基于GIS的直升機電力巡檢缺陷可視化技術

于洋++孟小前++王鐵軍++郭曉冰++王欣++王楠

摘 要

通過分析傳統直升機電力巡檢缺陷的存儲方式，建立直升機巡檢缺陷數據庫，利用ARCGIS和輸電線路臺賬信息，實現了直升機電力巡檢缺陷的可視化展示以及熱圖生成，提供了新的缺陷查詢與展示方式，同時為消缺和制定巡檢計劃提供了依據。

【關鍵詞】直升機 巡檢缺陷 ARCGIS可視化熱圖

輸電線路是電網的重要組成部分，其傳輸距離遠，周邊地理環境復雜，對輸電線路的維護具有較大的難度，由于直升機有較高的機動優勢，且能攜帶光電檢測設備，使得直升機成為對架空輸電線路的正常巡視和檢修工作的主要工具。直升機電力巡檢作業主要產生高清照片、紅外照片以及激光雷達等數據。隨著直升機巡檢作業的不斷開展，產生的高清、紅外缺陷圖片數據數量日益累積，傳統的缺陷文件存儲方式難以滿足數字化、可視化的管理需求。

1 缺陷管理現狀

傳統電力巡檢缺陷庫的管理方式是將大量缺陷照片（紅外及可見光）進行磁盤文件夾分組存儲，并在相應的文件夾內編寫具有缺陷詳細描述信息的缺陷單進行管理，數量龐大且繁雜，造成缺陷信息管理混亂、缺陷的查找和統計不方便、無法查看缺陷分布的空間信息。

2 研究目標

研究面向管理直升機電力巡檢缺陷數據的基于二維GIS的巡檢缺陷可視化展示方法，改善傳統缺陷管理的存儲、查詢方式，實現缺陷數據的空間信息展示、缺陷信息的規范、結構化管理、缺陷信息的多維度查詢等功能，服務于直升機電力巡檢缺陷照片的展示、管理、統計工作，并為后續的歷史缺陷數據的大數據分析，缺陷報告的生成等工作的開展奠定基礎。

3 總體設計

GIS依據其支持多種數據庫、多圖層過濾展示、設備查詢、無級縮放等優勢，能夠為用戶提供直觀的可視化展示、可依賴的數據分析依據，應用領域十分廣泛。隨著對用電量需求的不斷增加，電力系統的規模已經相當龐大和復雜。將GIS技術與電力行業相結合的研究有很多，如基于GIS的電力故障投訴系統，基于GIS的電力電纜三維圖形可視化管理系統等，從GIS角度拓展了電力行業的管理方式。

基于GIS的直升機巡檢缺陷可視化展示分三層：數據層、展示層，服務層。服務層基于ArcGIS Server 10.2為后臺數據服務發布平臺，發布數據包含全國高程數據、全國矢量數據和輸電線路臺賬，其中全國高程數據和全國矢量數據以切片的形式對外提供服務。展示層以ArcGIS JS API 為前端展示框架，實現缺陷信息的展示。數據層以ArcGIS File Geodatabase文件地理數據為格式，全國高程數據、全國矢量數據和輸電線路臺賬存儲在一個文件數據庫中。切片數據以文件的形式存儲在磁盤中。

3.1 架構設計

3.2 數據庫設計

3.2.1 原有缺陷數據存儲方式分析

直升機電力巡檢作業中，巡檢員利用可見光或紅外拍攝設備，對疑似缺陷、交叉跨越（如線路交叉，線路跨越樹木、溫室大棚、房屋等）和其他巡視情況（如線路周圍有明火等現象）進行拍攝。巡檢結束后，根據現場拍攝照片，外業人員進行缺陷照片篩選，并將篩選結果反饋給進行缺陷分類、標記的內業人員，內業人員將照片進行缺陷標記后，根據巡檢的缺陷位置等信息編寫直升機巡檢缺陷記錄單完成缺陷匯總，如圖1所示。直升機巡檢缺陷記錄單包括缺陷的電壓等級、線路名稱、桿塔編號、缺陷發現情況、巡檢時間、資產單位、運維單位、缺陷分類以及發現人等信息。缺陷數據存儲方式以年份、機組以及月份巡檢情況（包含直升機巡檢缺陷記錄單與對應缺陷數據）分別用文件夾進行存儲和管理。

隨著直升機巡檢任務的不斷開展，大量的直升機巡檢缺陷記錄單和不規范的手工創建文件夾存儲方式，造成缺陷數據難以高效查詢、管理和統計，因此需將缺陷照片和缺陷單進行數據入庫管理。規范的數據結構是實現缺陷數據統計、分析以及GIS可視化展示的基礎。

