（电气工程专业论文）gisgps智能巡检系统在输电线路管理中的应用.pdf

a p p l i c a t i o n o fg i s + g p si n t e l l i g e n ti n s p e c t i o ns y s t e m i nt r a n s m i s s i o nl i n em a n a g e m e n t a b s t r a c t t r a n s m i s s i o nl i n e sa r eb a s i cc o m p o n e n to fp o w e rs y s t e m s t h ei n s p e c t l o n m a n a g e m e n ti sc r i t i c a la n de f f e c t i v et og u a r a n t e et h es e c u r i t yo f t r a n s m i s s i o n l l n e s a n de l e c t r i c a le q u i p m e n t s t h i sd i s s e r t a t i o n d i s c u s s e st h ei n t e l l ig e n ti n s p e c t l o n m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nt h eg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ( g p s ) ，t h eg e o g r a p h i c i n f o r m a r l o ns y s t e m ( g i s ) ，a n dt h ep e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ( p d a ) t h i ss y s t e m u s e st h ec l i e n t s e r v e rn e t w o r ka r c h i t e c t u r e i ti sc o m p o s e do ft h eh a n d s e ta n dt h e b a c k s t a g es u p e r v i s o r ， w h i c hu n i f i e st h ef u n c t i o n so ft h ec o m p u t e r , t h en e t w o r k c o m m u n i c a t i o n ，a n dt h ee m b e d d e dt e c h n o l og y ，w i t hn o t a b l ea d v a n t a g e s s u c na s d r i n c i p l e ，r e l i a b i l i t y ，f e a s i b i l i t y , a n d e x t e n d i b i l i t y t h ep r a c t i c a la p p l i c a t l o n i n d i c a t e st h a tt h i ss y s t e mm a ys a t i s f yt h ei n s p e c t i o n t a s kw i t hh i g hs p e e d ，h i g h e f f i c i e n c y a n dp r o m p tr e q u e s t i ti m p r o v e s t h et r a d i t i o n a li n s p e c t i o nm a n n e r ， e x p l o r e st h en e wm e t h o df o rt r a n s m i s s i o nl i n ei n s p e c t i o n ，r e d u c e st h ep o s s i b i l i t y o f o m i s s i o no rw r o n gi n s p e c t i o n ，a n dg u a r a n t e e sl o n g - t e r mh i g h l y e f f e c t i v es t e a d y o d e 豫t i o no ft h et r a n s m i s s i o nl i n e s f i n a l l ys o m ee x a m p l e sa r eg i v e nt o v a l l d a t e a p p l i c a t i o no fg i s + g p si n t e l l i g e n c el i n ei n s p e c t i o ns y s t e m i nf a u l tl o c a l l z a t l o n ， c o n t i n g e n c ya n a l y s i s ，a n dl i g h t n i n gl o c a l i z a t i o n k e y w 。