67基于电缆网运行监控平台的PDA智能巡检系统.docx
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67基于电缆网运行监控平台的PDA智能巡检系统
基于电缆网运行监控平台的PDA智能
巡检系统的开发及应用
刘皓1 王立1 薛强1 李华春1 陈平1 周作春2 张文新2
（1.北京市电力公司电缆公司，北京100027；2.北京市电力公司，北京100031）
摘 要 本文介绍了电缆运行巡视的现状模式并分析该模式存在的主要问题；介绍了新开发的电缆智能巡检系统的构成原理、主要功能以及在实际运行巡视工作中的应用；新的电缆智能巡检系统通过电缆网运行监控中心将电子地图与PDA、GPS、GPRS等集成为一个系统，解决了传统电缆巡视方式中存在的诸多问题,提高了电缆巡视工作的质量和效率，实现了运行巡视作业的数字化、规范化、标准化。
关键词 电缆网运行监控平台 PDA 巡检 全球定位系统（GPS） 通用分组无线业务（GPRS）
0 引言
近年来，随着城市化进程的不断推进，北京地区高压电缆及电力隧道增长迅速。
截止到2008年6月，北京地区共有220千伏电缆线路64路164.1公里，110千伏电缆线路565路647.4公里，电力隧道495公里，图1为110kV及以上电缆增长柱状图和电力隧道发展柱状图。
虽然电缆线路和电力隧道数量的不断增加，但运行维护人员却逐步减少，电缆网运行维护的压力越来越大。
如何提高电缆线路和电力隧道的巡视的工作效率，实现对电缆隧道和电缆线路的有效管控，是我们目前亟待解决的主要问题。
图1 北京地区110kV及以上电缆增长柱状图和电力隧道发展柱状图
200年，北京市电力公司开发成功北京电缆网运行监控中心并成功投运，实现了对电缆线路和电力隧道的数字化和集中管理，运行管理水平大大提高。
但如何将数字化管理延伸到现场运行巡视人员，如何及时掌握现场信息，如何将现场获得的设备运行数据及时进行分析并录入设备档案，这些问题是我们结合运行监控中心功能延伸而引发的思考。
基于这些考虑，我们开发了PDA智能巡检系统，通过将PDA智能终端与电缆运行巡视结合在一起，可以说是将原有的信息系统延伸到了工作现场，实现了在任何时候、任何地点都可以获得工作所需要信息的目的，解决了现场工作人员对大量数据的查询需要。
PDA巡检终端配置了GPS（全球卫星定位系统），可以用卫星定位的手段记录运行人员巡视的路线，加强了具体工作人员的责任心；系统的业务操作采取规程方式，真正实现业务的标准化与信息化；系统提供的业务管理功能，能把现场工作人员的工作和公司内部的生产管理系统整合在一起，实施本系统能真正提高工作效率、提高工作准确性。
1 北京地区电缆运行巡视工作现状
目前，北京电力电缆公司共有运行班组3个，按照地理位置划分分别管辖不同地区电缆线路和电力隧道等设备。
按照北京地区现行运行规程规定：
北京地区电缆线路和隧道至少每30个工作日进行一次地面沿线巡视，每3个月至少进行一次隧道内（含接头井）全线巡视。
变电站（含电缆夹层）、电缆终端站、终端塔的电缆设备至少每30个工作日巡视一次；遇到大负荷、政治保电等特殊情况时，还要对设备薄弱环节和重点位置进行特巡。
目前北京地区电缆运行巡视工作基本流程如图2所示：
图2 运行人员巡视现状流程
传统电缆线路及设备巡检普遍采用的是人工巡视、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；再有，填写缺陷日志仍旧由巡视人员现场手工完成，费时、费力且缺陷日志填写内容不规范，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效率的进一步提高，而且资料数据很难及时收集上来进行分析，一般也不把这些珍贵的历史资料记录入设备档案，对开展设备状态评估分析工作非常不利。
针对目前的电缆运行巡视管理模式，有以下几个方面需要进一步完善：
