（农业机械化工程专业论文）基于gpsgsmgis技术的电力线路巡检管理系统的研究.pdf

摘要电力线路巡检管理是安全供电的基本保障，现有的几种方法或多或少存在着缺陷和不足，不能满足电力系统自动化的要求。针对目前电力系统输配电线路巡检管理的特点以及向自动化发展的要求，为了提高线路巡检管理的工作效率，完善电力系统的运行管理，本文提出了一种解决电力线路巡检工作的新方案。系统结合全球卫星定位系统g p s ，无限互联通信技术g s m 和地理信息系统g i s 技术各自的特点，开发了基于这三种技术的电力线路巡检管理系统。系统利用g p s 的精确定位技术对巡查时发现的线路以及线路设备的缺陷和故障进行精确定位，并利用g s m 的s m s 短信息服务将定位数据和所发现的问题发送到管理中心，管理中心对接收到的信息通过g i s 找到对应经纬度的确切地理位置，并利用故障诊断模块判断故障原因和处理方案，并将处理措施发送到手持仪供现场巡检人员操作执行，管理中心可以掌控线路和设备的运行情况，及时排除隐患。本课题主要负责g p s o e m 手持仪的软硬件设计，其中包括液晶显示模块，键盘和g p s o e m 与单片机的接口与通信，g p s 数据的接收和坐标转换：为了提高g p s 单点定位精度，对采集到g p s o e m 数据用m a t l a b 曲线拟合工具箱和聚类分析函数进行了处理。首先平滑数据，然后利用m a t l a b 函数k m e a n s 进行k 均值聚类，再通过分析聚类结果和s i l h o u e t t ev a l u e 决定要排除的数据范围，进而利用工具箱中的e x c l u d e 排除异常数据，最后对剩下的有效数据通过计算其算术平均值得到一个相对准确的值；另外，还进行了巡检系统功能模块的设计，故障诊断模块利用专家数据库的思想和趋势图分析的方法进行故障的预测和诊断，及时排除隐患；巡检计划自动生成模块通过对巡检知识进行分析与描述，提出了基于知识的线路巡检计划的层次推理方法，利用巡检知识对巡检历史数据的解释实现巡检计划的自动生成。通过对g p s 数据的处理前和处理后的分析比较，证明通过聚类分析得到所要排除的数据范围，然后计算算术平均值，能在一定程度上提高定位精度。通过计算和比较标准差和误差，证明了测量次数不是越多越好，并得到了本实验中一个最佳测量次数。研究开发的以g p s手持仪为核心的巡检管理系统基本实现了电力输配电线路巡检管理的自动化，提高供电安全性和可靠性。关键词：全球定位系统；k 均值聚类；故障诊断模块；层次推理p a t r o l l i n gm a n a g e m e n ts y s t e mf o rp o w e rl i n e sb a s e do nt e c h n o l o g yo fg p s g s m g i sd o n gl i n g x u nr e s e a r c hd i r e c t i o n ：i n t e l l i g e n tm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e c h n 0 1 0 9 ys u p e r v i s o r ：z h a i l gs h u g u a n ga g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t yo fh e b e i ，b a o d i n g ，h e b e i ，c h i n a ，0 7 1 0 0 1a b s t r a c tb a s i c a l l y ，p a t r o l l i n gm a n a g e m e n to fp o w e rl i n e si sas a f e g u a r df o rs a f ep o w e rs u p p l y ，t h ee x i s t i n gm e t h o d sc a nn o tm e e tt h en e e do fa u t o m a t i z a t i o no fp o w e rs y s t e mf o r t h es a k eo ft h e i rl i m i t a t i o n sa n ds h o r t c o m i n g s f o rt h ep u r p o s eo fi m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo fp a t r o l l i n gm a n a g e m e n ti np o w e rs y s t e ma n dp e r f e c t i n gt h eo p e r a t i o nm a n a g e m e n t ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dan e ws c h e m ef o rp o w e rl i n ep a t r o l l i n ga i m i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i co fp a t r o l l i n gm a n a g e m e n to ft r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o