r d s ：i n s p e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ；t r a n s m i s s i o nl i n e ；g l o b a lp o s i t i o n i n g s y s t e m ( g p s ) 插图清单 图3 1巡检管理系统总体逻辑结构图1 2 图3 2巡检管理系统的功能划分图1 4 图3 3移动巡检系统功能划分图 15 图3 4电力线路巡检流程图1 6 图5 1a 相接地故障系统图1 9 图5 2采用双端信号的输电线路故障精确定位系统的硬件框图2 7 图5 3系统单相接地模拟试验接线图2 9 图5 - 4系统工作原理图3l 图5 5故障指示器检测节点结构示意图3 1 图5 - 6故障自动定位系统主站示意图 图5 7中性点经消弧线圈并联电阻接地示意图3 3 图5 8阻性电流i p 变化示意图3 4 图5 - 9简单馈线网络示意图3 5 图5 10 基于g p s 的同步采样原理图3 7 图5 1 1双端供电系统示意图3 9 图5 1 2三端环网示意图1 4 图5 13 线路结构图4 2 图6 1 系统机构框图4 4 表格清单 表1g p s 应用领域表5 表2巡检方案比较6 表3a 相短路接地试验结果3 0 表4导致模分量为零的短路类型和相别4 0 表5模式适用范围4 0 表6均匀换位线路参数4 2 表7 系统阻抗4 2 表8仿真结果4 3 表9用对称分量法得出的仿真结果4 3 独立完成与诚信声明 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志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得佥蟹王些塞堂 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贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：础乏 签字日期：口夕年歹月，弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒胆王些太堂有关保留、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，允许论文被查阅或借阅。本人授权金胆王些太 壹l 可以将学位论文的全部或部分论文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) 学位论文者签名： 甜妓t 导师签名： 签字日期： o q 年乡月弓日 签字日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 。年g 月f 弓日 哦 历 致谢 本文得到合肥工业大学电气工程学院老师的悉心指导和帮助，在此特别 感谢导师李生虎研究员，以及杜少武书记、史志胜院长、孟祥发等老师。 在工作及攻读工程硕士期间，合肥供电公司江和顺高工、安徽省电力公 司刘军高工的悉心指导和帮助。最终方案的确定和实现，也离不开他们很多启 发性的建议和意见。在此表示衷心感谢。 作者：孙俊杰 2 0 0 9 年6 月4 日 第一章绪论 随着电网改造的逐步深入，电网技术的高速发展，要科学、经济、有效的 控制电网运行，必须逐步提高电网自动化水平。电力线路的巡检是电网自动化 的重要内容之一，就目前电力行业的巡检系统而言，虽然都已实现了基本的信 息化，但原有模式难以满足日益增长的事务处理、信息共享、工作协同和决策 支持等方面的要求。为保证电力企业管理和业务决策的更加迅速及时，采用先 进的移动技术通信对于配电系统的建设就显得格外重要。 电力线路巡检管理中，目前除了采用传统的人工巡检以外，还有采用视频 监控、综合检修车，甚至直升飞机等电力线路巡检手段【l 】。但这些方式对国内 电力企业来说，成本高，实施困难，且不易推广，同时也难以解决巡视工作中 人为因素的影响。国内的电力行业在传统的人工巡检方式基础上，开始采用 些新的方式。常见的电力巡检集成技术包括： ( 1 ) 信息钮、i c 卡巡检； ( 2 ) p d a + g p s ： ( 3 ) p d a + 条码的方式。 以上几种方式基本能够解决业务人员现场工作的要求，可以在第一时间采 集到现场数据，将原有的信息系统延伸到了工作现场。相比过去“先记在纸上， 回来再录入 的方式，减轻了巡检人员上报数据的工作量，提高了工作效率。 但这些还是不能满足具体工作移动处理的需要，在某些情况下可能出现应用这 些系统之后，工作量反而增加的情况，因此还存在许多的不足之处。为消除传 统线路巡检的缺陷，有必要在线路巡检过程中引入现代化的科技手段，如g p s 、 g i s 嵌入式技术，促进巡检制度的落实，加快巡检管理的现代化、信息化、标 准化，从而在巡检中及时发现问题，预防各类故障。针对在传统线路巡检过程 中普遍存在的问题，经过认真考察、分析和论证，在综合考虑用户的各种需求 后，提出了一套以掌上电脑( p d a ) 为硬件支撑、基于卫星全球定位( g p s ) 和 地理信息系统( g i s ) 等技术的巡检系统的设计方案。本论文主要研究g p s 、 g i s 的基本理论和技术方法，并系统地阐述了g p s 、g i s 及p d a 在电力线路管 理中相辅相成及其研究进展，并对全文研究的主要内容进行了概括。