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【摘要】针对传统线路巡检配备的产品安装复杂，长期暴露在野外，容易遭到损坏，不便于有效的管理等问题，文章设计了GNSS线路巡检与故障诊断系统。介绍了该系统的特点、设计原则，详细说明了系统软件和嵌入式软件的功能，最后提出开发和利用移动用户端设备也具有广阔的发展前景。
【关键词】GNSS；电力；巡检；系统
1.引言
线路巡检管理是有效保证输配（变）电线路及其设备安全的一项基础工作。通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设备缺陷和危机线路安全的隐患，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，保证输配（变）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。
传统线路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呼声越来越高。为此，利用信息钮、信息螺栓和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，使即时、定性、定量、客观地考核巡检人员的工作成为可能。然而，上述产品安装复杂，而且长期暴露在野外，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效率的进一步提高。针对上述问题，我们设计了GNSS线路巡检与故障诊断系统，保证了线路和设备的正常可靠运行。
2.系统特点
（1）线路资料信息齐全，操作简单，使用方便。
（2）可实现米级或亚米级定位，精度高，可真正有效地解决人工寻仙的到位问题。
（3）采用开放式操作系统设计，可与其他系统共享信息资源。
（4）通过用户及操作权限的管理，确保系统的数据安全。
（5）实时采集巡线到位信息，检查巡线到位情况。
（6）对线路和杆塔进行规范化的集中管理。
（7）使用方便，不需要额外的安装和维护费用。
（8）内置导航电子地图或卫星遥感影像图以及电力线专题图，直观反映线路的状况，修改、维护非常方便。
（9）良好的扩展升级功能，保持良好的系统兼容性和扩容性。
（10）实现电子化、信息化、智能化线路巡检，实现数字化管理。
3.系统设计原则
先进性：系统基于先进的硬件架构和软件平台，创造性地集成了当今全球卫星导航定位系统、遥感，地理信息系统，计算机，网络通信和嵌入式技术，最大限度地保证了系统的整体先进性。
可靠性：系统硬件采用IP67和IP45的三防工业级设计，符合认证标准，满足野外恶劣工作环境下长时间稳定可靠运行的要求；在系统软件设计中充分考虑信息安全、用户接口管理等相关技术，保证系统具有超强容错性和长期稳定性。
开放性：系统基于开放式的系统结构和标准化的设计模式，系统的网络协议、数据库操作、产品的集成和开发工具都遵循业界主流标准，确保与现有MIS和其他电力自动化系统的平滑过渡和无缝连接，充分体现系统全面的开放性。
扩展性：系统硬件工作方式多样，既有以数据采集为主要功能的GNSS/GIS数据采集器，也有以空间信息分析为主的移动GNSS/GIS平台手持设备，功能配置灵活；模块化和层次化的软件模式使系统可方便地进行升级和外部扩展，不断满足用户的个性化需求。
易用性：基于人性化的图形操作界面，简洁、友好、直观，用户易学易用。
4.系统软件和嵌入式软件功能
按照模块化的软件设计原则，覆盖供电生产管理各个方面。可按照其各自支撑业务的类别划分为几组，包括AM/FM/GIS基本功能、检修维护类业务功能、调度运行类业务功能和其他业务功能。
4.1 AM/FM/GIS基本功能
（1）图形浏览功能
该功能包括漫游、放缩、旋转、移动等；分层管理和显示不同类别的图形信息，能够灵活设置并保存各图层的显示控制参数；支持线路名称、村镇、导线型号等信息的动态显示；沿路跟踪功能，可沿道路、线路路径自动浏览，追查有关信息。
（2）电网编辑建模
提供丰富完备、专用定制的编辑建模工具，可方便地建立变电站、开闭所、配电室、电杆、电缆、高压用户、低压台区等各种电网设备设施的图形和拓扑。快速录入各种设备设施的资料台账，并建立属性资料与图形拓扑之间的关联关系。此外，还提供多种自动录入工具，数据一致性检查工具及线路变更处理工具等。