nl i n e sa n dt h ed e m a n d so fa u t o m a t i z a t i o n c o m b i n i n gt h er e s p e c t i v ea d v a n t a g e so fg p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) ，g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) a n dg i s ( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，3 g b a s e dp a t r o l l i n gm a n a g e m e n ts y s t e mo fp o w e rl i n ei sd e v e l o p e d w h e n e v e rf i n d i n gp i t f a l l so rf a u l to nt h el i n eo re q u i p m e n t ，g p s o e m b a s e dr e c e i v e rw i l lp o s i t i o nt h ep r e c i s el o c a t i o no fo c c u r r e n c e t h e ns m s ( s h o r tm e s s a g es y s t e m lo fg s mw i l lt r a n s m i tp o s i t i o n i n gd a t aa n dp r o b l e m st ot h em a n a g e m e n tc e n t e r , a n dm a n a g e m e n tc e n t e rr e s o r t st ot h eg i sf o r t h ea c c u r a t eg e o g r a p h i c a ll o c a t i o nc o r r e s p o n d i n gt ot h el a t i t u d ea n dl o n g i t u d e f a u l td i a g n o s i sm o d e lc a nj u d g er e a s o nf o rf a u l ta n df i g u r e so u tar e a s o n a b l es c h e m e w h i c hi ss e n tb a c kt ot h eg p s o e m b a s e dr e c e i v e rf o rt h ew o r k e rt oi m p l e m e n t i nt h i sw a y ，t h er u n n i n gc o n d i t i o n so fl i n e sa n de q u i p m e n t sa r ei nt h ec o m m a n do fm a n a g e m e n tc e n t e r , a v o i d i n ga n yl a t e n tt r o u b l e t h i sp a p e rt a k e sc h a r g eo fd e v e l o p m e n to fs o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fh a n d h e l dg p s o e m b a s e dr e c e i v e r , i n c l u d i n gt h ei n t e r f a c ea n dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nl c dm o d e l k e y b o a r da n dg p s o e ma n ds i n g l e c h i p r e c e i v i n ga n dc o o r d i n a t e st r a n s f o r m a t i o no fg p sd a t a ；t oi m p r o v et h ep o s i t i o n i n gp r e c i s i o no fs i n g l ep o i n t ，c o l l e c t e dg p sd a t aa r ep r o c e s s e db ym a t l a bc u r v ef i t t i n gt o o l b o xa n dc l u s t e r i n ga n a l y s i sf u n c t i o n s f i r s t d a t aa r es m o o t h e d t h e nk m e a n sc l u s t e r i n gi sa p p l i e dt of o r ms o m ec l u s t e r su s i n gk m e a n sf u n c t i o ni nm a t l a b h a v i n ga n a l y z e dt h ec l u s t e r i n gr e s u l t s ，t h e nd a t ar