本文还结 合实例具体阐述了g i s + g p s 智能线路巡检系统在线路故障定位、事故分析、雷 电定位等故障检测中的应用。 1 1 本课题的提出背景和意义 在电力系统中，架空高压输电线路是一个重要组成部分2 1 。由于其长期暴 露在自然环境中，不仅要承受正常机械载荷和电力负荷的内部压力，还要经受 污秽、雷击、强风、洪水、滑坡、沉陷、地震和鸟害等外界因素的侵害。上述 因素会促使线路上各元件老化、疲劳，如不及时发现和消除隐患则可能发展成 各种故障甚至事故，对电力系统的安全和稳定构成威胁。为了保证高压输电线 路的安全、稳定运行就必须加强线路的运行维护工作( 主要包括：按一定周期 对线路进行巡视、测量、检修) 逐步提高线路设备的健康水平，使之处于完好 的状态，保证安全可靠的输送电能。 线路巡检管理是有效保证输电线路及其设备安全稳定运行的一项基础工 作。通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设备缺陷和危 及线路安全的隐患，提出具体的检修内容，以便及时消除缺陷，预防事故发生， 或将故障限制在最小范围，保证输电线路的安全和电力系统稳定，达到电力系 统“安全、经济、多供、少损的运行目标1 3 】。随着电力体制改革的不断深化， 电网规模日益扩大，基于纸、笔的传统线路巡检模式所引发的电网安全隐患已 日渐突出。主要表现为存在人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作 状态等明显缺陷，同时也无法适应线路管理信息化的发展要求【4 j 。因此急待开 发种智能型的线路巡视系统，可以及时准确地完成巡视工作、减轻巡视人员 工作量，也为管理者提供有效的监督依据，进而达到提高工作效率及管理水平 的目的。随着计算机技术的发展，利用g i s 、6 p s 、p d a 技术建设的线路巡视监 控更好的满足了电力部门线路管理的需要垆j 。 1 2 传统的线路巡检及存在缺陷 目前，国内电力行业所普遍采用的线路巡检方式主要有两种，一种是传统 的人工巡检方式，即人工巡视、手工记录的模式，这种方式存在着人为因素较 多，管理不便等问题；另一种方式是半自动化方式，这种方式对于巡检可靠性 的提高起到一定作用，但还存在着成本高、安装复杂、不便管理等不足，尚未 得到广泛的推广和应用。所以除个别地区5 0 0 k v 线路有选择地进行航巡、航测 外，绝大部分地区线路巡视工作仍然依靠人工在地面逐基杆塔进行，由于地区 线路的巡视工作在野外，使巡视人员有可能疏忽漏检，甚至不去巡检，而且对 发现的线路某部件缺陷只进行手工记录，最后交给管理人员进行人工汇总分析， 易出错，工作量也比较大。 传统的线路巡检，主要依靠巡检员对线路进行巡视检查，掌握线路运行状 况及周围环境的变化，发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，在相应表格上手 工记录故障或缺陷数据，然后，提出具体检修意见，以便及时消除缺陷、预防 事故发生或将故障限制在最小范围。这种巡检方法主要存在以下缺陷【2 】： 1 2 1 管理上的漏洞 因为输配电线路地理分布较广，巡检员一般都是独立作业，无法保证巡检 员的到位率，同时巡检员在巡检过程中，缺乏信息提示，难以保证巡检质量， 2 极易出现漏检、错检，甚至出现不到现场而编造巡检结果的现象。 1 2 2 工作繁杂 巡检工作量大，工作时间长，巡检人员拿着巡线记录表在现场抄写很不方 便。回到办公室后，数据需要重新录入电脑，不仅速度慢，工作量大，而且容 易出错、数据不便保存、查询( 们。 1 2 3 数据无法被有效利用 系统所表现的信息，要么通过大量文字的形式描述，要么用表格的形式表 现，且数据分析统计较差，无法直观反映线路设备的地理特征，如故障是否集 中发生于某一区域，影响范围有多大等等。在利用已有信息进行评估、管理决 策时，重要的信息往往会被大量、繁杂的数据所淹没【7 1 。 1 3g p s 智能巡检系统的引入 为消除传统线路巡检的缺陷，有必要在线路巡检过程中引入现代化的科技 手段，如g p s 、g i s 嵌入式技术，促进巡检制度的落实，加快巡检管理的现代化、 信息化、标准化，从而在巡检中及时发现问题，预防各类故障【8 】。针对在传统 线路巡检过程中普遍存在的问题，经过认真考察、分析和论证，在综合考虑用 户的各种需求后，提出了一套以掌上电脑( p d a ) 为硬件支撑、基于卫星全球定 位( g p s ) 和地理信息系统( g i s ) 等技术的巡检系统的设计方案，在此方案的 指导下做了一些探索性的工作，取得了令人满意的效果【9 】。 3 第二章g p s 和g i s 技术 2 1 全球定位系统( g p s ) 2 1 1g p s 的组成 g p s ( g 1 0 b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，全球卫星定位系统) 由三部分组成： g p s 空间部分、地基监控站和g p s 用户接收机部分【l 叭。该系统是以卫星为基础 的无线电导航定位系统，具有全能性( 陆地、海洋、航空和航天) 、全球性、全 天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三 维坐标速度和时间。