（机械工程专业论文）基于gisgps的输电线路智能巡检系统的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位迨塞 摘要 输电是国家电力产业的重要组成部分，同时也为人们正常的生活提供了保 障，为了保证它的正常运行，需要派人去监控和维护线路的稳定。然而输电线 路是一个跨越地域非常广的电力设施，常年暴露在野外的自然环境下，容易出 现故障。要想更方便、更快、更准地去巡检线路，需要提供各项更高的基础建 设技术和更好的基础建设设备。目前，国内外采用的巡检方式有：直接标记法、 信息钮、信息螺栓、条形识别、直升飞机巡检法、机器人巡检法等。从以上这 些巡检方式分析，可以得出相应的巡检技术的特点：有些技术虽然成本低，但 工作效率也相应的低，管理起来也不方便；有些技术建立在专有平台上，其各 项成本高，也不利于推广：有些技术人为因素过多而影响了巡检的评估效果。 本文在研究现有的输电线路巡检的基础上，提出一种基于g i s 和g p s 的智 能电网输电巡检系统方案并且用到了实际的工作环境中去。根据输电线路巡视 工作的具体要求及相关程序和软件( 如c 稃、m a pi n f o 等) 的使用，本文阐述了整 个系统的设计方案和相关技术。从整体上看，包含了三个主要部分的应用t 1 ) p d a 移动终端；2 ) 服务器端；3 ) 电脑客户端。同时，从传送数据方面考虑， 增加了新的断点续传功能，能够在p d a 不与服务器相接时，实现大容量文件数 据和图片数据的传送，并且在突发事件( 如断电、死机等) 发生后，可以保留已 经传送好的数据，等到下次更新时接着上次的数据继续下载，极大的提高了数 据的处理速度，更方便了用户。 最后，本文阐述了巡检系统的相关技术的设计方法和部分应用功能，为读 者对基于g i s 和g p s 的输电线路智能巡检系统的各项功能和技术提供了更直观 的认识。 关键词：g i s g p s g p r s ，输电线路，智能巡检 亟i 堡工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee l e c t r i c i t yt r a n s m i s s i o ni sa ni m p o r t a n tp a r to ft h en a t i o n a lp o w e ri n d u s t r y , a n da l s oag u a r a n t e ef o rp e o p l e sn o r m a ll i f e ，i no r d e rt oe n s u r ei t sn o r m a lo p e r a t i o n , s e n d i n gp e o p l et om o n i t o ra n dm a i n t a i nl i n es t a b i l i t y i sn e e d e d h o w e v e r , t h e t r a n s m i s s i o nl i n ei sap o w e rf a c i l i t i e st h a ta c r o s sg e o g r a p h i c a lv e r yw i d e l bi t s e x p o s u r et ot h ee n v i r o n m e n ti nt h ew i l da n dt h u si sv u l n e r a b l et of a i l u r e ，t ob e - - 蕊o r e c o n v e n i e n t ，f a s t e ra n dm o r ea c c u r a t e l yt oi n s p e c tt h el i n e ，t h en e e dt op r o v i d eah i g h e r l e v e lo ft h ei n f r a s t r u c t u r et e c h n i q u ea n db e t t e ri n f r a s t r u c t u r ee q u i p m e n t 锄en e e d e d a tp r e s e n t , d o m e s t i ca n df o r e i g ni n s p e c t i o nm e t h o d si n c l u d e ：i n s p e c t i o no p e r a t i n g i n s t r u c t i o n s ，i n f o r m a t i o nb u t t o n ，i n f o r m a t i o nb o l t s ，b a rc o d e ，h e l i c o p t e ri n s p e c t i o n , r o b o ti n s p e c t i o na n ds oo n b ya n a l y s i so ft h ea b o v ei n s p e c t i o nm e t h o d , t h e a p p r o p r i a t ei n s p