（3）电网基本分析
在“数字电网模型”上分析既定运行方式下的通电和停电区域，能够查找线路的电源起点并计算线路的供电范围及半径，能够对各线路分别采用不同颜色进行着色、清晰观察各线路的分布及连接情况。
（4）专题图生成
依据“数字电网模型”中记录的完整电网信息，自动生成多种关注侧重点不同的专题图：网络图、馈线接线图、电源图等。支持对各种装题图出图规则的用户定制，并能够对生成的专题图进行自动规整美化。此外，还提供各种专题图的编辑、调整、修饰工具。
4.2 巡检维护类业务功能
（1）报修故障定位分析
依据故障报修点所在地理区域，快速查询为其供电的线路分支，并能够通过对多个在同一时段内报修并且地理位置临近的报修点进行综合供电拓扑分析、推断引发共同故障的设备或线路段。在推断过程中，还能够查询嫌疑故障设备或线路的历史故障记录，为分析决策提供参考。
（2）设备检修管理
对电网设备设施的大修、小修、临修进行管理。能够支持各种检修计划的制定、审批及发布，能够按设定检修规则筛选需要检修的设备，还能够管理各种检修记录、查询设备的历史检修情况等，统计设备的完好率、检修率等。 （3）设备试验管理
对各种电力设备设施的试验记录及报告进行管理，能够按设备的试验周期及试验历史记录自动搜索需进行试验的设备，以辅助试验计划的制定。此外，还支持对设备试验记录的智能分析，为进一步开展状态检修提供支持。
（4）设备评级管理
能够对设备或线路评级时，快速查询统计设备的基本参数及其在特定时间段内的检修、试验、缺陷等记录。为评级决策提供全面准确的信息支持、能够按特定规则对设备或线路进行自动智能初步评级，供评级决策参考。
4.3 调度运行类业务功能
（1）运行模拟
在“数字电网模型”上对线路开关、房内开关灯设备进行开合模拟操作，能够依据开关开合状态的变化，迅速自动重构网架，计算设备状态改变后的电网运行情况，突出显示受影响的区域。
（2）转供电方案分析
在需停电检修或在发生故障停电时，依据“数字电网模型”中记录的电网拓扑结构以及线路的负荷情况，分析可行的装供电方案。对于存在多个可行方案的情况，还能够对各方案操作过程模拟，并对其他线路代供负荷的情况进行分析，协助用户确定其中的最佳方案。
（3）实时信息管理
接入调度自动化和配网自动化系统采集的实时信息，并由调度人员及时地手工补充设置因自动化系统建设不全或尚未建设而采集不到的开关动作信息，维护一套基于地理背景的电网实时供电状况。
（4）负荷分析及预测
接入负控系统中的用电负荷数据，在“数字电网模型”上进行负荷的网络分析、区域负荷分析或线路分析、自动生成相应的负荷总和图、密度图等，还能够依据用电负荷的历史记录，按多种数学模型对用电负荷进行短期和长期预测。
4.4 其他业务功能
（1）重要用户管理
记录和管理重要电力用户的基本资料、地理位置及供电方式等信息，能够依据停电计划自动分析受到影响的重要用户并为他们发送短信进行停电通知，并能够辅助分析重要用户的用电特征而为营销决策提供帮助。
（2）用户报修管理
在接到用户报修电话后，通过用户编码查询、村镇查询、路名查询、重要建筑物查询等多种方式迅速确定用户报修的位置。进而，能够依据用户报修位置，结合计划停电等信息进行停电综合分析，迅速给出可能的故障点及故障原因，以便安排抢修工作。
5.业务与数据流程图
6.展望
GNSS线路巡检与故障诊断系统是利用卫星导航定位技术和地理信息系统技术，对广域或区域电力线路和设备进行巡逻和检查，保证了电力巡检线路和设备的正常可靠运行。下一步可以开发移动端，如巡线员采用手持型GNSS设备，通过记录航点和航迹的方式来保存巡线员的巡逻轨迹，GNSS手持机自动记录巡检任务的时间和空间位置，以作为检验工作有效性的依据。如果GNSS设备加载嵌入式GIS软件，还能现场进行故障分析，这样会大大减轻巡线人员的工作压力。
参考文献
[1]李凤霞.C语言程序设计教程[M].北京理工大学出版社，2001（2）.
[2]谭述森.卫星导航定位工程[M].国防工业出版社，2010 （7）.
[3]许其风.我国成功发射导航定位卫星[J].测绘信息与工程，2001.
[4]葛榜军，廖春发.卫星应用现状与发展（上册）：总装备部卫星有效载荷及应用技术专业组应用技术分组[M].中国科学技术出版社，2001.
[5]吴志忠.移动通信无线电波传播[M].人民邮电出版社，2002.