g p s 是美国从2 0 世纪7 0 年代开始研制，历时2 0 年，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代 卫星导航与定位系统【l 。g p s 是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的， 它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部 分、地面监控部分和用户接收机3 ：j q 部分组成【l2 。 目前，全球定位系统的空间部分使用2 4 颗高度约2 1 0 2 万k m 的卫星组成卫星 星座。2 1 + 3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为“h 5 8 m i n ，分布在6 个轨道 面上( 每轨道面4 颗) ，轨道倾角为5 5 度。卫星的分布使得在全球的任何地方， 任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形 ( d o p ) 。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。g p s 能连续地为各类用户 提供三维位置，三维速度和精确的时间信息。g p s 提供的测量信息较多，既可 通过测距码测定伪距，又可测定载波多普勒频移，载波相位【l 引。 地面监控部分包括4 个监控间、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有 g p s 用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计 算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主 控站设在范登堡空军基地，它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是 收集各监控站对g p s 卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗g p s 卫星的轨 道和卫星钟改正值【l4 1 。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在 每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入 对每颗g p s 卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的 注入。 用户接收机：前面两大部分是由专门机构投资建立，维护和运行的，一旦 工作，它将昼夜不停的发送导航定位信息。这是一种可供无数用户共享的信息 资源。换句话说，购买了用户接收机再与地面监控站配合，就可以完成定位信 息的接受，不必再购买卫星使用权【l5 1 。全球定位系统能提供连续、实时的三维 位置、三维速度和精密时间。不受天气影响而且单度定位精度优于l o m ，采用差 分定位，精度可达厘米级和毫米级，是迄今最好的导航定位系统，它的广泛应 4 用也充分地证明了这一点。 2 1 2g p s 的功用及特点 定位：g p s 通过实时接收卫星信息可计算出当前所在位置的经度、纬度和海 拔高度，精确度可高达1 0 米以内。g p s 还可以取代传统的指南针指示方向1 1 6 j 。 通过测出导航信号的延迟时间来推算距离，若用户能同时接收到4 颗卫星发出的 导航信号，利用数学知识可知，用户不必装备精确又很昂贵的原子钟，就能准 确地确定自己的位置。同时还能为用户提供精确的时间和运动速度等数据。 导航：如果你想去某一个地方，可以通过预先存入其坐标点，g p s 在定位之 后会自动在地图上显示此点与你的相对位置和距离。按图而行，方便而准确。 你也可以预先设定几条航线，从而自主地根据自己的行程在g p s 上对航线进行编 辑，之后的事情就由它来做，你只要跟着它走就行了。另外，g p s 会实时地自动 记录你所走过的轨迹，在屏幕上显示出一条路。当你需要原路返回时，它可以 为你提供按航迹返航功能，使你不至于迷失方向。 授时：g p s 通过接收卫星发射的信号得到精确的时间信息，并根据地区不同 显示当地位置的时间。 2 1 3g p s 的应用 g p s 问世以来，已充分显示了其在导航，定位领域的强大功能；许多领域也 由于g p s 的出现而产生革命性的变化【l7 1 。目前，几乎全世界所有需要导航、定 位的用户，都被g p s 的高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和优质价廉所吸引。 今天，g p s 应用领域已涉及到如汽车、飞机、轮船、建筑、移动制导、农业甚至 有赶超计算机的趋势，很快g p s 将成为人们生活中最基本的，如同电话一样的生 活必备品，见g p s 应用领域表( 表1 ) 。 