e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c sc a nb ed r e w ：a l t h o u g hs o m et e c h n o l o g i e sh a v e l o wc o s t ，t h e i rw o r ke f f i c i e n c ya l ea l s ol o w , t om a n a g et h e mi sd i f f i c u l t ；s o m e t e c h n o l o g i e sa leb a s e do nap r o p r i e t a r yp l a t f o r m ，t h e i rc o s ta r ch i g h ，a n dt h e y a r ea l s o n o tc o n d u c i v et ot h ep r o m o t i o n s o m et e c h n o l o g i e sh a v et o om a n yh u m a nf a c t o r s ，s o a s s e s s m e n tr e s u l t sa r ea f f e c t e d b a s e d0 1 1t h ee x i s t i n gt r a n s m i s s i o nl i n ei n s p e c t i o n , as m a r t 鲥dt r a n s m i s s i o n i n s p e c t i o ns y s t e mb a s e do ng i sa n dg p sp r o g r a mw a sp r o p o s e da n du s e di nt h e a c t u a lw o r ke n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so ft h et r a n s m i s s i o n l i n ei n s p e c t i o n sa n du s a g eo fr e l a t e dp r o c e d u r e sa n ds o f t w a r e ( s u c ha sc 以m 印i n f o ， c t c ) ，t h ep a p e rd e s c r i b e sd e s i g na n dr e l a t e dt e c h n o l o g i e so ft h ee n t i r es y s t e m o nt h e w h o l e ，a p p l i c a t i o no ft h r e em a i np a r t sa r ec o n c l u d e d ：i ) p d am o b i l et e r m i n a l ；2 ) s e r v e r - s i d e ；3 ) t h ef u n c t i o n a lm o d u l e so ft h ep cc l i e n t a t 也es a m et i m e ，c o n s i d e r i n g t h et r a n s m i s s i o nd a t a 。an e wm 仰f u n c t i o n a l i t yt h a tc o u l dt r a n s p o r tl a r g ef i l e so f d a t aw h e nt h ep d aw a sn o tc o n n e c t e dw i t hs e r v e ra n da r e r 也eo c c u r r e n c eo f u n e x p e c t e de v e n t s ( s u c ha sp o w e ro u t a g e s ，c r a s h e s ，e t c ) ，t h ed a t at h a th a sb e e ns e n t c a nb er e t a i n e d ，a n dw a sd o w n l o a d e du n t i lt h en e x tu p d a t ew a sa d d e d , t h u sg r e a t l y i m p r o v e dd a t ap r o c e s s i n gs p e e da n dw a sm o r ec o n v e n i e n tf o ru s e r s f i n a l l y , d e s i g nm e t h o d so ft h er e l a t e dt e c h n o l o g i e s a n ds o m ea p p l i c a t i o n f u n c t i o no ft h e i n s p e c t i o ns y s t e mw e r e d e s c r i b e d p r o v i d i n g am o r ei n t u i t i v e u n d e