高壓輸電線路多維數據的中臺技術①

白格平,李英俊,魯 耀,韓吉軍,陳曉東

1(內蒙古電力(集團) 有限責任公司 烏蘭察布電業局,烏蘭察布 012000)

2(內蒙古工業大學 輕工與紡織學院,呼和浩特 010000)

當前輸電線路巡檢的手段逐漸增加,數據源種類也越來越多,且這些數據源均存在于多種不同的系統中,數據錄入方式也各有不同.多維數據源種類繁雜,按數據出現的方式可分為靜態數據和動態數據兩類[1];按數據種類可分為數字信息、文檔信息、圖片信息及視頻信息;按數據的來源可分為手工錄入、航檢視頻拍攝及前沿機記錄三種形式.這些基礎數據的非標準型,信息的不對等造成數據分析的困難[2].此外,多維數據源所述的系統處于孤島狀態,無法實現數據閉環.隨著輸電線路巡檢業務規模的擴大和對制造要求的提升,當前狀態逐漸無法滿足對數據的管理需求及輸電線路巡檢下一步信息化建設的發展.基于上述現狀,為了滿足新的科技發展規劃,及時準確地完成巡檢任務、節省巡檢人員的運行時間、為管理人員提供有效的監督依據,從而提高工作效率及管理水平,為烏蘭察布電業局開發的架空輸電線路信息化集成與專家決策支持平臺(以下稱新系統),滿足新的科技發展規劃,數據的中臺處理是目前的必要工作.

1 高壓輸電線路多維數據的中臺技術

1.1 概述

目前輸電線路巡檢已投入使用了如視頻圖像分析管理系統、GIS(地理信息管理系統)及MIS(企業信息管理系統)等智能化管理系統,但這些系統大多采用單體架構,雖然其前期開發成本低、周期短、能夠快速實現功能開發和系統部署,但是其缺陷也很明顯:各信息系統以煙囪架構形式存在而導致的數據孤島、數據隔離、數據不一致等[3].如何打通這些數據并將其按照一個統一的標準進行建設,以達到技術降本、應用提效、業務賦能的目標,是眾多企業面臨的問題.數據中臺就是為解決這些問題而生.

數據中臺技術能夠讓各種數據在數據平臺和業務系統之間形成了一個良性的閉環,以中臺的方式實現對信息、資源和數據的共享[4].數據中臺技術的關鍵在于能夠運用相關運算規則,快速、有效、準確的應用沉淀在各個系統的業務信息及沉睡在異構系統中各個子系統的海量數據,讓它們發揮作用、滿足各個層級對不同信息的需求等,使上述得信息孤島實現有機聯系和綜合利用,以進一步提高信息化水平和管理工作效率,促進生產力的發展.

1.2 多維數據的中臺處理

輸電線路數據種類多、數量大,其管理及存儲沒有一個特定的規則.數據標準化處理是數據挖掘的一項基礎工作,不同評價指標往往具有不同的量綱和量綱單位,這樣的情況會影響到數據分析的結果,為了消除指標之間的量綱影響,需要進行數據標準化處理,以解決數據指標之間的可比性[5].原始數據經過數據標準化處理后,各指標處于同一數量級,適合進行綜合對比評價.多維數據中臺技術首先要建立一套數據管理模式,使多維數據規范化,且便于管理和查看[6].本文建立與桿塔為載體,將多維數據信息通過桿塔來統一表達.桿塔臺賬信息與多維數據邏輯圖如圖1所示.通過多維數據中臺技術,能夠客觀地對每一個桿塔的歷史及現狀進行直觀的、圖文并茂的表達,有效提升了作業效率及作業規范化.

2 實現方法

2.1 技術路線

目前烏蘭察布電業局針對輸電線路桿塔的實時信息主要來自直升機、無人機視頻巡檢資料及人工巡檢的圖像和圖表信息,包括視頻、圖像、表格表達的桿塔缺陷的狀態、維修狀態,三者相互獨立.管理信息主要來自GIS 地理信息、氣象信息、MIS 企業管理信息及建塔時的臺賬信息,這些信息主要是為上級管理提供相關數據.以上各系統之間相互獨立,數據相互獨立且重復,缺乏數據間的相互支撐,具體到針對桿塔而言,要想清晰的了解桿塔及線路的現狀,需要不同的系統支撐才能完成.

