基于GIS 的海寧市輸電線路及通道管理系統(tǒng)

王大健 ，李仕杰 ，周 靖 ，沈逸佳

（1. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司海寧市供電公司，浙江 海寧 314400; 2. 嘉興明繪信息科技有限公司，浙江 嘉興 314000; 3. 嘉興數(shù)科測(cè)繪科技有限公司，浙江 嘉興 314000）

0 引言

隨著長三角一體化上升為國家戰(zhàn)略，處于長三角的海寧市也飛速發(fā)展，輸電線路建設(shè)數(shù)量也增長明顯，面對(duì)眾多的輸電線路，如何管理和維護(hù)線路；輸電通道內(nèi)有人為施工，如搭建建筑物、挖機(jī)開挖等外破行為，如何快速發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理；輸電線路信息如何安全地與電力線路設(shè)計(jì)等部門共享；上述輸電線路及通道管理需求是擺在海寧市電力工區(qū)部門面前的一道難題。

目前海寧市對(duì)于電力線路管理主要采用國家電網(wǎng)有限公司的PMS 系統(tǒng)，但PMS 系統(tǒng)在地理底圖現(xiàn)勢(shì)性、權(quán)限控制便捷性等方面存在一些問題，不能全面管理海寧市輸電線路現(xiàn)狀信息，對(duì)于輸電線路通道巡檢和防外破等，還是采用傳統(tǒng)的人工方式，費(fèi)時(shí)且低效。

面對(duì)上述問題，本文開發(fā)基于GIS 的海寧市輸電線路及通道管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了如下功能：輸電線路空間入庫、地圖可視化展示；通道內(nèi)外破行為的識(shí)別和預(yù)警；多部門輸電線路信息共享，包含資料的打包下載等。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，只須瀏覽器就可操作系統(tǒng)，方便系統(tǒng)維護(hù)和更新。

采用MVC 分層架構(gòu)設(shè)計(jì)[1]，各類開發(fā)人員各司其職，加快了系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度和效率。采用微軟的Visual Studio2017 ASP.net MVC 開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)功能分為：輸電線路空間數(shù)據(jù)庫、內(nèi)網(wǎng)地圖服務(wù)器搭建、變電站管理、桿塔管理、開閉所管理、環(huán)網(wǎng)柜管理、配電房管理、箱式變壓器管理、通道管理、系統(tǒng)管理。整個(gè)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1.3 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

1.3.1 輸電線路地圖瀏覽器渲染可視化

海寧市全部輸電線路按照常規(guī)方法瀏覽加載，并按電壓等級(jí)在地圖上配色顯示，數(shù)據(jù)量較大時(shí)，瀏覽器會(huì)卡死，影響使用。目前主流的解決方案如下：采用商業(yè)GIS 工具庫，把輸電線路發(fā)布成地圖服務(wù)，利用地圖API 在地圖上顯示，該方法使用的商業(yè)軟件成本較高；使用開源地圖工具，如Geo-Server 等，把輸電線路空間數(shù)據(jù)庫作為地圖服務(wù)數(shù)據(jù)源，發(fā)布成符合OGC（open geospatial consortium）規(guī)范的WMTS 或WMS 地圖服務(wù)[2]，利用地圖API調(diào)用上述服務(wù)，在瀏覽器中顯示輸電線路數(shù)據(jù)，該方法顯示的數(shù)據(jù)，在大數(shù)據(jù)量情況下，系統(tǒng)操作依然流暢。

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模和成本考慮，項(xiàng)目中采用第二種方法進(jìn)行輸電線路地圖渲染。

1.3.2 輸電通道內(nèi)危險(xiǎn)點(diǎn)識(shí)別

要維持輸電線路正常運(yùn)行，必須對(duì)通道內(nèi)的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)行處理，目前主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容是通道內(nèi)鳥巢、非法搭建人工構(gòu)筑物、挖土機(jī)挖土等外破行為。利用無人機(jī)巡檢時(shí)獲取的通道內(nèi)影像，利用基于深度學(xué)習(xí)的無人機(jī)影像識(shí)別模型，對(duì)影像范圍內(nèi)地物進(jìn)行自動(dòng)判別，發(fā)現(xiàn)有上述描述的危險(xiǎn)點(diǎn)，則利用地圖導(dǎo)航功能，引導(dǎo)處理人員到達(dá)相關(guān)位置去處理。

