输电线路智能巡检系统的设计与实现

杨凯，刘世涛，伍弘，房子祎，吴波

(国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011)

输电线路安全稳定运行是电力系统中及其重要的一环[1]，为确保输电线路安全稳定运行，电力公司定期开展输电线路的巡检工作，包括：人工巡线、输电线路的常规检修、缺陷消除及定期开展的各项检测；输电线路新投运或迁改工程的现场安全生产监督管控、工程验收等内容。巡检的目的是及时掌握设备的运行状况和周围环境的变化，发现设备存在的缺陷和安全隐患并及时进行修复。目前电力公司的输电设备跨距长、数量多、分布范围广，并且逐年倍数增加，然而在巡检过程中，巡检人员仍采用纸质记录信息，缺乏有效的信息化手段，导致巡检效率较低。除此之外，在输电巡检工作中，也会出现巡检人员工作不全面、不到位的情况，使得管理人员难以及时、准确、全面地了解巡检状况，及时做出合理的决策。

1 输电线路巡检现状

近年来，随着移动通信、物联网技术和无线通信技术的不断发展以及巡检工作需求增多，出现了一系列基于GPS(Global Positioning System)技术和RFID(Radio Frequency Identification)技术的电力设备巡检系统[2-4]，巡检人员利用移动终端PDA(Personal Digital Assistant)读取电力设备上的电子标签以获得相应数据，再将巡检数据通过无线通信网络传输到PC端的后台管理系统。这类系统与人工纸质巡检方式相比，工作效率有了很大的提高，但流程繁杂，不满足国网信息安全规定，在使用过程中逐渐被淘汰。

随着智能手机、平板电脑以及智能手表等一系列移动智能终端普及率越来越高，将智能移动终端带入到电力设备巡检工作中不仅能大大提高巡检工作的效率，也为电力系统输电巡检提供了机遇。现阶段移动网络基础设施建设的不断推进，在云计算、物联网等技术支撑下，移动互联网在电力行业的应用潜力得到有效激发，各专业领域的移动作业系统在现场应用中发挥作用突出[5-6]，因此，本文结合现有的信息化技术，依据现有的巡检模式，设计开发了一种输电线路智能巡检系统，满足输电巡检的各项工作内容，不仅能大大提高巡检工作的效率，更能扩大智能巡检在各电力企业中的普及率和覆盖率，从而保证电力系统的安全稳定。

2 输电线路智能巡检系统的设计

所设计的输电移动巡检系统设计以输电设备为基础，业务功能需求为主线，覆盖巡视管理、检测管理、检修管理、工程验收管理等多项生产业务，实现输电巡检作业规划、数据录入、缺陷管控、报表生成、数据传输等“一站式”管理和输电巡检无纸化作业。输电线路智能巡检系统由服务端和移动端组成。

2.1 移动端技术框架

移动端技术框架采用MVP开发模式进行搭建，可细化为5个层次，即同步及数据存储、数据管理、基础公共和各业务模块，以及数据展示，如图1所示。

图1 移动端技术架构

同步及数据存储模块：主要是通过数据同步框架(KSyncLib)将主站端数据同步到移动端数据库(SQLite)进行下载以及存储，如巡视计划、缺陷记录、检测计划等数据。在移动端无法连接网络或者网络环境较差的环境下，保证移动端的数据获取正常和稳定。

数据管理模块：主要通过数据查询框架执行数据同步服务，以及通过网络框架进行底层数据的查询和变换，从而支撑上层业务逻辑能够更好工作和运行。

基础公共模块：主要是各个子业务模块依赖的基础模块，包含一些公共的组件及封装工具、各个模块之间相同的业务逻辑代码被放在一起，实现基础功能代码的复用。

各业务模块：是各个业务的应用功能模块的总和。它主要包括巡视管理、检测管理、系统管理、设备台账管理、检修管理、验收管理、隐患/缺陷管理、工程项目管理、统计分析、综合展示等功能。

数据展示：主要是各业务模块的查询数据展示，包括计划完成情况、缺陷/隐患情况、台账校验情况以及人员巡视工作质量情况的统计和展示。展示方式有柱状图、折线图、饼图以及表格。

2.2 服务端技术框架

服务端技术架构主要包括持久层、基础框架、元数据层、微内核基层、数据处理层、业务组件层、接口层和展现层，如图2所示。

图2 服务端技术架构

持久层：该层主要负责数据持久化操作，平台的结构化数据使用数据库(MySQL)，并制定1主2从1备的技术策略，保证数据安全；对于平台的非结构化数据采用文件存储服务(Minio)，在文件高并发访问时，保证文件安全、可控。

基础框架：该框架采用Jdk8和WebLogic进行平台运行，使用Spring框架解决项目中的IOC、AOP、TX需求，采用HTTP协议作为模块间的数据交互协议，并基于KWEB框架解决基础平台的数据管理功能。