圖1 桿塔臺賬信息與多維數據邏輯圖

本文提出的“高壓輸電線路多維數據的中臺技術”是以桿塔安全屬性相關數據的篩選、優化等算法為基礎,采用超分辨率圖像重建技術、三維點云技術、自動化智能感知技術、自動切分編目技術等,由人工智能(AI)、數據庫(DB)、知識庫等多種新的方法有機結合,為項目的建立與實施提供決策支持,既體現先進性,又能保證與已有系統的兼容.基于現有多種巡檢作業方式,圍繞數據獲取、數據可視化、數據分析與數據中臺的管理,針對高壓輸電線路,結合業務系統功能范圍特性研發了數據中臺技術,總體技術路線如圖2所示.

根據桿塔屬性指針的需求,以及不同信息的來源,將數據源信息分為4 類:(1)視頻圖像及圖片類;(2)其他系統的表單信息類;(3)人工錄入的表單類信息;(4)檔案類信息.針對不同的信息類別,采用不同的數據處理技術,有效整合了針對桿塔的多維數據,實現了桿塔屬性指針的要求,也滿足不同管理層次的數據需求.

數據中臺技術整合多維數據源,運用先進的技術及方法進行預處理,分析不同數據源的特征、系統需求,分別采用人工智能自動切分編目技術、圖形數據轉換技術及有效數據的選擇、動態數據的錄入技術、文本等其他數據錄入技術,有針對性的處理不同數據源,形成中臺技術的算法,滿足桿塔屬性指針的需求.

2.2 實現方法

按照輸電線路行業運行管理規范,創新性地提出對圖像信息、圖片信息、文本信息和數字信息在桿塔上的集中體現,通過數據分類、數據中臺和數據集成,提升數據價值.根據不同管理層次的數據需求,可為電業局不同層次(管局、科室、班組)管理人員提供所需的相關信息,能夠及時、準確的了解輸電線路實時運行情況,提高輸電線路的安全運行保障及管理效率.

2.2.1 人工智能自動切分編目技術

直升機及無人機視頻信息具有數據量極大、運行模式不同、不能保證同一精度等特征,從海量視頻資料中確定所需要的桿塔信息,首先需要完成桿塔的自動識別及切分,然后進行桿塔重點位置的自動識別及關鍵圖片的提取.要完成上述要求必須利用有效數據挖掘技術、飛行規律的確定技術、桿塔定位技術、重點位置定位技術及大數據分析技術等.通過深入研究和調研,采用上述技術,可實現在復雜背景下對直升機、無人機的航檢視頻字符的定位識別、自動切分、編目、關鍵圖片提取、有效數據的確定(如圖3所示),實現視頻的分段剪輯與存放,建立索引,提供多種管理權限.人工巡檢圖片信息的處理能夠合理添加到相關位置中,同時對視頻及圖片信息的存儲位置、格式、容量進行了中臺處理.

圖2 技術路線示意圖

圖3 影像數據的處理技術

用戶不僅可以對輸電線路通道內塔基、防洪設施、樹木、施工、交叉跨越、進行檢查,而且對鐵塔連接金具掛點、絕緣片、防鳥針、防重錘、傳輸線、地線、螺母等與安全輸電相關的部件進行重點檢查,提供了一種快捷、清晰的檢索方法,同時為實現輸電線路狀況、后續系統的分析計算、地理環境查閱、大修、技改項目檢查審核提供了良好的數據基礎.

通過該技術,能夠有效的、快速的建立高壓輸電線路巡檢信息,做到巡檢后準確掌握輸電線路的運行狀況,提供了有效的線路桿塔維護和防范信息,幫助電力企業預防和減少事故的發生奠定了良好的數據基礎.

2.2.2 圖形數據轉換技術及有效數據的選擇

目前烏蘭察布電業局已投入使用了GIS (地理信息管理系統)、MIS (企業信息管理系統)、氣象信息系統等管理系統,各類系統相互獨立,呈現孤島狀態,且其基礎數據的非標準型,信息的不對等造成數據分析的困難,無法實現數據閉環.提取現有系統的有效數據,是克服上述問題的關鍵.

針對GIS、MIS 及氣象信息系統的數據特征,結合系統對桿塔有效數據的要求,采用通用的圖形數據轉換技術的核心理念,設計研發了適合于上述3 個系統的圖形數據轉換子系統,實現了不同系統的數據獲取和有效數據的選擇(如圖4所示).