表1g p s 应用领域表 g p s 应用于导航g p s 应用于授时校频g p s 应用于高精度测量 船舶远洋导航和进港引水电力、邮电、通讯等各种等级的大地测量和 网络的时间同步控制测量 个人通讯终端( 与手机、准确时间的授入道路和各种线路放样 p d a p p o c k e tp c 、电子地图 等集成一体) 飞机航路引导和进场降落准确频率的授入水下地形测量 地面车辆跟踪和城市智能地壳形变测量，大坝和 交通管理大型建筑物变形监测 汽车自主导航g i s 应用 紧急救生工程机械( 轮胎吊，推 土机)控制 个人旅游及野外探险精制农业 g p s 的广泛应用改变了人们的工作方式，提高了工作效率，带来了巨大的经 济效益。我国的g p s 应用发展迅速，短短数年g p s 在我国的应用己从少数科研 单位和军用部门迅速扩展到各个民用领域。随着g p s 的不断改进以及软、硬件 的不断完善，应用领域也正在不断的开拓。 与传统的手工测量手段相比，g p s 具有测量精度高、操作简便、仪器体积小、 便于携带、全天候操作、观测点之间无须通视、信息自动接收存储、中间处理 环节少等优势。g p s 在电力系统的应用广泛。将g p s 系统应用于电力线路巡检工 作，在国外已是一项成熟的应用模式，配合g i s ( 地理信息系统) 的线路信息， 为电力运行规划、巡检、维护等作业提供一个良好的应用平台。 2 1 4 基于g p s 的智能巡检和基于信息钮的常规巡检方案对比 基于g p s 的智能巡检方案与基于信息钮的常规巡检方案的比较如表2 所示 【l8 1 。 表2 巡检方案比较 基于g p s 的智能巡检方案基于信息钮的常规巡检方案 接收g p r s 卫星定位和时间信 在线路上安装信息钮( 入接触 基本原 息，精确识别巡检人员是否到 式或射频式) ，通过读取电子标 位，并利用掌上电脑实现巡检管 理签数据检查巡检人员是否到 理和缺陷管理的信息化、标准化 位。 和智能化。 集成g p r s 、掌上电脑和网络通需将识读器接触或靠近信息 信技术，实现线路巡检的无纸化钮，同时还需笔和纸进行现场 先进性 办公，并能提供卫星指路、历史记录，工作繁杂且容易出错， 缺陷提醒等扩展功能。效率低。 信息钮存在自然和人为破坏的 可靠性基于g p r s 卫星资源，可靠性高。可能性，需派专人时常巡检， 可靠性差。 基于掌上电脑，容易实现功能扩单一考勤和数据采集功能，无 扩展性 展，并具有网络传输功能。扩展空间。 卫星资源是免费的，多个巡检人需在每个巡视点都安装信息 经济性员共用一台手持机，且不存在工钮，还需大量后续工程维护费 程安装费，即买即用。用。 成本低，使用方便、不需额外安安装复杂、应用成本高、不便 实用性装和维护，具有广阔的应用前于管理，尚未在线路巡检领域 景。大面积推广。 2 2 地理信息系统( g i s ) 6 地理信息系统( 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 ，简称g i s ) 是由计算 机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、 管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 g i s 又是一种决策支持系统，它与其他信息系统密切相关，但又由于其处理 和分析地理数据的能力而与它们相区别。地理信息系统中存储和处理的信息是 经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重 要部分。传统的m i s 系统不包括描述空间位置和形状的坐标信息、描述空间关系 的拓扑信息等。新的数据库管理系统增加了对地理数据的存储和管理，但相对 于g i s 而言，m i s 不能建立地理坐标系和进行地理变换，不具备g i s 地理意义上 的空间查询和分析能力，管理人员不能立即建立对其所管理业务的空间概念。 同样，决策者也无法得到有关全局的直观的信息。 2 2 1 嵌入式地理信息系统 随着计算机向微小、便携、适用方面的发展和相关嵌入式设备( p d a ) 的出 现，嵌入式g i s 成了当前g i s 发展的一个热门和重要研究方向之一。嵌入式地理 信息系统( e m b e d d e dg i s )是集成g i s 功能的嵌入式系统产品，是系统设计与 开发层次上的应用，是一个软硬件混合的系统，它是导航、定位、地图查询和 空间数据管理的一种理想解决方案，可在很多领域广泛应用，如军事、智能交 通、旅游、自然资源调查、环境研究等。 g i s 是整个嵌入式地理信息系统的核心部分，作为系统的主要软件模块，其 主要功能包括： ( 1 )电子地图功能 ( 2 ) 路径分析功能 ( 3 ) 查询检索功能 ( 4 ) 导航定位功能 ( 5 ) 信息标注功能 2 2 2 结合多媒体技术，增强g i s 功能 现今，g i s 为用户提供信息的形式，或为图表、或为数据，形式单一，效果 欠生动。如果将多媒体技术应用于地理信息系统软件中，将会增强g i s 的表现能 力，扩大的应用领域。例如，我们可以制作具有立体效果的地理信息系统，用 户可以采用各种方式在系统中漫游，不但可以和普通g i s 一样，随时获取各种必 要的信息，而且可以使用户有身临其境的感觉。将其应用于供电部门，可以在 足不出户的情况下，熟悉供电线路、设备、用户的地理环境。这种立体的地理 信息，还不能是一成不变的，系统中每一基本元素的属性的改变、显示、更新 都应和地理信息系统的空间数据库及属性数据库挂钩，即只需通过更新数据库 中的数据，便可使多媒体的显示随之更新。这样的地理信息系统，对领导的管 理决策、设备线路维护、上岗培训都具有重要的意义。 