1）运行巡视计划不够规范
目前，电缆运行巡视计划制定较为粗略，没有统一规范，巡视计划中并未具体到运行巡视电缆线路及隧道设备信息，运行专责人按照制定的计划各自安排工作，巡视执行情况及设备巡检情况没有准确记录；
2）巡视记录标准化有待加强
由于巡视项目内容繁杂，且运行人员各自知识经验积累程度不同，所以填写内容或简单或复杂，或抓得住重点，或抓不到实质；同时，运行人员将每天的巡视情况记录到工作日志中，但是由于记录差异，导致在进行巡视情况汇总以及缺陷分类统计时难度极大；
3）设备台帐查询便捷性和实时性有待提高
目前，如果运行人员在巡视过程中想查看设备台帐，只能翻阅设备台帐图册，便捷性不高，且实时性很差，经常出现无法查询到最新投运设备台帐的情况，给运行巡视工作带来极大不便；
4）数据处理便捷性需要进一步提高
目前，运行人员对每次巡检的大量数据进行收集，处理，分析，工作量大，由于资料量大，遗失严重。
5）事故处理及时性需要进一步提高
目前，当设备出现报警信息时，值班人员通常只是将报警设备的大概位置通知给运行专责人，而运行人员也只能到现场进行进一步的事故点查询工作，大大降低了事故处理的及时性；
针对以上几点问题，急需采用高科技手段提高运行巡视效率，提高运行巡视质量，实现电缆运行巡检管理的数字化、规范化和标准化，最大限度减少漏检、错检，确保电缆线路和设备长期高效稳定运行。
为此，我们采用了先进的PDA手持设备、GPS卫星定位技术以及GPRS无线通讯智能化技术来实现电缆运行巡视的智能化管理。
2 PDA智能巡检系统结构及工作原理
PDA智能巡检系统包括三层结构：
GPS卫星实时定位层、数据无线传输层和电缆网运行监控中心数据处理层，如图3所示。
GPS卫星实时定位层是指手持PDA自带的GPS配件与卫星进行数据传输的过程；数据无线传输层是指PDA巡检终端通过GPRS功能与公司内网进行数据交互的过程；电缆网运行监控中心数据处理层是指中心在与PDA巡检终端进行数据交互时，在GIS服务器、MIS服务器等生产管理相关服务器以及智能巡检系统终端之间所进行的数据处理过程。
图3 PDA工作原理图
PDA智能巡检系统核心设备主要包括手持PDA巡检终端、虚拟网关、通讯服务器；
3.1 PDA巡检终端
PDA巡检终端由手持PDA设备、GPS定位配件、GPRS通讯配件构成巡视终端。
运行人员通过PDA采集巡视设备缺陷数据以及相应的其它记录数据，同时PDA具备实时定位功能。
本系统采用多普达公司P860系列产品，该巡检终端采用QualcommMSM7205处理器，主频400MHz，操作系统为WindowsMobile6Professional，数据传输接口有USB、蓝牙等。
同时该终端集成了GPS天线，符合NMEA0183标准协议，具备拍照、录音、地图导航等功能，满足了本系统对巡检终端的要求。
3.2 虚拟网关
虚拟网关是用于PDA巡视终端连接公司内部网络的网络服务器。
由于虚拟网关具备IP地址及端口映射功能，我们通过在虚拟网关中建立一条允许从某一外网IP地址访问本地IP地址的相关端口的放行规则，并采取边界防护措施，将PDA巡视终端便可接入到公司内部网络。
3.3 通讯服务器
通讯服务器用于电缆网运行监控中心与现场运行人员的远程数据交互。
要具备数据交互功能，需要在通讯服务器中搭建WEB服务，通过WindowsIIS服务向外界发布，并于公司内网GIS等其它服务器进行数据交换。
4
电缆PDA智能巡检系统的开发和应用
4.1 电缆PDA智能巡检系统功能规范
电缆PDA智能巡检系统主要包括以下功能：
1）基本功能：
a）PDA中的数据应设置保密功能，只能和安装相应软件的电脑终端进行数据互传；
b）开机后自动启动GPS程序；
c）PDA程序同步自动更新。
2）设备台帐查询：
可以查看电缆线路及附属设备，隧道、井、通风亭的台帐数据；
专责人可以查看其所辖范围内的所有设备台帐；
支持汉字与设备编码两种方式对设备进行查询，并且均支持模糊查询；