3.2.2 缺陷數據表設計

根據原有缺陷數據的存儲方式與直升機巡檢缺陷記錄單的分析，缺陷數據的存儲設計需包括直升機巡檢缺陷記錄單的基礎信息，如線路、桿塔等基本臺賬、還需包括缺陷數據的存儲位置、缺陷類別、缺陷等級等詳細信息。其屬性結構如表1所示。

4 關鍵技術研究

缺陷數據的可視化展示，首先應獲取缺陷數據的空間信息。直升機巡檢缺陷記錄單包含輸電線路名稱、桿塔號、發現日期等字段，但不包含可視化展示中需要的經緯度坐標等信息。為滿足缺陷數據的存儲要求，在缺陷記錄表中增加經度、緯度字段，用于存儲缺陷照片的空間位置信，如表2。

在進行缺陷數據存儲時，系統根據直升機巡檢缺陷記錄單中線路名稱和桿塔編號信息，在輸電線路臺賬信息中查找匹配經緯度坐標，并將經緯度信息更新到該缺陷信息的X、Y字段中。對已存在的缺陷照片，系統以后臺服務的形式定時更新缺陷位置信息。

缺陷的可視化展示效果如圖2所示。

5 缺陷數據可視化展示

5.1 設備查詢

為便于缺陷數據查詢與定位，開發地名地址與設備名稱查詢功能，在輸入線路名稱后則可定位線路位置，同時后臺加載該線路的缺陷信息。

5.2 圖層控制

提供業務圖層和基礎圖層顯示控制，其中業務圖層的數據來源為線路基礎臺賬，業務圖層顯示控制包括用戶線路、用戶桿塔。全國高程數據以及全國矢量圖形作為基礎圖層，基礎圖層控制包括省會、地級市、縣、縣界、市界、省界等內容。

5.3 導航樹

導航樹實現了輸電線路基礎臺賬信息和缺陷信息的多級瀏覽方式，通過導航樹可以快速查找線路信息并定位缺陷信息。導航樹的組織采用國家電網->省公司->直流/交流->電壓等級->線路名稱的方式，如圖3所示。

導航樹除支持按組織級別檢索外還支持查詢的方式，在查找線路輸入框內輸入線路名稱，可以快速定位到導航樹中線路的位置。在線路名稱上點擊右鍵，可以定位線路查看所有缺陷（紅色部分為缺陷空間分布專題圖），如圖3所示。

5.5 熱圖

依據缺陷的空間位置、缺陷類型和年度生成的專題圖。按年度，在缺陷可視化的展示的基礎上，可以生成缺陷熱圖，熱圖反應了當前所查缺陷分布特征，如圖4所示。

熱圖的展示為缺陷消缺工作和缺陷巡檢計劃制定提供了依據。

6 結語

本文所述直升機巡檢缺陷可視化方法，改變了傳統巡檢缺陷的管理查詢方式，提升了缺陷數據的管理水平。應用GIS技術，實現了缺陷數據的空間定位查詢、可視化展示以及熱圖生成等直觀的查看方式，為消缺工作、巡檢計劃的制定提供了依據，缺陷記錄結構表的信息整合了直升機巡檢缺陷記錄單中的信息，為研究缺陷規律奠定了基礎。

參考文獻

[1]陳舫明，張勁，張亮等.輸電線路直升機智能巡檢技術的研究[C].全國輸變電設備狀態檢修技術交流研討會，2010.

[2]呂永興，吳曉松，勁張等.直升機電力巡檢機載系統控制采集圖像的方法：CN 2009.

[3]肖展春.基于地理信息系統的湖北省主要旅游景區可視化信息發布研究[J].科技創業月刊，2009（11）：157-159.

[4]房景亮，呂林霞.基于GIS的電力故障投訴系統[J].華北電力技術，2002（11）：27-30.

[5]張弛，吳尊東，王少華.基于GIS的電力電纜三維圖形可視化管理系統[J].浙江電力，2013，32（06）：24-26.

[6]劉洪正，喬耀華，王洪川等.直升機巡視超高壓輸電線路[J].山東電力技術，2012（01）.

[7]黃康裕，胡海斌，鐘建勇等.輸電線路基礎數據可視化管理系統的研發與應用論證[C].電力行業優秀管理論文集，2014年度全國電力企業優秀管理論文大賽獲獎論文，2014.

作者單位

國網通用航空有限公司 北京市 102213