a n g e st h a ts h o u l db ee x c l u d e da r ed e t e r m i n e di nt e r m so ft h ea n a l y s i so fs i l h o u e t t ev a l u ef o rs p a t i a lc l a s s e s t h ee x c e p t i o n a ld a t aa r ee x c l u d e da c c o r d i n gt ot h ee s t a b l i s h e de x c l u s i o nr u l eo fe x c l u d et o o li nm a t l a bc u r v ef i t t i n gt 0 0 1 l a s t ，t h el e f tv a l i d a t e dd a t aa r ec a l c u l a t e di na r i t h m e t i cm e a nm e t h o dt og e tam e a nv a l u e ，w h i c hs h o u l db ear e l a t i v e l ya c c u r a t ev a l u e a d d i t i o n a l l y , ac o u p l eo ff u n c t i o n a lm o d e l so fp a t r o l l i n gs y s t e ma r ed e s i g n e d f a u l td i a g n o s i sm o d e le m p l o y st h ei d e ao fe x p e r td a t a b a s ea n dt r e n dg r a p ha n a l y s i st op r e d i c ta n dd i a g n o s et h ef a u l t s i nf a v o ro fr e m o v i n gt h eh i d d e nt r o u b l e ；p a t r o l l i n gp l a ns e l f - p r o d u c i n gm o d e la n a l y z e sa n dd e s c r i b e st h ep a t r o l l i n gk n o w l e d g e ，w h i c ha r eu s e dt oe x p l a i nt h ep a t r o l l i n gh i s t o r yd a t at or e a l i z et h ep a t r o l l i n gp l a ns e l f - p r o d u c i n gb a s e do nt h ek n o w l e d g e b a s e dl e v e l - b y - l e v e lr e a s o n i n gm e t h o d c o m p a n n gg p sd a t ad i s t r i b u t i o nb e f o r ea n da f t e rp r o c e s s i n g ，i td e m o n s t r a t e st h a td e c i s i o no fe x c l u d e de x c e p t i o n a ld a t ar a n g e sd e p e n d i n go nt h ec l u s t e r i n ga n a l y s i sa n dc a l c u l a t i n gt h em e a nv a l u ec a ni m p r o v et h ep o s i t i o n i n gp r e c i s i o nt oas a t i s f a c t o r ye x t e n t t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fs t a n d a r dd i f f e r e n c ea n de r r o r s ，i tp r o v e dt h a te f f e c to fm e a s u r e m e n ti sn o ti m p r o v e dp r o p o r t i o n a l l yw i t ht h ei n c r e a s eo ft i m e so fm e a s u r e m e n t ，a n dab e s tm e a s u r e m e n tt i m e sf o rt h i se x p e r i m e n ta r ea c q u i r e d b a s i c a l l y , d e v e l o p e dp a t r o l l i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，w i t ht h eh a n d h e l dg p s o e mr e c e i v e ra sac o r e ，m a k e sp o w e rl i n ep a t r o l l i n gm a n a g e m e n ta u t o m a t