配网智能巡视培训系统研究

2014-12-02马梦朝崔金涛鲁国涛黄金鑫

山东电力高等专科学校学报 2014年6期

马梦朝崔金涛鲁国涛黄金鑫王旭战杰

国网技术学院山东济南 250002

0 前言

电力工业是我国重要的支柱产业之一，电力系统的稳定运行对整个国民系统的经济发展有着举足轻重的作用［1］，配网是电力系统的重要组成部分，随着国民经济的发展和生活水平的提高，对配网的运行可靠性有了越来越高的要求，为了保证电网安全运行，减少事故的发生，配网设备巡视成为有效保证配网线路及其设备安全、提高供电可靠性、确保设备最小故障率的一项基础工作，巡视人员是否达到巡视地点、是否按规定完成巡视任务、数据采集是否可靠就成为能否及时发现及消除设备隐患或者缺陷的关键，所以智能化配电网的建设是配网工作的重中之重［2－4］。

1 故有巡视模式存在缺陷

1.1 巡视结果的两次录入

一是在现场对巡视结果进行手动记录，二是巡视结束后再录入计算机，这样使巡视结果难以及时完成录入，即使发生隐患或者缺陷，也使管理人员难以及时调配人员进行消缺维护；也可能使巡视结果的手工记录纸发生丢失现象，或者两次记录出现偏差，给巡视任务数据采集带来了不可控因素。

1.2 无法管控和监督巡视任务

巡视人员获取巡视任务后，因缺乏应有的技术手段，无法保证巡视人员是否巡视到位，更无法保证巡视人员是否对每个设备都进行过现场巡视，这样容易出现是否达到现场、是否乱填数据、是否出现漏巡和少巡的情况产生，使设备巡视质量无法保证。

1.3 巡视人员无法精确获知巡视地点

由于“点多、线长、面广”的线路特点，使新的巡视人员可能无法获取所巡设备的精确地点，使巡视过程耗时耗力，还无法及时完成巡视任务。

1.4 巡视人员不能及时获取信息

巡视人员到巡视地点时，对所巡视的设备，无法及时获取其概况信息以及以往巡视信息或者维护信息等，在判断设备状态时，缺乏相应信息进行佐证，为隐患和缺陷的判断增加难度和不确定性。

1.5 巡视人员无法及时对巡视结果及时进行判断

巡视人员巡视完成后，有可能因为自己工作年限和能力的局限性难以及时作出判断，无法断定其隐患或者缺陷，旧的巡视模式，因为技术手段的缺失，无法对当前场景通过视频方式传回指挥中心，这就使发生巡视人员难以判断的时候，缺乏及时的回应，为工作带来相应的不变和后果。

显然，故有巡视培训模式也无法适应电力系统的需要，且存在巡检盲区［5］，为了保障配网安全稳定运行，同时提高巡视人员的工作效率和准确性，急需开发一种具有信息化、自动化、互动化特征的巡视系统。

2 配网智能巡视培训系统

配网智能巡视培训系统是一套基于RFID无线射频技术、无线局域网技术、物联网技术以及支持移动终端的配网智能巡视培训系统，它的建立能对学员的巡视轨迹、工作情况进行准确、客观的记录，从而准确的反应设备巡视情况的真实性，并对学员巡视过程发现的缺陷或者隐患，进行及时的记录，使整个培训过程合理化、制度化，即实现了学员的巡视规范化，也实现了设备管理系统化，提高了学员的学习质量，增强了学员的工作责任心，使其成为优秀的配网巡视人员。等学员走上岗位时，他良好的工作习惯以及工作责任心，使其的巡视工作完成的更加高效、优质，将降低配网设备的事故发生率，提升设备的正常运行稳定性，保证了电力设备的安全和电力系统的稳定。

3 系统设计

3.1 设计原则

3.1.1 统一设计原则

统筹规划和统一设计系统结构。尤其是应用系统建设结构、数据模型结构、数据存储结构以及系统扩展规划等内容，均需从全局出发、从长远的角度考虑。数据库和接口涉及需要考虑相互的统一性，保证系统的接口与数据存储的一致性，保证系统的高性能应用。

3.1.2 先进性原则

系统构成必须采用成熟、具有国内先进水平，并符合国际发展趋势的技术、软件产品和设备。在设计过程中充分依照国际上的规范、标准，借鉴国内外目前成熟的主流网络和综合信息系统的体系结构，以保证系统具有较长的生命力和扩展能力。保证先进性的同时还要保证技术的稳定、安全性。采用先进的系统架构，能够为将来的系统规划提供便利，为今后的发展奠定基础。