3）电子地图：
a）在地图上显示指定的隧道、井、通风亭、电缆线路等电缆设施；
b）对目标点位（检查井、隧道段等）的查询，提供查询界面，查目标点设备或其他信息，并可以其为中心点在地图上显示；
c）提供图层管理，分层显示地图信息（包括电力设备图层）；
d）系统自动启动从用户当前位置到被选中设备（电缆、隧道、检查井等）的导航；
e）导航具备语音提示功能。
4）巡视管理：
巡视计划本地有线方式或远程无线方式同步更新；
到位执行及巡视记录填写，记录巡视人员已经巡视过的设备以及已经完成的任务；
缺陷内容记录，消缺验收或驳回；
4.2 电缆PDA智能巡检系统组成及功能模块
电缆智能巡视系统包括三大部分：
PDA巡视终端系统、客户端系统（智能巡检系统终端）和权限管理系统；
4.2.1 PDA智能巡检终端系统
PDA智能巡检终端系统为C/S体系架构形式，基于微软.NET平台，使用VisualStudio2005进行开发。
终端系统之所以采用C/S体系架构形式，主要因为：
a）C/S体系架构形式下，可将基础数据，譬如设备信息、人员信息、缺陷信息等事先存放在手持设备存储器中，这样就可避免重复下载导致系统运营费用增加的问题；
b）C/S体系架构模式对网络的依赖性较小，如果网络信号不好，运行人员可将数据保存在智能巡检终端中，到网络信号较好的地方再发送回来，也可以直接将数据带回到公司，通过USB接口直接同步到数据库服务器；
c）B/S模式必须要有可靠的网络支持，否则手持设备将无法下载巡视任务，巡检工作将无法开展；
d）B/S模式下的网页界面也存在着显示不方便、操作不友善等缺点。
将智能巡检终端系统安装在手持PDA中，用于执行缺陷维护、巡视到位、地图查询、数据查询、PDA数据上传、PDA接收计划、台帐、缺陷和图形数据等操作；
4.2.2客户端系统
客户端系统（智能巡检系统终端）是基于B\S架构的生产MIS管理系统中的模块之一，用于执行缺陷管理、巡视管理、PDA数据同步等操作；
4.2.3权限管理系统
权限管理系统也是基于B\S架构的生产MIS管理系统中的模块之一，用于对PDA智能巡检系统使用人员进行管理和授权等操作，只有经过授权的用户才能正常访问电缆智能巡视系统；
电缆智能巡检系统功能模块如图4所示：
图4 电缆智能巡视系统功能模块
4.3 电缆智能巡检系统开发环境
4.3.1硬件网络环境
电缆智能巡检系统通讯服务器为处理器主频在1GHz以上、内存2GB以上、硬盘可用空间40GB或以上配置；应用及数据库服务器为处理器主频1.5GHz或以上、内存2GB以上、硬盘可用空间80GB或以上配置；
4.3.2软件环境
电缆智能巡检系统服务器操作系统为Windows2003，数据库为MSSQLServer2000；客户端操作系统为Windows2000及以上，浏览器为IE6.0及以上，并且安装有MicrosoftActiveSync（用于客户端与PDA的通讯）；
4.4 PDA在电缆运行巡视工作中的应用
4.4.1 设备台帐查询
为了使运行人员在巡视过程中及时掌握设备台帐情况，PDA智能巡检系统包括电缆线路（线路、电缆段、终端、接头、互联箱、接地箱、避雷器、刀闸）及附属设备（隧道、井、通风亭）的台帐数据，运行人员可以通过PDA查询所辖范围内的所有设备台帐信息；设备台帐查询支持设备名称和设备编码两种查询方式，并且支持模糊查询功能，最大程度上减少运行人员现场操作步骤，进而提高工作效率；
4.4.2电缆网运行监控系统与PDA的功能整合
1）电子地图
为了使运行巡视工作更加高效，我们将GIS系统的部分功能集成到PDA智能巡检系统中，即将电力隧道、检查井、通风亭和电缆线路等设施的图形信息加载到PDA终端中，实现地图的放大、缩小、移动、显示隧道、检查井、电缆线路标注等基本的地理信息功能；
2）自动导航
当运行人员想到达某个设备时，PDA巡视终端可以启动到目标设备的自动导航。