要实现多媒体技术与地理信息系统的有机结合，需要解决两个问题，其一 是怎样将多媒体数据溶于g i s 数据库中其二，是在应用过程中，怎样实现多媒体 的播放功能。 2 2 2 1 用g i s 数据库管理多媒体数据 g i s 数据库可分为空间数据库和属性数据库【l9 1 。根据媒体数据的特性或应 用软件的要求来决定将多媒体数据溶于空间数据库还是属性数据库。 ( 1 ) g i s 空间数据库管理多媒体数据 目前，多数g i s 应用软件所能描述的空间目标都是静态的，难以满足多媒体 中和时间密切相关的数据管理的要求。在这种情况下，有的g i s 研究者提出时态 g i s 的概念，以便对时空过程和时空目标进行描述和分析。时态g i s 的组织核心 是时空数据库，即设计一个合理的时空数据模型是建立时态g i s 的关键所在。时 空数据模型的建立，不仅能解决时态g i s 的应用问题，还将解决空间数据库中动 画数据的管理问题。从而可通过使用动画技术来实现在屏幕上动态播放时空过 程。 ( 2 ) 属性数据库管理多媒体数据 多数g i s 属性数据库使用的是关系模型。为能将关系模型应用于多媒体数据 库管理系统中，就必须对现有的关系模型进行扩充，使它不但能处理格式化数 据，也能处理非格式化数据。在这方面，已有研究者提出了成熟的技术策略。 ( 3 ) 实现多媒体数据的播放 空间数据库中多媒体数据的播放空间数据库中存贮的多是各期间的时空数 据，这些数据的结构与m c i 所能接受的多媒体文件r i f f 格式不同，所以应用程序 不能直接调用m c i 函数和a p i 函数，必须根据时态g i s 空间数据库结构设计一个相 应的动画播放程序来实现动态显示功能。 属性数据库中多媒体数据的应用一般来说多媒体数据主要应用于两个方面 一个是简单播放另一个是对多媒体数据进行编辑和拾取。对于前者，只要使用 m c i 函数或a p i 函数按属性数据库中其他属性的要求进行播放对于后者要求程序 员熟悉多媒体数据文件格式r i f f ，根据多媒体数据的文件信息和数据流信息， 通过调用多媒体文件输人输出函数来实现多媒体的播放、编辑、拾取以及同步 控制等操作。 2 2 2 2 利用g i s 提高电力市场运行效益 目前人们已经逐步认识到仅仅把g i s 看作是自动形成图形、设备管理 ( a m f m ) 的工具是不全面的，实际上6 i s 在诸如提高电力市场的运行效益方面 能够起到非常重要的作用。 ( 1 ) 开发电力负荷 我们要开发电力负荷，不仅要知道哪些因素能够影响电力负荷，而且还要 知道负荷在哪里以及怎样开发这些负荷。因为g i s 可以显示基于地理信息的负荷 8 分布图，以及与负荷利用相关的经济形势、文化素质的地理分布图，在这个基 础上，结合现有的电负荷分配情况、设备情况、线路情况，我们可以准确地分 析、判断潜在的电力负荷市场，以及我们电力系统的供电能力。综合以上各种 信息，可以搜集到关于用户完整的信息，为开发负荷、选择合理的配电方式， 提供相当准确的科学依据。 ( 2 ) 迅速定位故障点和排除故障点 供电线路和设备常常因为各种意外的情况和灾害性天气而引发各种故障， 利用地理信息系统可以使调度人员和值班人员准确地定位故障发生的地理位置 及影响范围。通常情况下，当接到故障报告后，要确定与发生故障的设备相关 联的线路、设备以及影响的范围是比较困难的，而且对一段时期内发生故障的 地区线路和设备的统计可以为领导进行更深层次的决策提供科学的依据。 ( 3 ) 确定准确的负荷分布图 一个地区的电负荷的大小，不仅仅取决于这个地区的用电设备的容量，而 且还取决于这个地区的气候特点和其它条件，比如山区和平原的地形差异、与 大海的距离差异会引起这个地区的温度差异和风速风向的差异，在这种情况下， 使用空调制冷设备等需要和外界环境交换能量的设备，就会因这些外部条件的 差异而使其耗电量发生一定的差异，通过研究不同地区、不同气候条件下甚至 同一地区、同一天内不同时间的耗电情况，我们可以做出基于地理信息系统的 负荷分布图，利用这个负荷分布图，不但使我们能够确定电网的负荷量及负荷 流向，合理调度发电设备，使整个电网的经济性能达到最优，而且还可以将负 荷分布图与实际的某一地区实际的耗电量加以比较，找到电量损失比较大的地 方甚至偷电行为，从而保证进一步提高电网的经济性和安全性。 总之，利用g i s 技术进行配电网络规划，可以使规划工作更直观、现实，这 将是电力系统规划、管理的发展方向将多媒体技术和g i s 技术相结合，是计算机 应用领域的一个发展方向，它会改变人们的工作、生活、思维方式，推动信息 社会的前进利用提高电力市场运行效益，将给电力管理、运行、维护、调度、 领导决策等提供信息依据。 2 2 3g p s 与g i s 的结合运用 空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的任务，它可以有多种实现 方式，包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量等等。g p s 是由美国国防部投 资并控制的一个卫星导航系统，是专为美国军方设计，并由美国军方控制。其 最初的目的是为美国军方彻底解决海上、空中和陆地运输的导航和定位问题。 g p s 可以为g i s 提供矢量格式的坐标数据，随着g p s 接收设备的日益普及，必将成 为流行的g i s 数据源。 