i z a t i o nc o m et r t l e ，m e a n w h i l ee n h a n c i n gt h es a f e t ya n dc r e d i b i l i t yo fp o w e rs u p p l y k e yw o r d s ：g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ；k m e a n sc l u s t e r i n g ；f a u l td i a g n o s i sm o d e l ；l e v e l - - b y - - l e v e lr e a s o n i n g ；独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑i 堡盔些盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何负献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：壹令进签字日期：仉哆年月阳日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完伞了解泣i 垦盔些盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权塑a 堡垒些盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位沦艾作者签名：量令签字口期：蜥f 月挪日日学位论文作者毕业后去向工作单位：通讯地址：导师签名瑟劳乞签字日期：聊歹年歹月讥电话邮编基于g p s g s m g i s 技术的电力线路巡检管理系统的研究引言输配电线路是电力系统的重要组成部分。由于其长期暴露在大自然之中，不仅承受正常机械载荷和电力负荷的作用，而且还经受污秽、雷击、强风、洪水、滑坡、沉陷、地震和鸟害等外力侵害。上述因素将会促使线路上各元件老化、疲劳、氧化和腐蚀，如不及时发现和消除，就可能会发展成为各种故障，对电力系统的安全和稳定构成威胁。线路巡检管理是有效保证输配电线路及其设备安全的一项基础工作。电力系统供电企业为了确保所辖区域输电线路的正常运作，需要派出巡检人员定期到每条输电线路对电线及所附属的设备进行检查，通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化以便及时发现存在的隐患提出具体的检修内容，及时消除缺陷，预防事艘发生，或将故障限制在最小范围，采取措施，防患于末然。通过巡视检查工作为所辖区域的正常供电及安全运行提供了基本的保证。目前，国外在电力系统线路巡检方面的开发已经达到了智能化、自动化，精确度也已经基本满足电力管理的要求。但是，国外开发的智能巡线系统尽管智能化和自动化程度都很高，但是系统的价格昂贵，国内大部分地区的经济状况不允许采用。国内电力行业所普遍采用的传统线路巡检方式是人工巡视、手工纸介质记录的工作方式，该方式存在着人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作状态等明显缺陷。为了保证线路巡检顺利进行，减少不必要的经济损失，改革传统落后巡检方式的必要性日趋明显。为此，利用信息钮、信息螺栓瓤条形码等较为先进的自动识别技术进行计算机管理，尽可能杜绝人为因素的影响，使实时、定性、定量、客观的考核巡检人员的工作成为可能。然而，l 述产品安装复杂，而且长期暴露彳e 野外，容易遭到损坏，不便于有效的管理。另外，填写缺陷票仍旧由巡检人员现场手工完成费时、费力且缺陷票填写内容不规范，使得线路缺陷汇总分析的工作量没有实质性的减少，从而影响了线路巡检管理工作效率的进一步提高。人工用笔在纸上填写表格，自动化程度低，数据真实性难以保证，数据虻总慢；用电子传感器在线采集和检测系统昂贵，有些数据无法通过传感器获得，有的设备或现场不具备在线条件，系统扩展性差，如增加设备或更换设备后，要对新设备的数据进行采集，系统的很多方面要改变：手持设备使用条码作为设各标签条码在使用时虽然很便宜，但在户外使用不能抵抗风吹日晒；使用无线射频无线射频的使用在巡检时很方便，但是无限射频的设备体积庞大，造价较高，系统灵活性差；由于输电线路中的很多电杆都在户外，信息按钮由于其独特的设计。能够抗干扰、抗腐蚀、抗静电、抗污等：使用信息按钮专用读写器，系统开发周期长，限制太多，系统的灵活性差，很难扩展，成本较高：另外，对于数字标签来讲，需要在每一根电杆上进行安装，大大加长了系统运行、维护的负担。近几年来，有关电力线路巡检的研究较以前有了一定的突破，p t l 光缆巡检系统，g p s 全球卫星定位的智能巡检系统呤1 ，通过对比可河北农业大学硕士学位论文发现，对于要求能在强电磁环境和野外环境工作的情况下，g p s 是最好的选择。但是，现在市场上的为数不多这类产品，一方面，它们的系统大都适应于辖区内的电力部门，系统的可扩展性较差，推广起来代价很高。有些系统甚至在定位精度上还不够高，难以满足巡检管理的要求：另一方面，很多产品的价格比较高，根据经济状况很难接受，实用价值太低。根据电力系统加强输电线路运行管理的需求，针对存在的问题进行认真调查分析和研究，通过对比各种方案，最后决定采用基于全球卫星定位系统g p s ，g s m 和g i s 技术相结合的电力线路巡检管理系统 3 - 5 i 。全球定位的g p s o e m 接收板为核心的手持仪是本系统的关键部分。