PDA端的导航功能可以导航PDA使用者从当前位置到达用户指定的设备；目标设备在导航功能启动前由运行人员从设备列表中选择指定，导航功能启动后，系统自动计算并形成PDA当前位置到指定设备间的导航路径；在移动过程中，导航功能根据PDA的具体移动轨迹实时计算导航路径，如果使用者偏离导航路径，则导航功能重新计算最佳路径，这样以来便大大节省现场查找所花费的时间，提高了运行巡视工作效率；
3）协助事故抢修
当出现事故时，能否在最短的时间内了解到事故现场情况尤为重要。
为此，我们将PDA与监控系统进行结合，即当电缆网运行监控系统报警时，系统可以自动搜索距离事故点最近的运行人员，确保在最短时间内掌握事故情况，为事故抢修争取宝贵时间，如图5所示；
图5PDA在事故抢修过程中的应用
4）抢修车辆和运行人员运行轨迹查询
在运行人员巡视和事故抢修过程中，监控中心还可以实时掌握运行人员及抢修车辆的运行轨迹，为事故抢修调度提供依据，如图6所示：
图6 运行人员巡视轨迹
4.4.4巡视管理
1）接收巡视任务
巡视任务是电缆运行人员在进行运行巡视工作之前，通过USB数据线（有线方式）或GPRS无线方式从生产管理平台中下载得到的巡视任务数据，如图7所示；运行人员到达工作现场后，要完成巡视任务中制定的所有设备的巡视工作；
图7 有线方式进行任务接收（上传）
根据电缆运行巡视规定，我们将电缆运行巡检工作类型分为三大类：
直埋电缆及隧道地面巡视、隧道内部巡视和变电站、终端站、塔杆巡视；此外，我们还在系统中设置了验收投运工作、配合工作和其它工作。
2）填写设备运行情况
填写设备运行情况为运行人员到达工作现场后，将巡视情况进行记录的过程。
运行人员可以通过PDA巡视终端方便的查找到待检查设备，避免漏检的情况；另外，为了使运行巡视记录标准化程度更高，记录更加便捷，我们对巡视内容和缺陷种类进行了标准化定义，如表1所示，运行人员只需用操作笔进行“选择”操作，便可以完成巡视结果的记录对于数值型的项目，如温度和电流值等，可以直接录入数字；为了使设备缺陷情况记录更加直观，运行人员可以将设备缺陷图片以及对于缺陷的语音描述保存在PDA巡视终端中；
表1 PDA标准字段示例表（部分）
序号
缺陷部位
缺陷分类
1
电缆段
外护套
破损
被支架硌伤
浸水
发热
2
电缆终端
架空引下线
异物搭挂
瓷瓶
裂纹
法兰
渗油
尾管
漏油
发热
油压系统
信号报警
信号失灵
压力表损坏
油管渗油
油管漏油
压力箱损坏
压力箱锈蚀
压力箱渗油
压力箱漏油
3）上传巡视记录
上传巡视记录为运行人员完成巡视工作后，通过数据线将巡视记录（巡视任务完成情况、缺陷情况等）上传到MIS生产管理服务器中的过程。
在巡视记录上传完毕后，便转入生产管理流程。
4.4.5巡视业务管理
1）运行班班长定期制定巡线计划，为不同运行人员制定相应的巡线计划，并生成对应的设备数据，巡视计划如图9所示：
图9 电缆运行巡视计划
2）数据下载
a）运行人员通过自己的用户名和密码登陆到运行巡视管理系统中，便可将自己的巡线计划及与此计划相关的线路、隧道以及缺陷情况等数据下载到PDA上；
b）将选定线路所在区域的地图进行切割并下载到PDA中；
3）数据上传
a）将PDA上的运行巡视数据上传到生产管理服务器中，包括巡视完成情况、缺陷情况以及其它工作等；
b）上传数据包括到位记录、缺陷记录、缺陷图片以及录音等文件；
c）当数据上传到生产管理服务器中后，便进入缺陷管理环节。
4.5PDA在奥运保电工作过程中的应用
4.5.1 奥运保障分区管理
为了确保保障工作的高效有序，我们成立多个现场保障小组，通过将GIS地图进行分区编号，并且将每个保障小组的地图信息和设备信息下载到相应PDA中，保障人员就能使用PDA查询所负责范围内的所有设备信息；另外，通过在监控系统中输入分区编号后，便可查询该现场保障组所管辖具体区域范围，提高奥运保障效率，如图10所示：
图10 现场保障组所管辖具体区域范围查询图
当运行保障组的巡视范围超出设定范围后，电缆网运行监控系统会发出提示信息，指挥部便可及时告知现场保障组。