3.1.3 高可靠、高安全性原则

系统设计和数据架构设计中充分考虑系统的安全性和可靠性。对于高性能要求平台系统来说，必须保证系统得安全可靠。才能获得持久稳定的发展。

3.1.4 标准化原则

建立共同遵守系统统一标准的数据系统，支持业务开展、横向的信息扩展和宏观管理的要求，使本系统成为权威系统。系统对操作的标准化，即系统有检入检出的机制，确保数据维护的一致性和版本控制的可操作性。系统对数据导入导出采用统一标准接口，如采用现在最流行的XML标准。

3.1.5 成熟性原则

在开发工具的选型阶段，应该尽量选择成熟的产品和规范，如 JAVA 、Ajax、Struts2、Spring、Hibernate的成熟性，可持续发展性的开发工具。系统要采用国际主流、成熟的体系架构来构建，实现跨平台的应用。

3.1.6 适用性原则

保护已有资源，急用先行，在满足应用需求的前提下，尽量降低建设成本。目前现有系统独立建立，数据库分散，但是数据库资源丰富，有大量的服务器。所以缩减成本，充分利用现有系统是保证节约成本的重要部分。

3.1.7 可扩展性原则

系统设计要考虑到业务未来发展的需要，尽可能设计得简明，降低各功能模块耦合度，并充分考虑兼容性。系统能够支持对多种格式数据的存储。对于海量数据的存储，系统的设计必须考虑高效和分离的部署结构，不仅保证能够轻松建立接口，而且能够提高数据库的扩展能力。

3.2 系统结构设计

系统主要有数据服务器、PC机、移动终端、WiFi基站、RFID射频标示、以及基于移动终端的RFID扫描装置组成，如图1、图2。

图1 系统网络拓扑图

图2 基于移动终端的RFID扫描装置

3.2.1 数据服务器

数据服务器管理所有的巡视设备数据和巡视工作管理数据，是整个解决系统的核心，通过局域网与所有的工作PC机以及移动终端进行连接。

3.2.2 PC机

下发巡视任务、管控巡视过程的工作端，用于培训师使用。

3.2.3 移动终端

包括手机、平板电脑、PDA等具备网络连接功能以及提供串口的可移动设备。供学员完成巡视计划、为培训师管控学员提供定位依据以及用来配合RFID扫描装置使用。

3.2.4 WiFi基站

利用WiFi基站，打造一个互通的局域网，使数据服务器、PC机、移动终端处于一个可互联的局域网，进行数据传输，并保障数据传输的稳定性和安全性。

3.2.5 RFID射频标示

RFID射频标示主要运用在定位或识别需要巡视的设备以及设备维护仪器上，对所需巡视设备以及设备维护仪器进行精确管理提供依据。

3.2.6 基于移动终端的RFID扫描装置

该装置与移动终端配套使用，通过USB接口实现与移动终端的连接，通过读取装置获取RFID标签所储存信息，对所需巡视设备以及设备维护仪器进行定位和读取其相关信息。

3.3 系统关键技术

3.3.1 网络传输

利用WiFi基站，通过专用3G作为数据传输方式，使用中国联通的移动VPDN业务实现。移动VPDN业务是利用中国联通基于WCDMA的3G宽带高速分组数据网为集团客户构建更安全的、移动的、高速的虚拟专用数据网络。WCDMA网络通过专网的形式进行加密隧道传输，保证了和其它网络数据间的隔离，及数据传输的安全性，为移动办公提高安全保证，从而更有效的实现异地网络共享一体化。

在异地网络共享一体化基础上，特制定网络操作权限分级管理规定，按照各用户的身份对用户的访问权限进行严格的控制，杜绝越权操作，实现系统一体化及多元化层级管理，确保应用程序安全、稳定的运行。

3.3.2 视频传输

在应用过程中，通过 RTSP/SDP协议实现会话的建立和管理；通过RTP/RTCP协议实现媒体数据的传输和QOS管理。客户端发起RTSP DESCRIBE请求：服务器收到的信息，主要有媒体名字，解码器类型，视频分辨率，用户的解码能力等描述；服务器对RTSP DESCRIBE的响应：服务器对客户端的解码能力进行分析，确定发送的媒体类型等；根据媒体名字，在服务器找到相应的文件来发出响应信息；客户端收到RTSP DESCRIBE响应后，发出 RTSP SETUP请求，请求建立会话，请求信息中主要包括选定的媒体流信息以及接受的端口号；服务器发出 RTSP SETUP响应，给出相应客户端的服务器端口号；客户端发起RTSP PLSY请求，请求开始播放，信息主要有播放媒体的相关信息；服务器发出RTSP PLSY响应，发出的信息有媒体流ID号及其RTP包的序列号、时间戳。此时服务器根据相关信息的指引，打包媒体数据然后发送；客户端发出RTSP TEARFOWN请求，请求关闭播放；服务器断开连接，发出RTSP TEARFOWN响应。