g p s 手持仪能对电力线路的杆塔和设备进行准确的定位并将定位信息显示在液晶显示屏幕上”1 ；然后把所采集到的数据信息通过g s m通信网络以短信息的形式发送给电力管理中心，主要是杆塔定位、缺陷记录并及时报青故障信息；同时，接收来自电力管理中心的数据信息，主要是接收要巡视的线路段的定位信息，以及及时接收处理故障的措施方案的命令。电力管理中心基于g i s 的巡俭管理功能模块对接收到的信息进行相应的处理，针对不同情况，可能进行数据存储，或是通过g s m 把处理意见发送给g p s 手持仪。2基于g p s g s m g i $ 技术的电力线路巡检管理系统的研究1 1 线路巡视知识概述l 绪论巡视电力架空线路的主要目的是为了经常掌握线路设备的运行情况和沿线周围的环境，及时发现设备缺陷，消除影响供电安全的隐患，防止事故的发生。同时，通过巡视和检查，提出线路检修的详细内容。因此在巡视时发现的缺陷要认真做好记录。1 1 1 巡视类别根据线路巡视的不同目的和性质，可分为定期巡视、特殊巡视、监察巡视、故障巡视等四个类别0 7 1 。1 ) 定期巡视定期巡视是巡线人员主要的日常工作。巡线员依靠定期巡视及时了解和掌握线路元器件和配电设备的运行状况、沿线周围情况、缺陷的演变等。2 ) 特殊巡视特殊巡视是气候异常变化或沿线地区受到自然灾害严重影响输配电线路供电的安全时，必须立即进行盼一种巡视。3 ) 监察巡视监察巡视是领导者和主管工程师为了鉴定线路元件和设备的缺陷，确定下次线路的榆修内容，考察巡线人员的工作质量以及对运行人员进行培训l ，提高他们的技术水平而进行的。4 ) 故障巡视故障巡视是电力架空线路发生故障引起开关掉闸后，巡线员沿线路进行巡视，以寻找故障地点及故障内容。运行人员除了巡视线路和设备外，对电杆、导线、各种电气设备和其他附属元件，还耍进行定期检查和预防性试验。主要包括对于木电杆杆根腐朽情况的检查。导线连接器( 卡) 接触状况的测量，绝缘子串电压分布的测量，针式绝缘子泄漏电流的测量，防雷装置间隙距离的测量，配电变压器二次电压及负荷的测量，以及接地装置的检查和接地电阻的测量等。这些项目的检查和测量的期限，均应根据典型规程在现场运行规程中做出明确规定。1 1 2 线路巡视的主要内容和检查方法1 ) 电力架空线路的周围环境3河北农业大学硕士学位论文注意沿线周围环境状况，如：电力架空线路所经过的道路、桥梁是否良好：沿线附近的树木、临时建筑物、无线电天线、1 锰时性广告牌、席篷、草垛、易燃物品、开挖沟渠、土方爆破等是否会影响电力架空线路的供电安全。发现这些影响线路安全供电的情况时，应立即与有关单位联系，并尽快消除。2 ) 电杆及其基础的巡视与检查注意电杆有无歪斜，分别检查木杆水泥电杆和木电杆所有可能出现问题的情况，例如。水泥电杆有无裂纹、裂缝：木电杆接腿的螺丝及螺母有无丢失或松动，以及有无腐朽等问题。3 】电线和避雷线的巡视和检查巡视时，应密切注意电力架空线路的电线有无断股、松股、闪落、烧伤等现象。当发现导线断股时，应该观察其周围环境，分析断股原冈。导线和避雷线断股的原因通常有：导线受拉力过大，线路短路烧伤，制造厂制造时接头焊接不良和施丁时损伤筹。在进行故障巡视时应注意所有的导线连接点和连接器( 线类、压接管) ，即使已发现故障所在部位，也需要沿电源防线巡视线路各处的连接器有无被烧伤。4 ) 绝缘子的巡视检查巡视电力架空线路上的绝缘子，主要是观察绝缘子表面有无破损、裂纹和闪络痕迹。电力架空线路发生接地故障，大部分是由绝缘子被击穿所引起的。瓷瓶被击穿后，瓷件由于电弧的高温而熔化，并使瓷裙碎裂。这种故障在巡视时极易发现。j ) 拉线、拉桩和戡木的巡视和检查巡视时应注意拉线有无松弛。承力杆和终端杆的拉线松弛时，将会引起电杆的歪斜。检查木拉桩和戗本是否腐朽，损坏，同检查电杆一样。应注意就木是否正确。”防雷设备和接地装置的巡视和检查架空线路上常装设防雷装置，在输电线路和低压配电线路上。也装有阀式避雷器。因此，在进行线路巡视时，须对线路上装设的防雷装置仔细观察。对管型、阀式避雷器，主要是观察有无放电、外部间隙是否烧损、避雷器的表面有无秽污，脱漆、裂开和烧伤。对避雷线、各种防雷装置和配电设备等的接地引下线，要观察是否有断股、腐蚀或从线类( 线卡) 外松脱的情况，观察接地是否良好。7 ) 配电醴各的巡视和检查配电设备主要包括配电变压器、杆上油开关、跌落熔断器和高低压刀闸等。巡视检查配电设备时，应注意注油设备有无严重漏油、缺油，变压器油标玻璃管是否破损，温度计是否正常，杆上变压器和杆上油开关的套管是否脏污，有无闪络痕迹、裂缝和破损。还应该观察高压跌落熔断器和高压跌落重合保险器的安装是否正常、瓷件有无破损。跌落熔断器的绝缘纸管在正常情况下表面光滑、管直。1 2g p s 系统概述4g p s 是全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 的英文简称- 目前，除了美国基于g p s g s r d g i s 技术的电力线路巡检管理系统的研究外，还有俄罗斯、欧盟全球定位系统，而通常意义上的g p s 是直指美国全球定位系统，它由美国国防部从t 9 7 3 年开始组织实施，于1 9 9 4 年7 月全面建成的利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行实时三维导航、测速与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。