9 第三章g i s + g p s 的线路智能巡检系统设计方案 3 1 系统设计思想 由于g i s 具有独特的空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功 能、强大的图形创造和可视化手段以及空间决策支持，而g p s 可以提供实时的 定位信息，所以我们选择将g i s 和g p s 技术相结合，应用到电力巡检系统当中， 使得故障定位更加准确、显示方式灵活多样、能更好地进行分析与决策【l 引。 输电线路智能巡检系统是创造性地集成了地理信息系统( g i s ) 、全球定位 系统( g p s ) 、掌上电脑设备( p d a ) 和计算机网络通信技术的最新研发成果，基 于“移动信息平台”概念变革传统巡检工作方式，积极探索出线路巡检管理的 新思路、新模式，最大限度减少漏检、错检，确保电力线路长期高效稳定运行。 供电公司对输电线路的维护管理，必须致力于不断提高线路的运行水平以 及新技术、新工艺、新材料的研发和应用【l 引。随着计算机技术、网络技术、通 讯技术的迅速发展，计算机管理系统在电力企业管理中的应用曰益广泛，使得 企业的管理水平得到很大的提高。工区在大力推行标准化工作的基础上，积极 地将计算机信息管理技术引入到线路管理工作中，通过对各项业务、各类数据 进行深入细致的调研，积极引入了适用于实际的输电线路运行管理系统，通过 对业务流程的控制、对信息的充分共享和利用，使输电线路的运行管理工作逐 步走上了标准化、规范化、科学化的轨道。 3 2 系统工作原理 输电线路巡检系统是利用g p s 位置坐标作为设备标识，利用掌上电脑( p d a ) 技术实现对供电设备定位和利用g i s 地理信息系统管理软件实现实时数据传送 相关信息，完成对巡检工作情况的监测1 1 7 j 。 在巡视工作开始前，首先利用带有g p s 模块的掌上电脑采集线路杆塔的g p s 位置信息，通过g i s 主站软件将其保存到地理信息系统数据库中。然后将含有 杆塔g p s 位置及杆塔巡检内容的数据信息下传到掌上电脑中。 在线路巡视过程中，掌上电脑可以显示电子地图，并进行导航，指引巡查 路线。巡视工作人员手持掌上电脑到达指定的线路杆塔。集成了g p s 模块的掌 上电脑会自动识别当前的杆塔g p s 位置信息，提示相应的巡检内容，并将巡视 结果存储在掌上电脑中【l 引。一条巡视记录包括了如下信息：人员位置坐标、巡 视工作人员、巡视工作人员到达杆塔的时间、巡视杆塔的名称、杆塔的状态和 参数、巡视工作人员巡视完毕该检查点的时间，巡视过程中如果发现缺陷，系 统可以提示该缺陷的正确处理办法，以提醒巡视人员注意。巡视人员并可以通 过手写录入或进行缺陷内容选择等方式，将此缺陷内容进行保存。 i o 然后将p d a 中数据记录通过u s b 底座输入到管理用机( p c ) 中，再通过网 络与系统服务器、客户端进行数据传送，由后台巡检服务程序处理后进入系统 数据库【l9 。在g i s 系统配合下，可以将实时传回来地位置坐标信息在地图上显 示出来，两点之间自动进行连线，就形成了运行轨迹，控制中心可随时监测巡 线员的工作进度和巡查情况、车辆位置和运行轨迹情况。遇到特殊情况，管理 人员可通过无线网路进行不问断的调度指挥。移动终端与后台系统数据库间保 持数据实时通信，保障企业管理信息化，确保巡检的到位率。 3 3 开发平台的选择 桌面管理系统平台：p o w e rb u i l d e r8 0 + s u p e rm a p 2 0 0 0 。桌面管理子系 统上的开发平台可有多种选择，如v b 、v c 、d e l p h i 、p o w e rb u i i d e r 等等， 只要支持微软的c o m a c t i v e x 规范即可；在集成g i s 功能时，本系统选择了国 内超图公司的s u p e rm a p2 0 0 0 提供的组件式开发平台。 巡检系统平台：h a n ds p r i n gv i s o rm 5 0 0 + m e t r o w e r k s c o d ew a r r i o r9 0 。基于w i n d o w sc e 的p o c k e tp c 在硬件的配置上明显高出p a l m 许多，因此 价格高出p a l m 许多，但由于w in d o w sc e 的系统开销大，所以在实际应用中 速度不比p a l m 快。另外，实际上p a l mo s 在国外市场占有率达到7 0 。基于 系统缩减成本的需要，我们选用了h a n d s p r i n gv i s o rm s 0 0 作为移动巡检系统 的硬件平台；在软件开发平台的选择上，我们选用了m e t r o w e r k sc o d ew a r r i o r 9 o 。数据库平台：s y b a s ea d a p t i v es e r v e ra n y w h e r e 中文版8 0 。a d a p t i v e s e r v e ra n y w h e r e 是为工作组服务器、笔记本电脑和手持设备而优化设计的， 提供了企业级的功能，包括完全的事务处理和无与伦比的可靠性和功能，包括 参照完整性、存储过程、触发器、行级锁、自动的任务安排和自动恢复等功能。 