從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度提出了輸電線路巡檢系統(tǒng)完整的設(shè)計策略 - 全文

本文從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度提出了輸電線路巡檢系統(tǒng)完整的設(shè)計策略；詳細(xì)描述了平臺選型方案、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方案和系統(tǒng)功能設(shè)計方案；提出了具有高擴(kuò)展性的設(shè)備管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路；闡述了PDA移動端的地圖組織、數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路和業(yè)務(wù)功能設(shè)計。

輸電線路巡檢是有效保障輸電網(wǎng)安全運(yùn)行的一項重要工作，能夠有效掌握輸電線路運(yùn)行狀況及周圍環(huán)境的變化，發(fā)現(xiàn)設(shè)施缺陷和安全隱患。

系統(tǒng)基于移動GIS技術(shù)、掌上電腦（PDA）、GPS接收機(jī)和無線通訊等先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)構(gòu)建，以業(yè)務(wù)需求和規(guī)范管理為驅(qū)動實(shí)現(xiàn)輸變電線路巡檢管理的流程化、規(guī)范化和智能化。系統(tǒng)以明確的操作流程和完整的檢查表格最大限度保證線路檢查的有效性；通過與生產(chǎn)系統(tǒng)的信息交互實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)行的閉環(huán)管理；通過 GPS定位技術(shù)進(jìn)行桿塔坐標(biāo)定位和人員到位管理大幅提高工作效率。

通過巡檢系統(tǒng)能夠?qū)l(fā)現(xiàn)問題及時的傳遞到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中形成巡檢、缺陷上報、檢修處理等工作的一體化處理過程。線路巡檢工作的信息化、規(guī)范管理管理能夠有效提高供電可靠性，減少因故障停電而造成的經(jīng)濟(jì)損失，確保輸電線路的安全運(yùn)行。同時提高企業(yè)的信息化管理水平并對外樹立良好的公眾服務(wù)形象。

系統(tǒng)平臺選型

移動GIS平臺選型

移動GIS (Mobile GIS)是建立在移動計算環(huán)境、有限處理能力的移動終端條件下，提供移動中的、分布式的、圖形化的地理信息服務(wù)，是一個集GIS、GPS、移動通信 (GSM/GPRS/CDMA)技術(shù)于一體的系統(tǒng)。它通過GIS完成空間數(shù)據(jù)管理和分析，GPS進(jìn)行定位和跟蹤，利用PDA完成數(shù)據(jù)獲取功能，借助移動通信技術(shù)完成圖形、文字、聲音等數(shù)據(jù)的傳輸。

與WebGIS系統(tǒng)相比，移動GIS的運(yùn)行平臺從Internet拓展到了無線網(wǎng)絡(luò)，使得移動GIS能夠?qū)崿F(xiàn)更為靈活方便的應(yīng)用，無線通訊技術(shù)大大加強(qiáng)了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的深度和廣度，為地理信息系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了廣闊的舞臺。

在巡檢系統(tǒng)平臺上，美國環(huán)境研究所（ESRI公司）的ArcPad是一款應(yīng)用廣泛、低成本的解決方案。ArcPad通過手持設(shè)備為野外工作者提供了制圖、GIS與GPS集成和無線通訊功能，從而顯著提高了在野外中對空間數(shù)據(jù)的工作效率。ArcPad為野外工作人員提供了捕捉，存儲，更新，處理，分析和顯示地理信息的能力。在易用性、擴(kuò)展性、企業(yè)級GIS結(jié)合和客戶定制方面表現(xiàn)都非常優(yōu)秀。

工作流引擎選型

工作流引擎作為巡檢系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)的底層支撐，對于系統(tǒng)建設(shè)起到至關(guān)重要的作用，必須能夠滿足流程定義、業(yè)務(wù)調(diào)整、部門重組和信息監(jiān)控等要求。 JBOSS JBPM（Java Business Process Management）是一個開源的輕量級工作流引擎能夠很好的滿足系統(tǒng)建設(shè)對于業(yè)務(wù)流程管理的要求。

JBPM是一個靈活的、可擴(kuò)展的工作流管理系統(tǒng)。JBPM擁有直觀的流程語言，用任務(wù)、異步的等待狀態(tài)、定時器、自動化動作等來表示業(yè)務(wù)流程圖，具有非常強(qiáng)大可擴(kuò)展的控制流機(jī)制。