g p s 系统由三个独立的部分组成“：1 ) 空间部分一g p s 卫星星座由2 1 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成g p s 卫星星座，记作( 2 1 t3 ) g p s星座。2 4 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，卫星轨道面相对于赤道平面的倾角约为5 5 度，各个轨道平面相距6 0 度。每个轨道平面内各颗卫星之间的交角为9 0 度，任轨道平面上的卫星壁两边相邻轨道平面上相应卫星超前3 0 度。轨道平均高度约为2 0 2 0 0 公里，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为l2 恒星时。这样，对于地面同一观测站上的观测者来说，每天将出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4 分钟。位十地平线以上的卫型颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4 颗，最多可见到1 1 颗。在用g p s 信号导航定位时为了结果观测站的三维坐标，必须观测4 颗g p s 卫星，称为定位星座。2 ) 地面控制部分一地面监控系统g p s 工作卫星的地面监控系统包括一个主控站，三个注八站和五个监测站。对于导航定位来说，g p s 卫星是一动态已知点。星的位置是根据卫星发射的星历一描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗g p s 卫星所播放的星历由地面监控系统提供。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都耍由地面设备进行监测和控制。地面监控系统的另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准，即g p s 时问系统，这就需要地面站监测各颗卫星的时间，并求出时钟差，然后山地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。： ) 用户醍备部分用户设备接收g p s 卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经各种数据处理，完成导航和定位工作。用户设备主要由g p s 接收机硬件、数据处理软件、微处理机及其终端设备组成：g p s 接收机的硬件一般包括主机、天线和电源，主要功能是接收g p s 卫星发射的信号获得导航和定位信息，并经简单数据处理而实现实时导航和定位：g p s 软件部分是指各种后处理软件包，它的主要作用是对观测数据进行精加工，以获得精密定位结果。j u p i t e r 是r o c k w e l l 公司在划时代的晶片z o d i a l c h i p s e t 基础上研制开发出的高性能的g p s o e m 接收板。1 2 个并行通道和高灵敏度r f 部分，使j u p i t e r 具备卫星快速捕获和重捕获的能力。航迹平槽和高效率导航等，使j u p i t e r 在城市和树林也能定位自如。卓越的性能使j u p i t e r 广泛应用于航海、航空、车载、导航、手持g p s网络同步和移动电话等。其主要技术指标如下1 ：并行1 2 通道，l 1 波段( 1 5 7 5 4 2 m l t z ) ，c a 码( 1 0 2 3 m h z 码片速率) + 载波跟踪( 载波辅助跟踪) 。能同时跟踪1 2 颗卫星速度5 1 5 米，秒。加速度6 9 t t f f 典型重捕获时间2 0 秒，t t f f 典型温启动1 5 秒，典型初始化启动4 5 秒；t t f f 典型冷启动1 2 0 秒( 测试温5河北农业大学硕士学位论文度一3 0 + 8 5 摄氏度) 。1 p p s 秒脉冲输出，精度1 u s 。1 0 k h z 额率输出，与t p p s 信号同步，精度1 u s 。输出经度、纬度、高度、速度、航向、时间、载波相位、自检等几十个数据的十几条组合信息( r o c k w e l l 二进制格式和n m e a 一0 18 3 格式) ，输出问隔可调。t t l 接口可配有源微带扁片天线模块，接收板提供电源( 2 5 m a ，5 v ) ，或配无源天线( 电缆损耗 3 d b ) 。直流十5 + - 0 2 5 v ，抗1 0 0 m v ( 最大) 纹波电压干扰。数据，电源：国际标准2 0 针( 2 x 1 0 ) 插头，射频：o s x ( 或m c x 型，超小型，搭锁式) 。1 3g s m 模块概述g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的g s m 数字蜂窝移动通信刚，是我国公众移动通信网的主要方式。基于g s m的短信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众g s m 网络在全国范围内实现丁联网和漫游建立上述系统不需要再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用已经得到迅速普及。本课题设计的巡检管理系统正是利用短信息业务实现数据的自动双向传递。在手持仪中实现了用单片机控制g s m 模块完成短信息业务s m s 。