3.3.3 基于移动终端的有源电子标签读取装置

该装置包括射频模块、基带模块和天线，射频模块产生的射频信号并将该信号转成波载信号传送至天线并由天线以广播的方式发送出去，电子标签的天线接收到载波信号经射频模块解码后传送至基带模块，由基带模块读取设备电量和储存器中储存的数据，再经射频模块编码放大后形成射频信号，再由射频模块将该信号转成波载信号传送至天线，由天线发送给标签读取装置，该装置天线接收到载波信号经射频模块解码后传送至基带模块，基带模块通过USB通信接口与移动终端相连，移动终端通过3G基站与服务器进行通信。

工作原理：有源电子标签读取装置对RFID标签进行读取信息，通过2.45G有源电子标签读取装置的USB口，用数据线与移动终端USB口进行连接，把其读取到的信息通过3G基站传输到服务器上，再通过3G基站从服务器上获取所需要的信息，用移动终端进行查看，得到实训仪器的定位位置及其相关信息。

基带模块主要功能是接收射频模块传输来的信号，解码后得到标签信息，完成读标签的操作，或对要写入到标签里的信息进行编码后再传递到射频模块，即可完成写标签的操作。它还能通过USB通信接口将标签信息和其他的信息传输至移动终端，移动终端通过3G基站，与服务器进行关联，获取RFID标签所代表的实训仪器以及其相关信息，完成对实训仪器的随时定位，或者可以通过其功能判断某个实训室、实训场地都有哪些仪器在工作。其特征主要是可以随时随地对RFID标签进行扫描，完成定位或者读取信息的工作。

3.4 系统研究内容

3.4.1 研究基于物联网的智能培训新模式

研究把物联网技术融合到实际培训工作的一种新的培训模式，来提高培训工作的效率及提升培训效果，促使学员掌握到最新的技能。

3.4.2 研究安全的无线专网通道

研究一个确保信息安全的无线专网通道，为巡视培训工作提供必要的无线网络支撑，确保培训工作及时得到数据的支持与交互。

3.4.3 研究RFID标签在物联网中的应用

利用RFID标签的特性，构建一个设备之间以及设备与人之间，通过网络技术，利用专用的网络通道进行连接，形成一个巨大的智能网络。

3.4.4 研究基于移动终端的有源电子标签读取装置

利用移动终端可随时随地通过专用网络实时与PC机、数据服务器互联的特性，研究出一种可与移动终端连接使用的有源电子标签读取装置，该装置读取到的RFID标签信息通过移动终端传回服务器。

3.4.5 研究基于配网设备的移动导航技术

根据配网设备的特性，深入研究基于配网设备的移动导航技术，实现配网巡视工作的导航，指引工作人员迅速到达巡视地点。

3.4.6 研究巡视过程动态监控机制

研究教师对学员巡视过程实时监控的技术，对巡视过程的每一步进行监控，并形成动态监控方案。

3.4.7 研究建立快速查询设备参数的机制

研究无需输入设备名称即可快速查询当前所处设备的详细信息的实现，以提高工作效率。

3.4.8 研究远程专家诊断的实现模式

研究当现场发生紧急状况时，可以快速与指挥中心建立视频通道的技术，指挥中心可以实时看到现场状况对故障远程会诊。

3.4.9 研究巡视学员的自动考核机制

深入研究分析巡视人员的工作流程，总结出一套自动对巡视学员考核的办法。

4 系统成效

建立起覆盖范围广的无线专网通道，为信息交互安全提供坚实的保证，融合先进的物联网技术，结合全球卫星定位技术，以移动终端为载体，实现巡检路线导航，数据记录、工作状态监督、数据汇总、远程视频诊断、工作考核等功能，并可与现有信息系统无缝连接，可有效的了解、检查设备巡检工作状态，及时发现设备缺陷，提升设备运行安全性，降低运营成本，提高工作效率的培训目的。

4.1 改变两次登记巡视记录的方式，提高工作效率。

4.2 系统应用平台根据标准化作业指导书生成巡视任务，巡视人员在移动终端登录后可接收巡视任务，巡视人员根据语音导航逐步到达每个设备的位置，根据任务要求逐项对设备检查，使巡视人员快速完成巡视工作，检查结果通过移动终端实时上传到服务器，服务器对数据进行统计分析。

4.3 系统通过基于移动终端的有源电子标签读取装置可随时随地查看需巡视设备和维护仪器的状态及其使用信息。

4.4 采集学员的轨迹数据，采集过程中电子地图实时显示学员的轨迹，实现巡视培训过程实时监控。

4.5 学员可与监控中心教师进行语音、视频实时交流，进行远程故障会断，缩短故障消除周期。

4.6 自动生成各类应用统计报表，降低以往繁重的数据统计工作强度。

4.7 通过培训实现加强对学员的监管力度，提高设备巡视的准确性和及时性，杜绝巡视人员巡视不到位的现象；检查项目标准化，有效防止漏检情况的产生，巡视内容达到标准化作业的要求。