JBPM具有最小的依賴環(huán)境，可以像使用Java類庫一樣容易的使用它，也可以通過把它部署在J2EE集群應(yīng)用服務(wù)器中，用于吞吐量極大的環(huán)境中。JBPM可被配置為任何數(shù)據(jù)庫，并且可以部署到任何應(yīng)用服務(wù)器。

系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

從總體結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)采用了B/S架構(gòu)建設(shè)，包括服務(wù)端的管理功能和PDA移動端功能（圖1）

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圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能設(shè)計

輸電巡檢主要由設(shè)備管理、巡視標(biāo)準(zhǔn)管理、巡檢管理、缺陷管理、查詢統(tǒng)計、PDA移動端功能、系統(tǒng)接口等功能模塊組成。

系統(tǒng)在服務(wù)端完成設(shè)備管理、巡視標(biāo)準(zhǔn)管理、巡檢管理、缺陷管理和查詢統(tǒng)計等功能，服務(wù)器程序采用J2EE的B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)巡視周期生成巡視任務(wù)，并為移動終端提供數(shù)據(jù)下載服務(wù)。

在移動端，巡線員使用PDA進(jìn)行路經(jīng)導(dǎo)航，通過GPS定位獲取對應(yīng)桿塔的巡檢卡，根據(jù)現(xiàn)場情況填寫巡檢記錄，同時根據(jù)需要可以進(jìn)行桿塔坐標(biāo)采集。

系統(tǒng)功能模塊關(guān)系如（圖2）:

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圖2 系統(tǒng)功能模塊關(guān)系圖

設(shè)備管理設(shè)計

設(shè)備數(shù)據(jù)是線路巡檢系統(tǒng)業(yè)務(wù)基礎(chǔ)支撐，是系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)，設(shè)備管理功能必需具備業(yè)務(wù)調(diào)整的靈活性和可擴(kuò)展性?；诖酥笇?dǎo)思想，系統(tǒng)設(shè)計采用縱表的方式進(jìn)行設(shè)備管理設(shè)計，能夠靈活進(jìn)行自定義屬性滿足業(yè)務(wù)擴(kuò)展需要，大大降低系統(tǒng)的維護(hù)工作量，提高了整個系統(tǒng)的靈活性。

設(shè)備管理包括：設(shè)備臺帳管理、設(shè)備統(tǒng)計報表管理、設(shè)備資料管理。

設(shè)備臺帳管理設(shè)計思路：

設(shè)計策略

對大型的設(shè)備和設(shè)備大類在數(shù)據(jù)庫中建立對應(yīng)的表，并建立完整的屬性字段。

對于眾多的小設(shè)備和附屬設(shè)備采用描述表和值表相關(guān)聯(lián)的方式來處理,不再對具體的一種設(shè)備創(chuàng)建一個具體的表。

描述表和值表實(shí)現(xiàn)關(guān)系圖（圖3）:

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圖3 描述表和值表實(shí)現(xiàn)關(guān)系圖

其中:

定義表的信息表——主要對定義這個表(設(shè)備類)的整體描述,

字段(條目)描述表——主要是對定性的新表的所有的設(shè)備的屬性進(jìn)行定義描述,包括數(shù)據(jù)類型等.

實(shí)際保存值的表——主要是用于具體設(shè)備記錄的添加，根據(jù)字段表的定義進(jìn)行具體值的存儲。

解決方式的優(yōu)點(diǎn)

可以避免為每種設(shè)備建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，降低對數(shù)據(jù)庫的維護(hù)管理上復(fù)雜度和工作量。

便于設(shè)備屬性結(jié)構(gòu)的調(diào)整，新增、修改屬性字段等對于表結(jié)構(gòu)的操作都轉(zhuǎn)化為對記錄的操作，具有非常高的靈活性和擴(kuò)展性。

對于設(shè)備的維護(hù)操作可以進(jìn)行統(tǒng)一處理，減少編碼工作量。

巡視信息標(biāo)準(zhǔn)管理

根據(jù)國網(wǎng)公司的巡視規(guī)范《輸電線路巡視DL/T 1006-2006》和設(shè)備管理規(guī)范，針對輸電電網(wǎng)設(shè)備的實(shí)際特點(diǎn)和不同電壓等級線路的實(shí)際運(yùn)行狀況，制定巡視內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)、缺陷定性字典庫，保證巡檢結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，并依據(jù)巡視及線路運(yùn)行情況對巡視內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)、缺陷定性字典庫的進(jìn)行定期完善和修改。