最重要的是a d a p t i v es e r v e ra n y w h e r e 为那些只有内存的设备，如手持 设备、智能电话和智能电器等设计了u 1 t r a l i t e 数据库部署技术。u 1 t r al i t e 技术是s y b a s e 的移动和嵌入解决方案的一个组成部分。u l t r al i t e 运行于移 动设备和嵌入设备上，支持的目标平台包括w i n d o w sc e 、p a l m o s 、j a v a 和v x w o r k s 设备。它使小型设备上的应用程序能够使用功能完善的s q l 来完成数据 存储、检索和操作。u l t r al i t e 支持各种参照完整性、事务处理以及多表连 接。实际上，u 1 t r al i t e 所支持的数据类型、运行时函数以及s q l 数据操作 功能大部分都与s y b a s ea d a p ti v es e r v e ra n y 2 w h e r e 相同。 3 4g i s + g p s 线路巡检系统设计方案 3 4 1 系统设计方案所实现的关键任务 我们开发的基于g i s g p s 的电力线路巡检系统是利用6 p s 和g i s ，对广域 或区域电力线路和设备进行巡逻和检查，以保证线路和设备的正常可靠运行。 具体来说，它应该实现的关键任务如下： 在移动端，巡检员采用手持型p d a ( 具有g p s 功能模块的p d a ) 设备，利用 内部的地图和g p $ 信息，进行定位和导航；通过记录航点和航迹的方式来保存 巡检员的巡逻轨迹。p d a 自动记录巡检任务的时间和空间位置作为检验巡检工 作有效性的依据。巡检员根据p d a 上的提示信息进行现场检查，记录线路情况 及故障信息。 在结束室外的巡查工作后，巡检员使用数据线连接p d a 与计算机，将巡线 数据传输并保存到统一数据库中；操作人员在局域网内的任何终端，通过不同 的访问权限，可i 三【查询巡检人员的工作时间、轨迹和相应的设备运行数据，通 过统计查询模块可以检验巡检人员的巡检到位率、设备的故障率、设备运行指 标的变化趋势、设各异常的区域分布、设备异常情况的发生时间和处理结果等， 统计结果可以通过各种业务报表的方式打印出来。 34 2 智能巡检系统的组成 为了实现上述系统目标，根据桌面管理用机( p c ) 和掌上巡检设备的性能 特点，我们所设计的基于g i s g p s 的输配电线路巡检系统应包括两个部分： 移动端软件“移动巡检系统”和桌面端软件“巡检管理系统”两大子系统。见 系统的总体逻辑结构图( 图3 一1 ) ： 图3 一i 巡检管理系统总体逻辑结构图 整个系统由p d a 手持机部分和后台软件部分两大模块组成： 其中黑线部分为巡检管理系统( 后台软件部分) ，红线部分为移动巡检系统 ( p d a 手持机部分) 。两部分以数据为纽带，相互支持，形成一个松耦合的整体。 g i s 的核心是地理数据库，地理数据库需要存储、管理、查询那些具有空间定 位特征、属性特征、空间关系和时间特征的地理数据。而嵌入式空间数据库和 p c 上的空间数据库之间的一致性是通过统一数据库来保证的。嵌入式空间数据 库中，空间对象的存储是通过嵌入式关系数据库来实现的，属性、空间位置和 拓扑关系来自统一数据库，而地理坐标的初始值来自g p s 定位的结果。 嵌入式空间数据库与统一数据库采用相同的数据格式，只是嵌入式空间数 据库中只存储部分必要的数据。 ( 1 ) p d a 手持机主要分为如下子模块： 基准定位：系统首次运行或新线路对杆塔进行基础经纬度的录入； 巡线操作：对已经确定经纬度的杆塔进行巡视定位，自动显示当时经纬度 与准确时间，并记录在杆塔上发现的缺陷，同时还可以浏览杆塔历史缺陷信息， 提供巡线人员判断缺陷依据； 数据通信：与电脑进行数据对接，上传本次数据同时下载下次工作的数据； 辅助工具：对系统起辅助作用的其他程序，包括特殊提示：已经巡视和未 巡视的杆塔做不同的标识；电池电量的显示；p d a 电量的显示，方便提醒巡检 人员，卫星指路：通过输入的位置数据可以得到两点之间的距离以及方向，记 事簿：对非巡检缺陷信息提供记事簿加以记录、存储。 ( 2 ) 后台管理系统子模块说明： 高级管理：本功能模块完成系统的基础配置功能，包括标准代码管理和标 准缺陷管理； 系统管理：本功能模块完成系统配置功能，包括机构管理、线路管理和杆 塔管理； 计划管理：本功能模块用于制定巡线计划，但不会在手持机中单独以巡线 计划的方式出现。在巡检过程中手持机会根据巡线计划设置的时间以及巡检工 作的进度来完成相应的计划； 巡线管理：本功能模块用于巡线缺陷记录的查询、杆塔查询、计划查询以 及考勤管理等； 缺陷管理：为使整个巡检系统形成一个闭环操作，本功能模块对上传的数 据进行进步操作，完成缺陷登记、消缺流程和数据统计； 数据通信：本功能模块用于管理机对手持机下达定位和巡线任务以及手持 机上传巡检数据到管理机； 报表打印：本功能模块用于在指定时间段内、指定线路、指定缺陷等级以 及处理类型( 全部缺陷、已消除缺陷、未消除缺陷) 的报表输出； 辅助功能：辅助功能是整个系统个性设置的体现，包括系统帮助、修改个 人密码、系统界面设置、基础设置( 仅管理员可见) 和用户注销模块； 扩展功能：扩展功能是对以上系统实现功能的进一步扩展，包括网络浏览 和数据转换功能，同时为g i