[6]Chakravarthy V，Nunez A S，Stephens J P，et al. TDCS，OFDM，and MC-CDMA：a brief tutorial[J].IEEE Radio Communications，2005，43（9）：11-16.
【关键词】GNSS；电力；巡检；系统
1.引言
线路巡检管理是有效保证输配（变）电线路及其设备安全的一项基础工作。通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设备缺陷和危机线路安全的隐患，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，保证输配（变）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。
传统线路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呼声越来越高。为此，利用信息钮、信息螺栓和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，使即时、定性、定量、客观地考核巡检人员的工作成为可能。然而，上述产品安装复杂，而且长期暴露在野外，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效率的进一步提高。针对上述问题，我们设计了GNSS线路巡检与故障诊断系统，保证了线路和设备的正常可靠运行。
2.系统特点
（1）线路资料信息齐全，操作简单，使用方便。
（2）可实现米级或亚米级定位，精度高，可真正有效地解决人工寻仙的到位问题。
（3）采用开放式操作系统设计，可与其他系统共享信息资源。
（4）通过用户及操作权限的管理，确保系统的数据安全。
（5）实时采集巡线到位信息，检查巡线到位情况。
（6）对线路和杆塔进行规范化的集中管理。
（7）使用方便，不需要额外的安装和维护费用。
（8）内置导航电子地图或卫星遥感影像图以及电力线专题图，直观反映线路的状况，修改、维护非常方便。
（9）良好的扩展升级功能，保持良好的系统兼容性和扩容性。
（10）实现电子化、信息化、智能化线路巡检，实现数字化管理。
3.系统设计原则
先进性：系统基于先进的硬件架构和软件平台，创造性地集成了当今全球卫星导航定位系统、遥感，地理信息系统，计算机，网络通信和嵌入式技术，最大限度地保证了系统的整体先进性。
可靠性：系统硬件采用IP67和IP45的三防工业级设计，符合认证标准，满足野外恶劣工作环境下长时间稳定可靠运行的要求；在系统软件设计中充分考虑信息安全、用户接口管理等相关技术，保证系统具有超强容错性和长期稳定性。
开放性：系统基于开放式的系统结构和标准化的设计模式，系统的网络协议、数据库操作、产品的集成和开发工具都遵循业界主流标准，确保与现有MIS和其他电力自动化系统的平滑过渡和无缝连接，充分体现系统全面的开放性。
扩展性：系统硬件工作方式多样，既有以数据采集为主要功能的GNSS/GIS数据采集器，也有以空间信息分析为主的移动GNSS/GIS平台手持设备，功能配置灵活；模块化和层次化的软件模式使系统可方便地进行升级和外部扩展，不断满足用户的个性化需求。
易用性：基于人性化的图形操作界面，简洁、友好、直观，用户易学易用。
4.系统软件和嵌入式软件功能
按照模块化的软件设计原则，覆盖供电生产管理各个方面。可按照其各自支撑业务的类别划分为几组，包括AM/FM/GIS基本功能、检修维护类业务功能、调度运行类业务功能和其他业务功能。
4.1 AM/FM/GIS基本功能
（1）图形浏览功能
该功能包括漫游、放缩、旋转、移动等；分层管理和显示不同类别的图形信息，能够灵活设置并保存各图层的显示控制参数；支持线路名称、村镇、导线型号等信息的动态显示；沿路跟踪功能，可沿道路、线路路径自动浏览，追查有关信息。
（2）电网编辑建模
提供丰富完备、专用定制的编辑建模工具，可方便地建立变电站、开闭所、配电室、电杆、电缆、高压用户、低压台区等各种电网设备设施的图形和拓扑。快速录入各种设备设施的资料台账，并建立属性资料与图形拓扑之间的关联关系。此外，还提供多种自动录入工具，数据一致性检查工具及线路变更处理工具等。
（3）电网基本分析
在“数字电网模型”上分析既定运行方式下的通电和停电区域，能够查找线路的电源起点并计算线路的供电范围及半径，能够对各线路分别采用不同颜色进行着色、清晰观察各线路的分布及连接情况。