目前，人们设计的各类d t e 设备基础上以微处理器为核心，带有r s 2 3 2 r s 4 8 5 等通信接口【”。“，在物理层上很容易实现与g s m 模块连接。g s m 的短消息业务s m s利用信令信道传输，为g s m 通信网所特有。不用建立拨号连接，将所发信息加上目的地址发送到短消息服务中心( s m s c ，s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ) ，经中心完成存储后再发至最终目的地，即使g s m 终端关机信息也不会丢失。存储和转发上程是g s m 网络的一项基本业务，s m s 以其实现简单，通信成本低，频谱利用率高，系统容量大，业务种类多抗干扰能力强，国际自动漫游等特点受到越来越多的开发商的重视。1 4g i s 应用概述1 4 1 地理信息系统简介地理信息系统g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 是在计算机软、硬件支持下，对现实世界各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它将地理对象的空间位置和相关属性有机结合，从空间和属性两个方面对现实对象进行查询、检索和分析，并将结果以形6基于g p s g s m g i s 技术的电力线路巡检管理系统的研究象、直观的形式表达出来，辅助用户决策。地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型地理信息系统，二是工具型地理信息系统。1 4 2 组件式地理信息系统组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一。组件式g i s 软件平台是国际上最近几年发展起来的新型g i s 软件，具有二次开发方便、易于集成、无限扩展等特点。它带来了g i s 应用系统开发方式的变革，有利于提高二次开发的效率，增强g i s 系统中各于系统之间的亲合能力。组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个g i s 控件之间，以及g i s控件与其它非g i s 控件之间，可以方便的通过可视化的软件开发工具集成起来，形成晟终的g i s 应用。控件如同各式各样的积木它们分别实现不同的功能( 包括g l s 功能和非g i s 功能) ，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统。1 4 3 开发工具简介m a p x 是m a p l n f o 公司向用户提供的具有强大地图分析功能的a c t i v e x 控件产品。它是一种基于w i n d o w s 操作系统的标准控件，能支持绝大多数标准的可视化开发环境如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、d e l p h i 、p o w e r b u i l d e r 等。编程人员在开发过程中可以选用自己最熟悉的开发语言，轻松的将地图功能嵌入到应用中，并且可以脱离m a p i n f o 的软件平台运行。本系统所使用的m a p x 是m a p l n f o公司于2 0 0 0 年发布的4 5 版奉，该软件共有1 个控件，5 6 个对象，5 8 1 个接口。采用基于m a p l n f op r o f e s s i o n a l 的相同的地图化技术，可以实现m a p i n f op r o f e ss i o n a l 具有的绝大部分地图编辑和空间分析功能l i 2 1 。1 5 课题研究主要内容本课题主要内容为：1 )单片机与g p s o e m 模块，液晶模块，键盘等的连接与通信。g p s 数据的接收以及坐标转换。由于g s m 模块的连接和通信研究不属于本课题范围，所以只对g s m 模块在此系统中的应用和功能绘出了概括性介绍。2 )对g p s 数据的处理，利用m a t l a b 软件的曲线拟合工具箱，进行了先平滑，再聚类分析、然后排除粗差、最后求取算术平均值的方法提高定位精度。为定位数据的校准提供标准。3 )对巡检管理系统的功能模块规划和理论性设计，侧重于故障诊断模块和巡检计划自动生成模块的研究，为g i s 地理信息处理的程序编写提供了基础。7河北农业大学硕士学位论文2 1 手持仪硬件框图2 手持仪硬件设计电力线路巡检手持仪主要硬件包括：w 7 8 e 5 8 芯片、g p s o e m 接收板及天线，液晶显示模块，g s m 通讯模块，4 * 4 非编码矩阵式键盘，e 2 p r o m ，电源等。电力线路巡检管理系统的结构如图2 1 1 所示。其中，w 7 8 e 5 8 单片机是系统的中心控制单元，扩展的6 4 k b 随机静态存储器用来存储采样信息。当巡检员发现了线路或陔线路上的设备有故障时，就可以在微处理器获得定位数据后，根据需要在液晶模块上显可亡出当前位置、时间，并经过g s m 模块发送到总控台，总控台主机接收到信息，即位置和时间后，主机上的由g i s 结合电子地图编写的巡检管理功能模块就可以报据所接收的信息在电子地图上找到对应的故障发生点的确切位置信息，然后对接收到的故障信息进行查询，这是由提前编写好的具有查洵功能的专家数据库和趋势图分析来处理的，得到一个解决的方案后，由主控台发送到现场的巡检员，巡检员根据方案及时处理发生的故障。