元数据层：该层包含系统需要的各类基础配置数据，用于提供系统功能选项、系统功能开关、功能参数模板，实现信息的描述和分类的格式化，有利于梳理数据之间的关系和提高数据存储的质量。

微内核基层：该层能够提供系统必要服务，其中包括PIO/JXL组件库，系统运行管控、方法库、插件框架、基础API、数据备份与恢复等。它能够使不同的API和文件系统在1个系统中共存，为系统提高了可扩展性和可靠性。

数据处理层：该层的主要功能是访问数据库，可以访问数据库系统、二进制文件、文本文档或是XML(可扩展标记语言)文档，可实现对数据表的查询、新增、修改、删除的操作。

业务组件层：该层主要包括登录所需的账号权限获取，部门关系获取，单点登录设置以及支撑如流程审核、报表显示、数据提交等功能所需的各类中间件。业务组件层为系统功能开发提供了丰富的基础组件支持，可加快开发速度，通过组件重用，提高了代码质量。

接口层：该层主要包括系统与输电生产管理系统对接的各类接口，如巡视计划、巡视记录、检测计划、检测记录以及缺陷记录等接口，各接口使用服务总线实现数据的同步和上传。

展现层：该层包括构成输电移动巡检系统服务端和移动端展示界面的各项技术和框架，界面丰富的展现形式和流畅的操作体验均由这些技术手段提供支撑。

2.3 系统功能设计

输电智能巡检系统设计包括巡视管理、检测管理、检修管理、工程验收管理、项目管理5大移动作业功能，同时包括与其相关的缺陷/隐患管理、设备台账管理、统计分析、历史数据管理、智能管控和系统管理功能。输电智能巡检系统功能规划如图3所示。

3 输电线路智能巡检系统的实现

根据上述结构及框架，利用程序语言建立了输电智能巡检系统。移动端采用移动APP，作业人员利用定制的移动终端开展输电巡检工作,主要承载相应的标准化作业流程和标准，用于指导人员开展现场作业，完成记录设备缺陷，上传现场数据和查询历史数据等服务端采用WEB页面展示，主要用于分发作业计划、统计分析作业结果和管控作业全过程，为管理人员提供决策依据，数据传输采用移动4G通信网络，并加装电网公司安全加密措施。具体实现如下：

(1)移动端APP。定制终端的性能需满足系统稳定运行，并且符合电网企业的安全管理规定。作业人员分配固定的账号，进入APP中进行操作，辅助进行输电线路的各项巡检作业。只有定制的终端和指定的用户两项条件同时满足时，作业人员才能使用移动APP。移动端APP涵盖输电巡视、检测、检修、工程验收管理、项目管理、缺陷隐患管理等各项基本业务功能，可在现场替代作业指导书和现场记录，使用方便。

(2)服务端后台系统。采用WEB页面展示，可实现输电移动作业各项工作开展情况的实时统计，可在服务端派发各种工作任务[7]，并按需导出各类作业记录文件，提高了输电一体化管理的效率。

整个系统实现了数据快速采集、标准作业卡内置、缺陷统计分析、数据管理、作业流程管理、GPS导航、语音提示、电子文件导出、巡检记录“一键上传”、历史数据快速查询等功能。整个系统的拓扑结构如图4所示。

(3)数据传输

移动端在与服务端通过安全接入平台进行内外网数据交互，通过安全接入平台实现移动端数据同服务器之间数据的实时交互，同时移动应用平台可充分发挥对移动作业终端的管控职能，确保了网络数据传输安全可靠，满足电网企业信息安全的要求。

图3 输电智能巡检系统功能规划

图4 输电智能巡检系统的拓扑结构

4 输电线路智能巡检系统的应用

目前该系统已设计完成，并在现场进行了试运行。如图5所示系统移动端APP的巡视功能界面。

通过与现有的作业模式对比，本系统应用后，可有效改变当前采用纸质方式作业的模式，实现了全流程信息化作业，实现了全流程业务数据智能化，实现了作业数据的闭环溯源管理；同时优化了巡视作业流程，通过信息化技术手段极大提高了各级人员工作效率，加快了输电各阶段信息的流转速率；同时也极大降低了基层人员的工作负担，基层人员每天工作量下降了20%～30%，全面提高了输电巡检专业的工作效率。

图5 移动端APP的巡视功能界面

5 结 语

本文将现有的信息化手段与输电巡检作业有机的结合在一起，详细探讨和设计了输电智能巡检系统的技术框架和功能框架，完成了系统的设计和开发，并在现场进行了试运行。结果表明该系统降低了作业人员的工作负担，同时有效提升了输电线路巡检工作的标准化、信息化和智能化管理水平。