數(shù)據(jù)收集及處理。收集海寧輸電線路工程中拍攝的通道照片和地理國情普查圖斑數(shù)據(jù)，利用影像處理技術(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行去噪聲、云霧等處理[3]，減少識(shí)別的干擾因素；利用人工對(duì)圖像中鳥巢、人工建筑物、樹木等進(jìn)行標(biāo)注，作為模型訓(xùn)練的樣本數(shù)據(jù)；影像數(shù)據(jù)切割，把圖像裁切成一定規(guī)格大小，如400 像素 × 400 像素，提高處理速度。

構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)的影像地物識(shí)別模型。利用后端處理為TensorFlow 的開源高級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫Keras API 構(gòu)建地物識(shí)別模型[4]，把樣本數(shù)據(jù)輸入模型中進(jìn)行訓(xùn)練，識(shí)別率達(dá)到可接受范圍后，則停止訓(xùn)練，否則，則通過調(diào)整樣本數(shù)量，進(jìn)行重新訓(xùn)練，直到識(shí)別率滿足要求為止。目前識(shí)別率可達(dá)到85%左右。構(gòu)建完成的模型可實(shí)現(xiàn)輸入無人機(jī)通道影像，進(jìn)行自動(dòng)地物識(shí)別目的。

1.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

由于輸電線路數(shù)據(jù)是保密數(shù)據(jù)，故不能部署在一般的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，目前解決方案是接入國網(wǎng)云平臺(tái)，另外一種方案是建立整個(gè)海寧電力局域網(wǎng)，系統(tǒng)部署在該局域網(wǎng)內(nèi)，局域網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)構(gòu)建完畢后，可實(shí)現(xiàn)圖1 功能結(jié)構(gòu)圖中的全部?jī)?nèi)容，系統(tǒng)運(yùn)行主界面如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)主界面

2.1 統(tǒng)計(jì)分析

按電壓等級(jí)，統(tǒng)計(jì)輸電線路信息、變電站數(shù)量、桿塔數(shù)量等信息；統(tǒng)計(jì)危險(xiǎn)點(diǎn)信息數(shù)量，如鳥巢、缺陷等信息，上述信息處理完畢后，經(jīng)審核人員審核通過后可在頁面消失。

2.2 輸電線路地圖可視化

把輸電線路發(fā)布成符合OGC 標(biāo)準(zhǔn)的WMTS 地圖服務(wù)，利用開源地圖API Leaflet 進(jìn)行加載，可在瀏覽器的地圖上流暢顯示輸電線路數(shù)據(jù)，可根據(jù)電壓等級(jí)，利用不同顏色區(qū)別展示，如圖4 所示。

圖4 線路地圖可視化效果

2.3 通道管理

利用深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別模型，可利用無人機(jī)巡檢時(shí)拍下的影像。對(duì)通道內(nèi)鳥巢、挖機(jī)進(jìn)入、非法建房等進(jìn)行識(shí)別，并通過不同時(shí)期影像進(jìn)行對(duì)比，找出變化地物，通過對(duì)變化地物進(jìn)行識(shí)別，判斷其對(duì)通道內(nèi)輸電線路安全的危險(xiǎn)大小，有危險(xiǎn)的，通過發(fā)送相關(guān)短信給管理人員，并地圖導(dǎo)航引導(dǎo)管理人員到該地點(diǎn)去進(jìn)行處理。效果圖如圖5 所示。

圖5 通道內(nèi)被識(shí)別出的房屋

2.4 導(dǎo)出CAD 圖

系統(tǒng)中可根據(jù)輸電線路地理坐標(biāo)信息，利用開源CAD 插件Teigha.NET 把地理圖導(dǎo)出為CAD 圖紙[5]，導(dǎo)出的圖紙可作為線路設(shè)計(jì)等部門的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多部門共享。系統(tǒng)中導(dǎo)出的CAD圖紙如圖6 所示。

圖6 根據(jù)輸電線路地理坐標(biāo)導(dǎo)出的CAD 圖

3 結(jié)束語

構(gòu)建的“基于GIS 的海寧市輸電線路及通道管理系統(tǒng)”目前在海寧市電力工區(qū)已經(jīng)投入使用，通過平臺(tái)的應(yīng)用，工區(qū)輸電線路數(shù)據(jù)管理效率大大提高，從以前需3 人維護(hù)上述數(shù)據(jù)，到目前只需1 人；通道內(nèi)發(fā)生的外破行為被發(fā)現(xiàn)通常需15 天以上，目前大概需2 天左右，較以前提高了85%，處理速度也明顯加快，通過上述手段，大大提高了輸電線路通道的安全，為輸電線路及通道信息化運(yùn)維提供了新方法和新思路。接下來，需在利用激光點(diǎn)云等技術(shù)對(duì)鐵塔傾斜度智能計(jì)算方面進(jìn)行研究，以利用新技術(shù)進(jìn)一步提高輸電線路及通道的管理水平。