基于GPS技術的電力巡檢信息管理系統的設計與實現

黃 炎

（國網漢中供電公司，陜西 漢中 723000）

0 引 言

電力線路的整體規模很大且分布復雜，有些線路會穿過較為艱險的地勢地形，如叢山峻嶺和戈壁荒漠等地區，還有一些線路會穿越交通死區或是信號盲區，從而給線路巡檢工作帶來了很大的困難，不容易開展線路和鐵塔等的維護工作，且故障定位也存在很大難度。隨著電力建設不斷發展，傳統人力巡檢模式已經逐漸落伍，需要依靠現代科學技術來構建信息化的巡檢系統，逐步取代傳統的人力巡檢模式。基于無線網絡通信技術和GPS定位技術開發的信息化電力巡檢系統，能夠有效解決電力巡檢工作中出現的問題，也是未來的發展趨勢。

1 電力巡檢的現狀

由于我國轄區范圍較大，目前巡查崗位警務人員主要采用警車巡查方式，而巡線人員對船只進行巡線檢查時，現場實施查詢必須使用移動巡線設備。在傳統電力巡檢中，存在著以下常見問題。

巡檢人員個人素養影響巡檢質量，導致巡檢質量水平高低不一。在傳統人力巡檢中，巡檢工作是依靠巡檢人員來完成的，每個巡檢人員的專業知識、技術水平以及經驗積累不同，因此在電力巡檢中對于問題的判斷和處理可能出現大相徑庭的情況[1]。巡檢人員的具體巡檢工作缺乏有效的控制和管理。要確保電力巡檢的實效性，就需要對巡檢人員做好管控以確保巡檢過程合規，然而在實際中缺乏有效手段來管理巡檢人員的巡檢過程，從而無法確保巡檢質量。巡檢工作產生的各種信息和數據主要以紙質檔案的形式記錄和保存，每次巡檢都會產生大量記錄，不論是數據整理還是分析，工作量都很大，無法及時并高效地完成。此外，傳統電力巡檢已脫離時代發展。目前社會已經進入到信息化和互聯網+時代，巡檢工作也應實現信息化的創新構建[2]。然而當前很多地區還是以人力巡檢為主，脫離了時代的發展，因此有必要引入新技術來構建巡檢信息管理系統，以提高線路巡檢管理水平。

2 基于GPS技術的電力巡檢信息管理系統功能要求

GPS系統基于衛星實現精準定位，是由美國國防部從1973年開始組織實施，歷時20年，耗資2×1010美元，于1994年全面建成[3]。基于GPS技術設計的電力巡檢信息管理系統，面向的用戶類型是巡線人員。

為了實現電力巡檢的優化發展，達到安全、經濟以及高效的目標，在新時代環境下應加強自動化和規范化的設計，并依靠現代科技建立信息化的電力巡檢系統，同時基于GPS技術構建電力巡檢信息管理系統時需要考慮以下具體要求。一是便于攜帶和移動，操作界面簡單，具有良好的人機交互特性，二是多形式實現系統登錄，基于授權相關功能分類分層使用，三是缺陷數據項具備完整性，或者具備線路與設備的屬性描述，四是可以實現GPS信息的自動化接收，五是具備自檢功能，可以完成自檢，同時防范巡線人員產生的錯檢和漏檢問題，六是巡線記錄文件可以基于無線傳輸直接上傳到服務器，管理人員登錄系統就可以查看和處理記錄[4]。

3 基于GPS技術的電力巡檢信息管理系統設計

3.1 系統方案

目前，構建電力行業信息管理系統的主要模式有瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）和客戶端/服務器（Client/Server，C/S）兩種[5]。基于電力巡檢的要求，C/S模式的適用性不強，因此本系統采用C/S模式，如圖1所示。基于C/S架構，不需要移動設備與服務器端保持持續的連接也可以實現數據傳輸，這種情況下，兩端的軟件需要基于實際工作需求來編寫，用戶界面和業務邏輯等功能應基于客戶端實現。這種形式能夠在較為復雜的數據訪問和用戶交互下順利進行，并且可以在離線狀態工作[6]。移動端搜集的數據先在本地儲存，然后同步到服務器，或某一時刻與服務器端通過無線傳送的方式上傳數據。

圖1 C/S系統模式

3.2 模塊劃分

基于整體的C/S系統結構，結合具體的功能要求，需要明確其中的具體功能模塊及其構成。客戶端與服務器端功能模塊的主要結構如圖2所示。

圖2 基于GPS技術的電力巡檢信息管理系統模塊圖

3.3 通信設計

基于GPS技術設計電力巡檢信息管理系統時，需要確定外部硬件和內部軟件的構成，其中外部硬件主要包含GPS接收機和移動設備等，內部軟件主要包含線路設備缺陷錄入與保存的相關軟件。整體通信設計方案中，由接收機接收采集GPS信號，然后傳輸給移動設備進行信息提取和處理，同時錄入缺陷數據信息進行統一保存，整合成巡檢文件，最后經過上傳系統傳輸到服務器端[7]。