圖4 圖形數據轉換技術

該子系統涵蓋了GIS、MIS 及氣象信息系統中的所有信息,桿塔的有效信息可通過人工和自動兩種方式來確認,所選擇的有效信息自動以表格的形式輸出.子系統具有高效、簡潔、界面友好等特點.

通過圖形數據轉換技術,可對GIS、MIS、氣象信息系統的數據進行采集、轉換、存儲、分析,完成數據的中臺處理,形成標準數據,初步建立了外系統的大數據資產層,進而為需求方提供高效服務.根據GIS、MIS、氣象信息系統的數據特點,建立它們與新系統的接口,圍繞數據獲取、數據可視化、數據篩選及數據資產的管理,實現了跨系統的數據融合,為新系統擴展了數據的來源,解決了數據的合理使用及數據閉環問題.

2.2.3 動態數據的錄入技術

對于桿塔的動態數據,采用感知設備采集數據,進行標準化數據處理,建立輸電線路巡檢實時及周期感知層,利用點觸式動態信息采集設備,可完成動態數據標準化采集,在功能上可實現4 步操作完成近萬種缺陷信息錄入;具有規范性命名支持后續信息庫的建立;采用可視化界面設計便捷、高效.

該錄入設備由便攜式平板電腦及動態數據錄入軟件組成,巡檢人員(包括航檢人員)可根據航檢(巡檢)人員發現的桿塔缺陷情況進行記錄.錄入設備可直觀的顯示桿塔的基本信息、塔型、桿塔的主要部件、缺陷信息的位置、確定缺陷等級,錄入人員可根據設備的提示完成桿塔缺陷信息的錄入.錄入設備自動完成缺陷的記錄、整理、歸類、存儲等工作,并且可方便的將數據導入其他系統(如圖5所示).

圖5 動態數據的錄入技術的實現

錄入設備保持了原有的巡檢操作規范,改變了傳統的人工記錄填表格的方式,取而代之的是點觸式電腦操作方式,使缺陷的記錄由4 步方法完成,極大的減輕了工作強度,提高了動態數據的錄入效率和數據的規范性.

2.2.4 文本等其他數據的形成

輸電線路的桿塔還會產生一些其他信息,如桿塔維修信息、線路改建信息、臺賬信息等,這些信息大部分由文本的形式提供,包括桿塔類型、型號高度、坐標、檔距、轉角角度、線路掛接相序、線路掛接位置、水平、接地電阻設計值、線路名稱、線路長度、架空線長、導線型號、地線型號、電壓等級、電纜段長等線路的參數,導航路線包括起始桿塔、終點桿塔、坐標集合、狀態等信息.本文本處理模塊有針對性的開發了文本處理系統,可對桿塔信息、線路信息進行錄入、修改、刪除、查詢、審核和導航路線審核等功能.

在電力設備運行過程中,受氣候、地理以及設備自身性能等因素影響,會導致相關數據出現異常變化.一方面,會導致數據總量增多;另一方面,會導致同一類數據顯著波動.在臺帳輸入過程中,如果單純依賴人工操作,不僅會降低工作效率,而且可能增加臺帳輸入錯誤率.對于這些其他相關信息,采用批量導入、個體錄入、數據格式轉化、中臺處理等技術,實現了文本、數字信息的建立,擴展了輸電線路數據源(見圖6).

圖6 其他信息錄入

3 結論

本文將現有巡檢方法及系統產生的多維數據,按照圖像數據、圖片信息、文本數據和數字信息分為四類,通過采用不同的技術,使得多維數據在桿塔上實現了數據閉環,對桿塔的實時運行狀態,能夠通過圖片、圖像、文字等清晰展現出來,有效提升了信息化管理水平.在提升工作效率的同時,可以方便的形成業務、運營等大數據,解決了大數據采集落地難的問題,能夠將臃腫不堪的前臺系統中穩定通用的業務進行沉淀,恢復前臺的快速響應能力,也可以將后臺中直接被前臺需要的業務能力進行提取,提高后臺的靈活性和變更成本,為前臺提供更強大的支撐能力.在管理、技術、經濟及社會多個方面取得良好效益,為輸電線路安全提供可靠的數據,為后續線路健康狀況評價奠定了基礎.