r s t a n d i n go fv a r i o u sf u n c t i o na n dt e c h n o l o g i e so f s m a r ti n s p e c t i o ns y s t e mo ft h e n 武汉理工大学硕士学位论文 t r a n s m i s s i o nl i n eb a s e do i lg i sa n dg p s k e y w o r d s ：g i s g p s g p r s ，t r a n s m i s s i o nl i n e ，s m a r ti n s p e c t i o n 遮堡堡王大学硕士学位论文 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 随着国内国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，电力用户对提 高电网的供电可靠性、电能质量、工作效率和优质服务等各方面都提出了更高 的要求。其中，输电线路是现代电网的重要组成部分，一旦输电线路出现问题， 就会影响正常的电力输送，城乡居民的生活也将会因此受到影响。而输电线路 是一个跨越地域非常广的电力设施，要想监控和维护输电线路就需要每天派人 去巡查、检修。其中存在着三个主要影响输电线路是否正常工作的因素，1 ) 输电 线路因素：地域特征( 如跨度大，区域广，所在地域地形错综复杂等) 、气候特征 ( 如寒冷、燥热等) 、线路繁琐；2 ) 巡检人员因素：人员的身体素质、责任心等； 3 ) 巡检任务和技术因素：基础资料繁琐、业务量大、管理比较分散、考察困难、 维护人员文化素质偏低等。因此，针对这三个主要因素，我们有必要提出一个 尽可能保证输电线路的巡检质量的管理和技术方案措施。 当今社会沐浴在高技术的信息化气息之中。国内电力部门可以从先进的计 算机技术与通信技术出发，寻求移动应用平台、地理信息系统、全球定位系统 三者相结合的输电线路巡检监控系统的方式来保证正常的供电需求。地理信息 系统的英文为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 简称g i s ，它能够对三维空间的数 据进行相关处理，包括坐标以及相应的位置，并通过多因素影响对空间实体进 行分析，最终得出地理位置信息，包括地理图形、地图坐标等。g p s ( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ，全球定位系统) ，目前，g p s 系统随着精度的提高，应用也 将越来越广泛。目前应用的领域相当广泛，包括民用与军用，一般在地球上的 任何地方都可以进行精确的定位以及相关的测量，同时还可以进行数据分析， 与被测者同时测定数据信息。g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线 业务) ，g p r s 数据用户可以通过g p r s 模块将数据发送到远端具有因特网口地 址的服务器上，从而实现无线数据传输。在这里，我们可以把g i s 拟作一个神 经网络，其中g p s 是一个神经元，g p r s 是一种递质，三者相互配合将能极大 的加快信息的传递和整合【4 】。 综上所述，g i s ，g p s 与g p r s 的综合运用将为线路巡视的信息自动化指明 的道路，g i s 使巡视更加直观方便，g p s 保障了巡视的准确性与实时性，g p r s 武汉理工大学硕士学位论文 使巡检系统实现了远程实时交互。这三者的兼容将会给输电巡检的管理带来崭 新的飞跃，也就解决了输电线路巡检中管理、巡查、考评等若干难题。 1 2 国内外研究现状 当前，国内外常见的输电线路电力巡检技术主要有：直接标记、信息钮和 条形码、i c 卡巡检等。而在国外的电力输电线路巡检管理中，还包涵有采用视 频监控、综合检修车，甚至直升飞机、机器人等高技术电力线路巡检手段的。 而这样的巡检方式需要很高的成本，实施困难，是目前国内电力系统企业不易 推广的，并且在巡视工作中，人为因素的影响也还是较大的。 1 2 ，1 国内现状 擀当前国内的经济发展模式，应用于电力巡检行业方面的巡检模式主要 是人工与各种信息技术手段相结合的工作方式，即电力行业的巡检是离不开人 为因素的影响( 包括人的巡检和管理) ，其中巡检人员是占重要的位置，单纯的人 为巡检会对电力系统的维护产生很大的影响，通过简单的手工记载，然后回去 入录。但如果引入了各项信息技术，这样既可以减轻巡检人员的工作量，同时 也可以提高巡检系统的工作效率，最终保证了输电线路的正常运行。总体分析， 目前国内普遍采用的半自动巡检模式有一下几种： ( 1 ) 直接标记法。这种方法的工作原理是：预先将被巡检区域的杆塔做上不 同的各种标记，等到巡检人员来后，自己记录下杆塔上的标记，以此来代表自 己巡检是否到位，在到位的情况下，巡检人员还要亲自检查杆塔的工作状态， 并记录下来。实际上，这种方法过于老旧，不仅成本高，而且体现不出工作效 率，有关缺陷信息的采集和回录也会出问题。 ( 2 ) 条形识别法。这种方法的工作原理是：预先在被巡检杆塔上面粘贴上各 种条形码，巡检人员到此地，通过识别器来读取和存储相关信息，并带回集中 于电脑进行管理。