4.5.2 奥运保障运行管理
图11 PDA在奥运保障中的应用结构图
在2008年北京奥运供电保障期间，电缆网运行监控中心作为北京电力电缆公司奥运供电保障指挥部向各现场保障团队及巡视小组下达巡视任务，实现保障现场与指挥部的无缝沟通；将巡视计划、巡视设备台帐、设备在地图上的位置都保存在PDA中，实现保障人员手持PDA巡视自动化；工作完成后同步将巡视记录、缺陷记录传送到电缆网运行监控中心。
电缆网运行监控中心实时记录保障小组巡视人员巡视轨迹及所在位置，对巡视工作执行情况进行检查，在紧急情况下，还能实现对抢修人员及车辆的就近调配指挥。
通过电缆网运行监控系统及PDA智能巡检系统功能的整合应用，大大提高了电缆网奥运供电保障的质量和效率。
5 小结
通过将PDA智能巡检系统引入到电缆运行工作当中，我们实现了以下目标：
1）电缆设备台帐信息全，方便运行人员及时查阅；
2）巡视记录语言标准化，有利于设备运行情况的综合统计分析；
3）对数据进行集中统一管理，大大提高了数据处理的便捷性，同时确保数据安全性；
4）智能化的巡视方法避免了传统巡视方法中漏检情况的出现，实现从缺陷发现到缺陷处理及消缺的全过程高效监管，确保设备安全稳定运行；
5）通过将PDA与电缆网运行监控系统和GIS系统结合在一起，实现了运行人员巡视定位和运行轨迹查询，同时为提高事故抢修及时性提供有力保障。
基于电缆网运行监控平台的PDA智能巡检系统为电缆运行巡视管理导入了一个全新概念，改变运行管理模式，有效满足了电缆线路巡检工作快速、高效、及时、准确的要求，实现了运行巡视工作数字化、标准化和智能化，将电缆运行巡视管理水平提高到了一个新的层次。
参考文献
[1] 吕捷.GPRS技术[M].北京：
北京邮电大学出版社，2001：
95-97.
[2] 徐绍锉，张华海，张志强，等.GPS测量原理及应用[M].第三版.武汉：
武汉大学出版社，2003：
10-15.
[3] 复曦，齐宇，徐俊.WindowsMobile手机应用开发[M].北京：
人民邮电出版社，2005：
2-15.
[4] 李星蓉，戚宇林，罗广孝,等.GPS车辆定位监控系统的应用[J].电力系统通信，2003（6）31-34.
[5] GB/T11457.软件工程术语[S].1995.
[6] 北京市电力公司.北京电力公司信息系统网络端口技术规范[Z].2005
[7] 北京市电力公司.北京电力公司信息资源平台的管理规定（修订版）[Z].
[8] 中华人民共和国电力工业部.电力电缆运行规程.[S].2002.
作者简介
刘皓（1983-），男，工学学士，助理工程师，毕业于北京工业大学电子信息工程系，从事高压电缆状态监测技术工作。
联系电话：
（010）64620093；E-mail：
13315@
王立（1979-），男，硕士，工程师，北京市电力公司电缆公司自动化室主任，从事高压电缆状态监测技术管理工作。
联系电话：
（010）63677837；E-mail：
wanglisjtu@
薛强（1977-），男，工学学士，工程师，北京市电力公司电缆公司生产技术处处长，从事高压电缆生产技术、运行监测技术管理工作。
李华春（1971-），男，工学硕士，高级工程师，北京市电力公司电缆公司副经理，主管高压电缆生产技术、运行维护、状态监测工作。
联系电话：
（010）63677771；E-mail：
lhc92@
周作春（1973-），男，高级工程师,北京市电力公司生产技术部电缆主管，主要从事高压电缆生产技术管理工作。
联系电话：
（010）63121767，E-mail：
zhouzuochun@
张文新（1966-）男，高级工程师,北京市电力公司电缆专业首席工程师，主要从事电缆技术工作。
联系电话：
（010）63678137；E-mail：
zwx@
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