巡檢管理

● 任務(wù)管理

任務(wù)管理可以周期自動產(chǎn)生巡視任務(wù)，并能支持添加臨時任務(wù)、特巡、緊急任務(wù)，支持任務(wù)到期提醒。

● 上傳下載數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)下載將巡檢所需的巡檢任務(wù)信息、巡視卡信息、設(shè)備信息和圖形信息傳遞到PDA本地，保證現(xiàn)場工作的順利進(jìn)行。數(shù)據(jù)上傳將巡檢結(jié)果信息和桿塔坐標(biāo)同步到巡檢數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

● 坐標(biāo)數(shù)據(jù)審核

桿塔位置坐標(biāo)采集上傳后需要審批才能進(jìn)行位置更新。

缺陷管理

缺陷管理是巡檢工作中的重要內(nèi)容，針對巡視人員發(fā)現(xiàn)的隱患和缺陷進(jìn)行流程化、規(guī)范化管理。

缺陷管理實(shí)現(xiàn)從缺陷記錄(登記)、上報、審核、處理、消缺、驗(yàn)收等整個缺陷處理過程的全過程管理。

缺陷管理框架結(jié)構(gòu)圖（圖4）：

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圖4 缺陷管理框架結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)利用工作流平臺的核心引擎結(jié)合具體的缺陷流程業(yè)務(wù)進(jìn)行處理。系統(tǒng)協(xié)調(diào)流程中的各個環(huán)節(jié)相互呼應(yīng)，形成對整個業(yè)務(wù)流程的閉環(huán)管理。

系統(tǒng)對缺陷的查詢統(tǒng)計支持多種展示方式，可以直接打印、輸出到指定格式報表或?qū)С鯡XCEL。

查詢統(tǒng)計

包括人員統(tǒng)計、設(shè)備臺帳統(tǒng)計、巡視任務(wù)統(tǒng)計和缺陷統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果能夠以多種圖表方式進(jìn)行展現(xiàn)，包括餅圖、柱狀圖、趨勢線圖等。統(tǒng)計結(jié)果能夠進(jìn)行WORD、EXCEL文件導(dǎo)出及打印功能。

PDA移動端功能設(shè)計

PDA移動端作為巡檢系統(tǒng)的前端設(shè)備必須滿足導(dǎo)航、監(jiān)控、坐標(biāo)采集、巡檢信息錄入和數(shù)據(jù)同步等管理要求。

電子地圖組織

電網(wǎng)和背景地圖是巡檢系統(tǒng)PDA移動端的重要數(shù)據(jù)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重要支撐，同時由于移動設(shè)備計算處理能力是有限的必須針對地圖數(shù)據(jù)的組織進(jìn)行優(yōu)化處理，保證地圖瀏覽、巡線導(dǎo)航和信息錄入的高效性。

PDA移動端系統(tǒng)采用物理分層的數(shù)據(jù)模型，管理背景地圖和電網(wǎng)圖。在圖形顯示方面，引進(jìn)LOD技術(shù)思想。

“LOD”英文全名為：“Level of detail”，可譯為“細(xì)節(jié)的分層顯示”?！啊甃OD’技術(shù)原來用于計算機(jī)三維視景顯示，在生成時三維視景時，根據(jù)物體當(dāng)時所在位置離視點(diǎn)距離的大小，分別調(diào)入詳細(xì)程度不同的模型參與視景的生成。這樣，既提高顯示速度，又不會降低視景的逼真程度?！?/p>

按照巡檢工作的要求，根據(jù)要素的重要程度將地圖中的要素劃分為不同的顯示級別，給地圖中的每一種級別添加“LOD”參數(shù)，該參數(shù)記錄了要素的相對顯示級別，當(dāng)放大到一定程度時，才將該要素顯示出來（表1）。

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表1 LCD參數(shù)

其中“LOD”系數(shù)表示僅當(dāng)?shù)貓D層當(dāng)前顯示區(qū)域的范圍小于等于“LOD系數(shù)×地圖原始范圍”時，該圖層才顯示，這就實(shí)現(xiàn)了“越放大，越詳細(xì)”的視覺效果。

柵格地圖一般為航空像片和遙感影像，在視覺上提供逼真、美觀的效果。本系統(tǒng)采用矢量和柵格相結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別以各自的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存貯，需要時將它們調(diào)入內(nèi)存，進(jìn)行統(tǒng)一顯示、查詢與分析，柵格數(shù)據(jù)在整個背景地圖中作為影像層存在。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路