这种方法使得巡检任务简单方便，易于推广，但由于条形码 暴露于恶劣的自然环境中，容易受到腐蚀、褪色、缺省等，使得识别器无法正 常的识别和认可，使得信息无法存储。有关缺陷信息的记录仍然由巡检人员自 己完成，同样采集和回录也会出差错。 一( 3 ) 信息采集法。这种方法的工作原理是：预先在被巡检的杆塔上安装上信 2 武汉理工大学硕士学位论文 息按钮，根据杆塔编号的不同，相对应的信息按钮编号也有所不同，到来的巡 检人员只需要将随身携带的识读器与之接触，就可以的到相应的信息( 包括巡检 时间等) ，接着用信息接口将信息送入到电脑里处理。这种方法在管理和操作上 是很方便的，信息按钮占用的空间小、空间密闭、无需供电，工作寿命长，基 本免于维护；识别器体积小、用电少、信息存储量大，便于携带。但信息按钮 安装复杂、功能单一、空间无拓展。有关缺陷信息的记录仍然有巡检人员手工 自己完成。 一 ( 4 ) 射频采集法。这种方法与上面第三种有点类似，只是将信息按钮换成带 有集成芯片的射频卡o c 卡_ ) ，巡检人员无需直接与其相接触，通过无线传输方式 就可以获得相应的信息。但由于是以无线电方式传输，在用电的杆塔下面必定 要受到强烈的电磁干扰，从而引起误差或者错误；反之，巡检人员在与射频卡 交流的时候也会干扰到输电的传输。有关缺陷信息还是有巡检人员手动载入。 国内的地形地貌错综复杂，由此构建的输电线路也会错乱无序，并且随着 经济和人口增长，输电线路还得不断更新变换位置，所以输电巡检的任务是很 艰巨的。每次巡检，工作人员都要驱车前往，到达指定的巡检区域检测其中的 每根杆塔，通过目测杆塔上设备的各种缺陷，最后手动记载下杆塔的各种信息 及自己的到位标号，这样的重复工作是巡检任务中必不可少的，但要想通过以 上这些简单而必要的巡检方式还是不能完全解决问题的。还必须建立一套宝整 的巡检系统，将巡检和管理结合起来同时进行，才能更满足现阶段正常电力传 输的要求。 1 2 2 国外现状 针对输电线路跨地域广、地形复杂的问题，国外除用国内的巡检方式的同 时也采用了更先进的自动化巡检技术。这种技术主要包括直升机巡检与机器人 巡检。 ( 1 ) 直升机巡检。这种方式的工作原理是：直升飞机飞到被巡检区域，一巡检 人员可以用通过各种设备( 包括望眼镜、红外线灯、以及无线发射器等) 观察 架空线路并采集杆塔的数据信息。这种方法可以更清晰的从空中俯视输电架空 线路及杆塔，比如导线脱胶、节头损坏、线夹脱离、局部热点等问题，一览无 余。但这种方式要求驾驶员的技术要求高，飞机起飞的成本也很高，相应的维 护成本也会高，对目前的国内还是不易推广的。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 机器人巡检。这种方式的工作原理是：巡检人员变身成为巡检机器人， 代替巡检人员的工作，机器人身上佩带了摄像头，通过无线电设备与地面及空 间进行数据传输。这种方法可以克服人为缺陷，到达人去不了的地方进行缺陷 检测和设备损伤检测。但这种方式需要的技术含量很高，设备维护困难，成本 也很高，也不易推广。 其实，直升机自动化巡检方式与机器人巡检方式已经在国外实行很多年。 直升机能够克服各式各样的地形地貌，从而降低了巡检人员的工作量。巡检人 员可以通过航测观察不利地形的杆塔设备状况，所以大量减少了巡检工作人员 的旅途之苦，但它索取信息还是不够准确的。而机器人则可以近距离接触杆塔， 检测杆塔设备，从而保证了精确的数据信息传递。 1 2 3 现状综述 总而言之，国内外应用于输电线路上的巡检方式大同小异，只不过是在探 究巡检自动化技术方面，国外超前于国内。但随着国民经济的增长，国内也在 努力发展相应自动化巡检技术。在8 0 年代，国内曾经在河南、湖北两省进行了 直升机巡检试飞，但结合当前经济状况、相关技术要求、气候约束，直升机方 式也受到制约。 现阶段国内主要采用的是半自动化的巡检模式，这种模式从一定程度上解 决了巡检人员和管理人员的难题，如巡检到位问题、信息存储问题、人为因素 问题等。与当年的手动摘录，回来存储的工作方式比较而言，半自动巡检模式 从某方面减少了巡检人员的工作强度，间接地提高了供电部门的工作效率。但 是，这套系统还不能完全满足部门的需要，甚至在某种场合下由于该系统的使 用而产生了更大的劳动强度，其主要体现在管理不直观、设备安装复杂、易出 故障、不便管理等方面的不足。 综上所述，目前的输电线路巡检系统的人为因素影响也尤为突出。对于独 立作业的巡检人员，首先就很难保证其到位率，但又为了交差而去伪造曾去巡 检的假象。即使在到位的前提下，由于信息缺乏，强大的工作量，使得巡检人 员难以保证是否每个杆塔都检测到位，那么，错检、漏检的事就会时常发生， 最终致使巡检质量得不到保证。对于国内外传统的巡检，回来后还需要手动的 输入信息数据，大量的数据使工作人员在录入的时候极容易出错，而且数据也 不好保存，容易丢失，很难查询。同时，管理系统中的数据信息通过大量的文 4 武汉理工大学硕士学位论文 字和表格展现，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。 1 3 论文内容与结构 本文针对输电线路工作中的区域大、面积广、线路长、环境复杂等特点， 并且结合输电线路巡检任务和管理本身，提出了一种智能巡检系统的设想。