（4）专题图生成
依据“数字电网模型”中记录的完整电网信息，自动生成多种关注侧重点不同的专题图：网络图、馈线接线图、电源图等。支持对各种装题图出图规则的用户定制，并能够对生成的专题图进行自动规整美化。此外，还提供各种专题图的编辑、调整、修饰工具。
4.2 巡检维护类业务功能
（1）报修故障定位分析
依据故障报修点所在地理区域，快速查询为其供电的线路分支，并能够通过对多个在同一时段内报修并且地理位置临近的报修点进行综合供电拓扑分析、推断引发共同故障的设备或线路段。在推断过程中，还能够查询嫌疑故障设备或线路的历史故障记录，为分析决策提供参考。
（2）设备检修管理
对电网设备设施的大修、小修、临修进行管理。能够支持各种检修计划的制定、审批及发布，能够按设定检修规则筛选需要检修的设备，还能够管理各种检修记录、查询设备的历史检修情况等，统计设备的完好率、检修率等。 （3）设备试验管理
对各种电力设备设施的试验记录及报告进行管理，能够按设备的试验周期及试验历史记录自动搜索需进行试验的设备，以辅助试验计划的制定。此外，还支持对设备试验记录的智能分析，为进一步开展状态检修提供支持。
（4）设备评级管理
能够对设备或线路评级时，快速查询统计设备的基本参数及其在特定时间段内的检修、试验、缺陷等记录。为评级决策提供全面准确的信息支持、能够按特定规则对设备或线路进行自动智能初步评级，供评级决策参考。
4.3 调度运行类业务功能
（1）运行模拟
在“数字电网模型”上对线路开关、房内开关灯设备进行开合模拟操作，能够依据开关开合状态的变化，迅速自动重构网架，计算设备状态改变后的电网运行情况，突出显示受影响的区域。
（2）转供电方案分析
在需停电检修或在发生故障停电时，依据“数字电网模型”中记录的电网拓扑结构以及线路的负荷情况，分析可行的装供电方案。对于存在多个可行方案的情况，还能够对各方案操作过程模拟，并对其他线路代供负荷的情况进行分析，协助用户确定其中的最佳方案。
（3）实时信息管理
接入调度自动化和配网自动化系统采集的实时信息，并由调度人员及时地手工补充设置因自动化系统建设不全或尚未建设而采集不到的开关动作信息，维护一套基于地理背景的电网实时供电状况。
（4）负荷分析及预测
接入负控系统中的用电负荷数据，在“数字电网模型”上进行负荷的网络分析、区域负荷分析或线路分析、自动生成相应的负荷总和图、密度图等，还能够依据用电负荷的历史记录，按多种数学模型对用电负荷进行短期和长期预测。
4.4 其他业务功能
（1）重要用户管理
记录和管理重要电力用户的基本资料、地理位置及供电方式等信息，能够依据停电计划自动分析受到影响的重要用户并为他们发送短信进行停电通知，并能够辅助分析重要用户的用电特征而为营销决策提供帮助。
（2）用户报修管理
在接到用户报修电话后，通过用户编码查询、村镇查询、路名查询、重要建筑物查询等多种方式迅速确定用户报修的位置。进而，能够依据用户报修位置，结合计划停电等信息进行停电综合分析，迅速给出可能的故障点及故障原因，以便安排抢修工作。
5.业务与数据流程图
6.展望
GNSS线路巡检与故障诊断系统是利用卫星导航定位技术和地理信息系统技术，对广域或区域电力线路和设备进行巡逻和检查，保证了电力巡检线路和设备的正常可靠运行。下一步可以开发移动端，如巡线员采用手持型GNSS设备，通过记录航点和航迹的方式来保存巡线员的巡逻轨迹，GNSS手持机自动记录巡检任务的时间和空间位置，以作为检验工作有效性的依据。如果GNSS设备加载嵌入式GIS软件，还能现场进行故障分析，这样会大大减轻巡线人员的工作压力。
参考文献
[1]李凤霞.C语言程序设计教程[M].北京理工大学出版社，2001（2）.
[2]谭述森.卫星导航定位工程[M].国防工业出版社，2010 （7）.
[3]许其风.我国成功发射导航定位卫星[J].测绘信息与工程，2001.
[4]葛榜军，廖春发.卫星应用现状与发展（上册）：总装备部卫星有效载荷及应用技术专业组应用技术分组[M].中国科学技术出版社，2001.
[5]吴志忠.移动通信无线电波传播[M].人民邮电出版社，2002.
[6]Chakravarthy V，Nunez A S，Stephens J P，et al. TDCS，OFDM，and MC-CDMA：a brief tutorial[J].IEEE Radio Communications，2005，43（9）：11-16.