信息查詢設(shè)計的思路是圖形數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用PDA設(shè)備數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，圖形數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)采用ID進(jìn)行對應(yīng)關(guān)聯(lián)，當(dāng)選中對應(yīng)的圖形對象時通過圖形ID在對應(yīng)設(shè)備表中進(jìn)行查詢獲取相關(guān)屬性信息，巡檢業(yè)務(wù)信息通過ID與設(shè)備信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)可完成信息查詢、錄入和修改的工作（圖5）。

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圖5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路圖

PDA移動端功能設(shè)計

線路圖形化展示

通過移動端地理信息平臺以直觀的圖形化方式顯示桿塔的地理分布，并可進(jìn)行信息查詢、目標(biāo)導(dǎo)航、距離計算等。

桿塔坐標(biāo)采集

利用GPS獲取目標(biāo)桿塔的位置信息并保存在數(shù)據(jù)庫中。

設(shè)備自動定位及提醒

系統(tǒng)能夠利用GPS定位數(shù)據(jù)結(jié)合設(shè)備巡檢周期等信息，自動在數(shù)據(jù)庫中尋找與當(dāng)前位置相匹配的設(shè)備記錄，降低漏檢設(shè)備的可能性。

目標(biāo)導(dǎo)航

巡檢終端能實(shí)時顯示當(dāng)前位置與目標(biāo)設(shè)施的方位和距離，通過直觀的圖形界面引導(dǎo)巡檢人員向目標(biāo)靠近，有效提高野外作業(yè)效率。

預(yù)定路線導(dǎo)航

可以在室內(nèi)規(guī)劃巡視路線并下載到PDA移動終端，在野外工作時可以通過預(yù)先設(shè)定的路線進(jìn)行自動導(dǎo)航，為沒有現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)的巡視人員提供了有力的輔助工具。

數(shù)據(jù)同步

實(shí)現(xiàn)工作數(shù)據(jù)（任務(wù)、巡檢記錄）的下載和提交。

信息錄入和查詢

實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息查詢、巡視信息錄入、缺陷錄入，并能與地圖信息項目定位。

距離量測

在地圖導(dǎo)航模式下，能夠方便的計算圖上任意兩點(diǎn)間的距離。

巡視軌跡重放

能夠通過軌跡重放檢查巡視人員行走路經(jīng)和耗時，可以方便管理人員分析操作人員的工作效率。

系統(tǒng)接口設(shè)計

數(shù)據(jù)交換接口服務(wù)采用XML作為信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的主流標(biāo)準(zhǔn)，XML提供了直接在數(shù)據(jù)上工作的通用方法，它使數(shù)據(jù)不僅與平臺無關(guān)，而且還與廠商無關(guān)。平臺的設(shè)計應(yīng)吸收XML的開放性、自描述性、共享性及表現(xiàn)豐富等特點(diǎn)，在業(yè)務(wù)對象管理和數(shù)據(jù)交換方面采用XML的標(biāo)準(zhǔn)。由于系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)建模方案，因此業(yè)務(wù)對象可以很容易地直接轉(zhuǎn)化為XML文件，提供給各應(yīng)用系統(tǒng)處理使用。

通過數(shù)據(jù)接口服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)巡檢系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)之間的信息傳遞和共享。避免對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的不安全訪問，降低程序的耦合度。

數(shù)據(jù)交換XML文件示例：

請求

查詢請求

<輸電線路 xh="" dydj="" qjdm=""/>具體查詢請求內(nèi)容

<輸電桿塔 xh="" gh="" dydj="" qjdm=""/>

本文根據(jù)輸電巡檢工作的技術(shù)特點(diǎn)和國網(wǎng)公司巡檢作業(yè)規(guī)范要求，通過合理的移動GIS平臺和工作流引擎選型，深入剖析巡檢業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出了輸電線路巡檢系統(tǒng)的設(shè)計方案和實(shí)現(xiàn)方法，為供電企業(yè)進(jìn)行輸電巡檢系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)提供了參考依據(jù)和指導(dǎo)建議。

輸電巡檢是確保輸電線路及設(shè)備安全運(yùn)行、提高供電可靠性、降低設(shè)備故障率的重要工作。目前，還存在很多供電企業(yè)采用的是人工巡檢紙介質(zhì)記錄的工作方式，這種方式存在著人為因素多、效率低、管理成本高、無法監(jiān)督巡檢人員工作狀態(tài)等缺陷。以期通過本文能夠?yàn)閺V大供電運(yùn)行單位引入信息化和標(biāo)準(zhǔn)化的巡檢管理手段，加速企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化進(jìn)程，提高服務(wù)管理水平，樹立良好的社會服務(wù)形象。