通 过对巡检系统中用到的智能终端平台( p d a ) 、地理信息系统( g i s ) 、数据通信技术 等各个设备和技术，并与其他巡检方式的相对比，提出一种基于g i s g p s 的智 能终端巡检系统的设计方案。其中，巡视人员可以利用智能终端进行数据的采 集、实时数据转发或回收，同时管理人员可以针对巡视任务通过系统动态直观 的对巡检任务进行管理和监控，从而实现输电线路的智能信息化巡视和管理。 第二章介绍了输电线路智能巡检的相关技术，包括移动应用平台、地理信息 系统、全球定位系统的相关概念，简单阐述了p d a 的相关原理及其相关操作系 统，g p s 在输电线路巡检系统中的应用，其中还包括智能终端与临时服务器之 间的信息交流技术( a p 通用分组无限服务技术，简称g p r s ) 的介绍。 第三章对输电线路智能巡检系统功能作了基础的需求分析，并提出了相应的 整体需求模块。 第四章介绍了输电线路智能巡检系统的总体设计目标，总体架构以及相应的 系统软硬件的配置环境和开发环境，最后分块介绍三大系统的设计方案。 第五章介绍了输电线路智能巡检系统中三大系统功能的开发和实现，具体包 括p c 侧界面系统的开发，服务器终端s o c k e t 的系统开发，智能终端p d a 的系 统开发。 第六章对前面的几大章节进行简要的总结以及对其发展前景的拓展与展望。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章输电线路智能巡检的相关技术 2 1 一移动应用平台 移动应用平台言外之意就是能通过网络，使在户外有信号地方的移动设备 ( 如手机、p d a ) 享有移动网络的系统信息资源，实现无线远程办公的效果。 2 1 1 智能终端 智能终端是指有各种功能的智能设备( 如手机、p d a 等) ，它们的多媒体功 能可以用来实现语音、视频、数据交流等功能。本文研究的输电线路巡检系统 用到的是有着个人助理之称的p d a 。 p d a ( p e r s o n a ld i 西t a la s s i s t a n t ，个人数字助理) ，根据它不同的型号和应用， 有着不同的称呼( 如手持设备、手持电脑、袖珍电脑等) 。实际的应用中，p d a 有两种，分为狭义和广义，狭义的p d a 功能单一、固化，不能新增功能，主要 进行简单的个人信息管理( 如记事、备忘、通讯等) ；广义的p d a 则既包括无键 盘的，也包括有键盘的，其内部容纳了网络、视频、电话、存储、办公等多媒 体功能，它在管理个人信息的同时可以进行数据信息的相关处理( 如电话通讯 录、备忘录、浏览网页、发邮件等) 。由于p d a 的无线性的特点，故在户外作业 的优点也突显的淋漓尽致了。p d a 所使用操作系统主要有p a l mo s 、w i n d o w s c e 5 1 。 p d a 在本巡检任务中起着很重要的作用，无论是在定位方面、数据存储方 面，还是信息交流方面都是不可替代的，整个系统的执行力就体现在其上面。 有了它，巡检人员采集数据更快，更准确，同时管理人员也能及时得到最新的 数据信息，包括巡检人员是否到位等，同样数据的管理也就很方便了。 2 1 2 操作系统 随着手持终端设备的高速发展和移动操作系统的不断完善，非w a p 架构也 越来越多地被采用，面向的客户主要是企业和单位。针对w i n d o w sm o b i l e 的相 关系统开发，它有着比一般程序开发快，并且程序人员应用起来也方便，其语 言符合程序员的使用习惯，因此，目前大部分企业或者单位都越来越广泛的采 用基于w i n d o w sm o b i l e 开发相关的系统软件，在许多成功的应用实例中，这种 6 武汉理工大学硕士学位论文 趋势也越来越受到广大程序员的热捧。 w i n d o w sm o b i l e 是微软开发的一款专门针对那种小型的移动产品( 如手机、 p d a ) 的操作系统。在软件方面，基于m i c r o s o f tw i n d o w sc e 内核嵌入式系统下 的w i n d o w sm o b i l e 操作系统与w i n d o w s 操作系统有着类似的操作界面、方式和 功能。在硬件方面w i n d o w sm o b i l e 有着快速处理数据的c p u 和强大的存储功能， 其中触摸屏、触摸笔及键盘也有了相对的完善。目前的市场应用也相当广泛， 如语音文字通讯交流、企业管理及应用、游戏等。 其中，w i n d o w sm o b i l e 操作系统的三种应用类型：一 1 、p o c k e tp cp h o n e ：俗称“口袋手机一，有手机和电脑的应用功能，操作为 触屏式，其操作系统版本为w i n d o w sm o b i l ep r o f e s s i o n a l 。 2 、s m a r t p h o n e ：俗称“微型手机 ，它主要体现的是手机功能，只不过是在 手机上添加了少量的电脑辅助功能，操作目前主要为键盘式，其操作系统版本 为w i n d o w sm o b i l es t a n d a r d 。 