3.3.1 移動設備與GPS接收機串口通信

移動設備具有相應的串行端口與外部設備對接，以實現通信傳輸。串行端口本質上相當于編碼轉換器，能夠在設備和芯片之間轉碼數據，為通信傳輸起到紐帶作用，同時GPS接收機也提供一個串口通信接口，其硬件連接如圖3所示。

圖3 移動設備與GPS的硬件連接

在實際使用中，GPS接收機需要接收衛星傳輸的相關信息，這些信息是基于NMEA0183協議的數據。GPS接收機通過通信串口不斷發送該協議下的信息，并將其傳輸給移動設備，信息格式如下：

在具體實踐中，從特定語句中將其包含的字符信息提取出來就可以獲得該語句所包含的意思，理解其表達的信息。語句中每個字符所代表的含義如下，<1>代表定位時間，標準格式（UTC time）：時時分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss），<2>代表定位狀態，A表示數據可用，V表示數據不可用，<3>代表緯度，<4>代表南（S）/北（N）半球，<5>代表經度，<6>代表東（E）/西（W）半球，<7>代表相對位移速度，0.0至1851.8 knots，<8>代表相對位移方向，單位為度，<9>代表日期，格式為日日月月年年（ddmmyy），<10>代表磁極變量，000.0至180.0，<11>代表度數。

3.3.2 移動設備與服務器端主機通信

在本設計中，移動設備與服務器端可以通過4G網絡（或5G網絡）來實現信息傳輸，移動設備與服務器端的文件傳輸路徑如圖4所示。從MS移動臺設備經4G網絡發送文件到服務器端主機時，首先請求分配信道，系統預留好時隙后給出應答。在預留的時隙內，將要傳輸的文件按子網相關融合協議（Sub Network Dependant Convergence Protocol，SNDCP） 的格式完成數據的分組和打包，并確定TCP/IP地址和加密方式。SNDC數據單元包生成后被放置到數據鏈路協議LLC幀內，當數據到達BSS中的BTS（BSS包括BTS和BSC）后，如果BTS接收到正確且完整的數據單元，就會給出肯定應答。BTS從LLC中拆掉封裝，將數據按BSS GP協議的數據方式發送給SGSN，SGSN將數據封裝成4G隧道協議GTP，并傳送給GGSN[8]。GGSN拆掉封裝，檢驗分組的地址和協議，從而選擇出正確的路由到達Internet中的某一主機。

圖4 移動設備與服務器端的文件傳輸路徑

3.4 系統數據庫的設計

數據庫設計時，數據元素是最小的構成單元，也是被操作的具體對象，對數據項實現合理的組織是保證數據庫設計效果的關鍵。因為數據結構的質量水平對系統效率與整體效果會產生無法預估的影響，所以確保數據結果的正確完善，能夠讓數據的存儲效力更高。數據庫結構設計時應注意以下幾點，一是數據庫需求分析，分析用戶數據使用、保存、更新以及查詢的需求，并基于這些需求設計數據庫的輸入和輸出等相關功能[9]。二是數據庫概念結構設計，立足數據庫需求分析，針對數據項和數據結構來設計數據庫概念結構，以便能夠滿足用戶需求，為后面的邏輯結構設計打好基礎。三是數據庫邏輯結構設計，用于支持數據項轉化為數據庫系統的數據模型[10]。

3.5 系統測試

設計開發基于GPS技術的電力巡檢信息管理系統旨在檢驗系統內容，保證各功能模塊可以正常發揮對應的功能。檢驗系統的設計狀況與實現目標狀況，需要測試移動設備登陸模塊、電力巡檢信息管理系統項錄入模塊以及GPS定位模塊。登錄模塊主要是實現對合法用戶的電力巡線系統登錄管理，總體上包括登錄和退出兩個大方面的管理。電力巡檢信息管理系統項錄入模塊是整個移動電力巡線系統維護與管理的關鍵，在移動巡線工作中占據重要的地位，能夠及時錄入與得知電力巡檢信息管理系統狀況，并進行相關事件的處理。GPS定位模塊作為一種新型的技術模式，在移動電力巡線系統中具備良好的應用效果，并且在巡線人員位置確定方面具有關鍵性作用。

4 結 論

綜上所述，設計與實現基于GPS技術的電力巡檢信息管理系統，可以讓工作人員在任何時間與地點開展業務管理工作，同時可以第一時間發現故障點并對其處理，實時掌握電力線路的運行狀態，在很大程度上降低了員工的工作量，顯著提升了工作效率，保證了電力系統的安全運行。