匝匦捣e j 司lil几罚甄 g m ( u0 。副主控台计算机犀焉碉= 今( g i s 巡检管理功能模块和g s m 奠块圈21 1 系统总体结构围f i g u r e2 1 - 1 f r a m eo f s y s t e m o v e r a l l s t r u c t u r e2 2 单片机与液晶模块的连接2 2 1 液晶模块简介系统选用的是金鹏奥克拉公司生产的o c m j 5 * i o a 系列的图形点阵中文模块 9 1 。o c m j 中文模块系列液晶显示器内含g b 2 3 1 21 6 1 6 点阵国标一级简体汉字和a s c l l 8 8 ( 半高) 及8 1 6 ( 全高) 点阵英文字库，用户输入区位码或a s c i i 码，8基于g p s g s m g i s 技术的电力线路巡检管理系统的研究即可实现文本显示。o c m j 中文模块系列液晶显示器也可用作一般的点阵图形显示器之用。提供有位点阵和字节点阵两种图形显示功能，用户可在指定的屏幕位置上以点为单位或以字节为单位进行图形显示。完全兼容一般的点阵模块。o c m j 中文模块系列液晶显示器可以实现汉字、a s c i i 码、点阵图形和变化曲线的同屏显示，并可通过字节点阵图形方式造字，广泛用于各种仪器仪表、家用电器上作为显示器件。本系列模块具有上、下、左、右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。一改传统的使用大量的设置命令进行初始化的方法，o c m j 中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的，实现了“即插即用”。同时保留了一条专用的复位线供用户选择使用，可对工作中的模块进行软件或硬件强制复位。规划整齐的1 0 个用户接口命令代码，非常容易记忆。标准用户硬件接口采用r e q b u s y 握手协议，简单可靠。本系列模块工作温度：0 5 5 ( 常温) - 2 0 一+ 7 0 。c ( 宽温) ；存储温度：1 0 一+ 6 5 ( 常温型) 。由于所选用的为o c m j 5 + 1 0 a ，所以需要外接负压，外接负压接线图觅图2 2 1 。外接负压时1 7 脚悬空，18 脚接负1 0 v 至负1 2 v 电压( 如图示) ，其它操作与单一5 v 相同。暑，o1 8 脚1 0 v 一一一 2 v图22 - 10 c m j 5 * 1 0 系列液晶横块的外接负压连接囤f 毽u m2 , 2 1e x t r an e g a t i v ev o b a g ec o n n e c t i o no f o c m j 5 4 i o as e r i e so f l c dr a o d u l e s2 2 2l c d 模块与单片机的连接l c d 模块与8 0 5 l 单片机的连接图 1 0 a t l 如图2 2 2 所示。选择w 7 8 e 5 8 的p i 口作为数据i o 口，p 3 0 用来向液晶模块发送请求信号r e q ，p 3 1 用来检测液晶模块b u s y 状态。液晶显示模块的一些说明 t3 】：复位o c m j 中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的，因此，在大多数情况下，复位端可经过一个电阻接在电源上。在确实需要复位操作的应用中，将该线拉低( r e s = 0 ) 并保持1 0 微秒即可使模块复位。正常的复位功能包括清屏在内，占用时间不大于1 5 毫秒，用户在此其间应禁止对模块进行操作，以免数据丢失，复位后的操作应在确保b u s y = 0 之后开始。背光模块电源v d d 与l e d 背光电源最好取两组电源分开供电，以免背光源功耗相9河北农业大学硕士学位论文对较大而影响模块显示。另外，l e d + l e d 为背光源引脚，在模块背面，p c b 板上的电路连接线途经两焊盘( 断开) ，是空开两个贴片电阻的位置，由用户接上相应的电阻调整l e d 背光亮度，电阻阻值在1 0 欧3 0 欧之间。该电阻不可短路，以免烧坏背光源或p c b 板过热而烧坏模块i c 。荻度调节1 0 k图22 - 28 0 5 1 单片机与0 t l s d s * 1 0 a 模块连接图f i g u r e2 2 - 2c o n n e c t i o nb e t w e e n8 0 5 1s i g l e c h i pa n do c m j 5 + 1 0 al c dm o d u l e5 + 1 0 模块的引出脚r t r t 2 为外接获度调节电位器接脚。出厂前该电阻已被固定电阻( 模块上的r 6 ) 所代替，如用户要调整屏幕灰度，可在引出脚r t l r t 2 间接电位器即可，如果屏幕灰度没有变化或变化不大，可将模块背面右上角的贴片电阻r 6 ( 即和r t i 、r t 2 并联的电阻) 断开，再调整电位器。2 3 单片机与g p s o e m 板的硬件连接系统选用的是美国r o c k w e l l 公司的j u p i t e r5 vg p s - o e m 接收板，以其性能优良、轻巧灵便、易于开发的特点，现已在g p s 各领域获得广泛应用。可以将o e m板输出的信息进行数据采集、图像处理、坐标系统变换等。o e m 板与单片机进行串口通信，由于都是采用t t l 电平，故两者之间不需要进行电平转换就可以直接进行通信。g p s o e m 板发出数