3 、p o c k e tp c ：俗称“口袋电脑 ，它主要体现的是电脑功能，不具有通话 的功能，操作目前主要为触屏式，其操作系统版本为w i n d o w sm o b i l e c l a s s i c a l 。 2 1 3 数据库管理 巡检人员到达杆塔下面后，需要将检查过杆塔的各种信息存储到p d a 里。 因此，数据库的使用是不可少的，用来存储杆塔数据信息( 包括杆塔编号、名称、 点坐标等) 。本巡检中的用到的是嵌入式数据库。 嵌入式数据库的特点就是不动用服务器端的数据库，只需要在被使用的机 器上运行即可。它与程序相互集成，随着程序的调用而开启，随着程序的退出 而停止。它与非嵌入式数据库的运行模式有很大不同( 如不需要网络配置i 环需 要管理等) 。目前，嵌入式数据库主要有s q l i t e 、e m p r e s s 、p r o g r e 、f i r e b i r d 、s q l s e r v e rc o m p a c t3 5 等。 其中，s q ls e r v e rc o m p a c t 8 】是基于本地数据文件的嵌入式数据库，它可以 运行于操作系统w i n d o w sc e 、w i n d o w s 2 0 0 0 ) ( p 厂v i s t a 、w i n d o w sm o b i l e 上。它 不仅拥有完整的数据库语法( 包含子查询、内外联接等) ，而且内置数据同步技术 的支持。它不同于s q ls e r v e r 和s q l s e r v e re x p r e s s ，无需建立单独的服务进程 联接。其数据库引擎精简，优化器强大，它支持远程数据的访问且同步数据， 支持s q l 语法的子集，支持a d o n e t 和o l e d b 访问接口，也支持n e t 7 武汉理工大学硕士学位论文 c o m p a c tf r a m e w o r k 数据访问接口。它与n e t 也相结合，提供了许多开发工具， 但其有着占用空间大，运行效率低的特点。 2 1 4 网络的应用 由于3 g 网络还没广泛的应用，移动应用平台的网络应用一般都以g p r s 接 入。g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线服务技术) ，它是以g s m 网络为基础而拓展的无线数据业务空间，成为了一种新型的无线传输业务。它 被描述为“2 5 g 移动通讯技术，介于第二代( 2 g ) 和第三代( 3 g ) 之间【6 1 。目前， g s m 主要解决的是基于终端安装业务、i n t e m e t 接入、专线接入、专网接入、 g p r s 短消息等多种业务。 其工作原理是：g p r s 占用的是g s m 从未涉及的网络通神d m a ，这通 信过道的传输速度介于2 g 与3 g 之间。为了使多用户共同享有某些固定不动的 信息资源，g p r s 采用了分组交换技术，即将t d m a 中的8 个时隙都用来传递 数据。其中，g s m 接口既可以被语音占用，同时也可以让g p r s 享有其数据业 务，一般在条件容许的情况下，可以设置些固定的g p r s 专用通道。由于g p r s 的实时性，即永远处于在线状态，即使用户在通话的过程中也可以自由进出独 立的通道，将各种新闻、比赛、路况信息传递给用户，两者都互不干扰。过后， 用户将按照其实际传递的数据流量付给公司费用。 g p r s 应用上的特点如下： 百时高速性：一般的速度为g i s 的l o 倍，传递数据量大的文件( 如音频和视频) 过程中也很稳定； ( 2 ) 高效性：分组交换模式的应用使得多个用户可以高效的共享同一通道的 信息资源。 ( 3 ) 实务性：按照您的流量计费，不是上网时间。只要您上网不用流量就不 需要付费。 ( 4 ) 实时性：没必要建立呼叫连接，网络时刻与您保持联系； 2 2 地理信息系统 地理信息系统( g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称g i s ) ，g i s 工作的 前提是需要一台相关的计算机系统，包括有相应的应用软硬件。此系统的功能 8 武汉理工大学硕士学位论文 就是用来对空间数据进行相关的显示、分析、采集、建模、最终来管理，以便 解决复杂的规划和管理问题。 2 2 1 地理信息系统的基本原理 g i s 的基础是地理空间数据库，这个数据库包涵了地球表面和空间的地理分 布信息的数据，通过计算机的配合，g i s 可以进行对地球表面以及空间进行相关 数据的分析( 包括显示、漫游、操作、采集、分析、管理、模拟等) 。并且同时提 供空间的动态信息，最终形成了统一的空间g i s 的研究系统。简而言之，g i s 综合计算机科学、软件工程、经济管理学、系统工程学等学科，并在计算机的 支持下，具备了地理图形分析和实时空间定位的基础，形成了一套完整眄直 观的空间型数据管理系统。 我们生活在这个三维的物质世界里，人们的生活起居、工作学习、吃喝娱 乐都离不开地理信息的陪伴。而g i s 提供了直观的地理信息系统，为我们的生 活的水平提升了一个档次。随着科学技术的发展及信息技术的改革，使得g i s 的地位也越来越重要。