展望

基于电力线路工程较为繁重的工作过程，利用3S技术首先可以实现精确的定位、利用所得数据进行科学计算，其次还可迅速对原有勘测技术表现出的问题进行处理。不仅可以省时省力，减少物力的消耗，还能大大增加电路工程整体建设的效率。大规模基础应用系统在实际应用中存在数据传输过程的网络安全隔离问题，因此，在实现过程中尽量通过小工具或插件实现跨网数据的无缝传输，提高用户体验度。综上所述，3S技术在电力巡检系统的应用，可改善电力巡检工作效率和质量，经济效益和社会效益得到大幅提升。未来发展，移动电力巡检系统逐渐发展为公共资源平台，采用区块链的架构去中心化，甚至可以实现人人用电、人人巡检、人人受益。

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【通联编辑：谢媛媛】