目前g i s 以运用于广泛的领域，如与g p s 的配合，使得 当前的信息时代得到了更深远的影响。 从不同的角度，我们可以看出，g i s 有着不同用途。从基本的功能上看， g i s 有着获取空间数据的能力，并能进行简单的数据处理，包括图片的显示、编 辑和分析。从各种学科角度来看，g i s 又是一种将计算机学、测绘学、地理学相 结合应用的独立学科。再从应用技术层上看，g i s 是用来解决空间问题的关键技 术，因为它有着一套完整的系统结构和比较完善的应用图层功能。 2 2 2 地理信息系统的应用 g i s 经过多年的发展，其思想模式也日趋成熟。目前，g i s 已被成功的应用 于国家区域和开发项目中的广泛领域，其服务系统也渐渐的深入到了我们每个 人的生活之中( 如资源环境管理、交通管理、城市规划建设和管理、灾害监测及 管理等) 。同时，g i s 的应用模式也从单一的平台共享向多服务的共享平台转变； 从单机的应用平台向网络服务转变；从主动向被动转变等，这些转变为g i s 的 应用空间得到了更广大的提升。其应用如下表2 2 2 所示： 9 武汉理工大学硕士学位论文 表2 2 2g i s 应用表 资源环境管理交通管理城市规划管理灾害监测管理 通过g i s 来清查资通过g i s 来进行路通过g i s 来对城市通过g i s 来调查灾 源信息、空间分线设计、车辆流量进行整体规划，包情，同时制定治理 析、数据统计、新分析、路段分段管括总体的、详尽措施。如果应用及 建模型等，为各个理、路线选择和查的。对这整个城市时还可以达到预 国家部门提供决询等，为交通部门 进行数字化管理，测灾情的效果，同 策和帮助。通过方面，也大大最终提供了一个时，还可以发布灾 提高了部门的管满足市容市貌的情信息，预估灾后 理效率和速度。 规划措施。情况，实现灾后重 建。 2 3 全球定位系统 - o p s ( g l o 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：导航卫 星、信息接收站和用户手持移动部分。这三个部分相互配合，达到较为精确定 位的目的【7 】。整个系统以卫星为中心，用户手持g p s 可以通过无线电信号来地 位自己的位置，并进行实时导航。此系统的特点就是可以实时的、全天候、连 续不断的进行数据分析，最终给定位者一个满意的定位信息。 2 3 1 全球定位系统的工作原理 一一g p s 历时近4 0 多年的发展，目前也日趋成熟，成为了新一代的导航及定位 系统。它主要由空间部分，地面监控部分和用户接收机3 大部分组成，具有海、 陆、空三维实时导航和定位功能。 g p s 的空间组成：g p s 使用了总共2 8 颗卫星( 其中4 颗是备用卫星) ，采用 2 1 + 3 的模式，分布在地球的6 个轨道面( 每个轨道面4 颗) 。这样的分布，无论在 地球的任何地方都能保证至少3 颗有效的卫星能被地面接收器接收到。这就保 持工良好的定位几何图形的精度，同时在时间上也是连续实时的 g p s 的定位：g p s 能为定位者提供较为精确的定位信息，包括三维位置， 三维速度和精确的时间信息。g p s 能计算出定位者所在空间的经纬度以及海拔 高度，精度一般为1 0 米左右同时，g p s 上还携带了指定方位的指南针，让你 1 0 在荒野中不至于迷失自己的正确方向。如果用户能在户外，可以收到来自定位 卫星的导航信息，你即使没有携带手表也能及时的知道现在的地域时间，同时 在手持设备上能清楚的显示你自己目前的位置及坐标信息。 g p s 的导航：g p s 同样拥有强大的导航功能，你可以预设你的目的地，将 你要到达的目的地设置在手持设备的地图中，此时，g p s 能够自动确定你目前 的位置与目的地之间的距离。同时，g p s 能给出起点与终点之间的最短距离或 者最简易距离，此距离可以通过明显的亮线显示在手持设备中，你要做的就是 跟踪着这条亮线，最终可以到达自己的目的地。这样做的好处就是即使出错了， 也不会迷失自己的方位，仍然可以按原路返回。 g p s 的授时：g p s 同样能给出用户最准确的当地时间，同样也可以查询不 同地域的区时。 2 3 2 全球定位系统的应用 g p s 有着灵活方便、价格低廉、全天候高精度覆盖全球的特点，其应用也 越来越广泛，比如汽车、轮船、飞机、建筑、农业、移动制导等领域，g p s 给 这些领域带来了革命性的飞跃，其应用如下表2 3 2 所示： 表2 3 2g p s 应用表 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、通讯等网各种等级的大地测量和控 络的时间同步制测量 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 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，大坝和大型 交通管理建筑物变形监测 汽车中的应用g i s 应用 紧急救生工程机械中( 轮胎吊，推土 机) 控制 个人旅游及野外探险精制农业 武汉理工大学硕士学位论文 截国，随着g p s 软硬件的不断完善，应用领域也已从少数科研单位或军 用部门发展到了民用领域。g p s 的使用有着广阔的市场，它不仅提高了工效， 带来了巨额的经济，而且因此还会改变人们的生活或工作的方式。目前，几乎 所有的智能手机上都嵌入了g p s 系统，为人们出行带了方便。从这一点出发， 智能电网的应用也就可以运用其特点。 同样，g p s 的应用也会给国内的电力系统带来前所未有的发展。相比以前 的一些非直观的巡检模式，g p s 可以提供直观、实时的数据信息。而且它携带 方便、操作也简单、测量的精度也是很高的，在这样的前提下，巡检人员可以 方便的携带一个携带g p s 微小的手持设备，在全天候的工作条件下，可以达到 信息及时存储和传递的作用。因此，g p s 配合地理信息系统的过程中可以发挥 至关重要的作用，为国内的电力系统的管理、巡检以及维修提供了先进的技术 支持。 2 4 本章小结 本章介绍了巡检系统必要的几大应用系统平台，他们是相互依存，密不可 分。移动应用平台( p d a ) 里面带有嵌入式g i s 系统和g p s 系统，g i s 系统为巡 检人员提供视野区域，为寻找目标提供方便；g p s 系统为巡检人员的巡检杆塔 的具体位置提供依据，接着通过无线网络将信息发给管理人员，完成数据的存 储和传递。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章输电线路智能巡检的需求分析 输电线路及设备地理分布广，巡检工作量大，工作时间长，而巡视员一般 独立作业，无法进行到位监督，巡检过程中缺乏线路设备信息提示，容易出现 漏检、错检，留下安全隐患，从而引发事故。而且巡视任务、缺陷及巡视标准 等数据量大，统计复杂，不便手工处理和查询。鉴于巡检工作的特殊性，有必 要开发基于g i s 的输电线路智能巡检系统，及时准确的进行巡检任务，发现缺 陷，能尽量的消除潜藏在输电线路中的安全隐患。因此，我们建立系统的目的 就是为了最大程度的减少杆塔的漏检和错减，实现输电系统巡检的实时性和高 效性，最终确保线路的高效有利的长期正常运行，使得国内的输电线路慢慢的 走上标准的国际化轨道由此启发，最终要建立一套能保证运行这一系统的基本 平台是很必要的。 3 1gis 信息图层分层管理 由于巡检系统包涵的设施设备数据量信息很大，有必要将其信息进行分层 管理，便于提高管理端的电子地图的加载速度，方便巡检人员的信息反馈和管 理人员的巡检信息审核。 一 g i s 信息图层包括地理图层和电气设备图层。电气设备图层分为输电和配 电。其中地理图层是指要求被巡检地区的地理信息( 主要包括县市、街道、磅子、 河流、湖泊、公路、各设施备注名称、乡镇名称等) ，通过各种制图软件( a u t oc a d 、 m a p l n f o 等) 将其格式相互转换，并且根据地理属性将其划分为单一图层，依据 这些地理图层信息在现实中的地理位置分布，将其在相应的电子地图上得以标 注，同时键入它们的属性，对其进行分层管理。如图3 l l 所示的九江牯岭镇边 区地图。 武汉理工大学硕士学位论文 图3 1 l 牯岭镇g i s 图层分层显示 砜线路电器设备图层( 主要包括杆塔、输电电线) ，通过p c 端开发的软件 程序，将其导入到在对应的地理图层中去，其数据信息( 包含设备名称、序号、 相应的g p s 坐标等) 保存在s q l 数据库中。随着地图的缩放，电子地图上可以 由大n d , ，对各层次的可视化信息，用不同的图层显示，同时可以关闭一些不 需要的图层，依次显示出所需要的图层来。如图输电杆塔图层3 1 2 所示 图3 1 2 输电线路杆塔的图层 g i s 信息图层的需求基本功能包括：可视化显示和属性信息查询，并且能实 现各功能模块的操作。这些基本功能可以通过m a pi n f o 平台来实现，其中主要 分为以下几类： 、 ( i ) 巡检区域地图的显示、漫游、放大和缩小、距离测算等； 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 可以进行图层的分层、增减、修改、排序等； ( 3 ) 被巡检对象的移动及其标识的改变，空间地理信息的修改等； ( 4 ) 被巡检对象结构的改变，数据库表结构的增减、修改，以及属性的查询、 修改等； 3 2 智能巡检管理 智能巡检系统主要是由管理端( p c ) 与执行端( p d a ) 相互配合才能完成的，公 司的巡检人员进入到巡检区域后，需要上报该巡检区域的实时巡检情况。系统 根据巡检实时资料可在地图上以不同标志标示该巡检区域，并手工标记为巡检 带。巡检人员在巡检过程中，系统可以根据巡检人员的p d a 查看当前所有在线 巡检人员的地理位置，经过查看p c 端的缺陷管理系统可以选择查询巡检人员巡 检情况。同时，巡检人员使用手机终端可跟管理端进行简单的交流，并根据巡 榆现场情况实时更新巡检信息。如图输电线路巡检系统的界面3 2 l 所示 圈回区 缺陷管理数据维护线路巡视 内外网数据交换 地图她) 查询切换子系统 文件屯) 一- 一一 聊& & ；罨丽& 争。誓匝 时间拳型：鬯麴塑：二习巡姒：蓬夏：二二 时间选择：昏五堕固至臣垂曼王塑固 回 显示任务名称 l 亡l i 簪塾簪霉t ? 事霉扭? 口 浔市线毒卜# 2 5 巡视 口 ，沿中i 线# 1 - # 2 7 避视 口j 删除早期数据 口f 浔市线孝l 一2 0 掌巡视 口；妙市线# i - # 2 7 巡视