基于GPS技术的电力巡检信息管理系统的设计与实现

黄 炎

（国网汉中供电公司，陕西 汉中 723000）

0 引 言

电力线路的整体规模很大且分布复杂，有些线路会穿过较为艰险的地势地形，如丛山峻岭和戈壁荒漠等地区，还有一些线路会穿越交通死区或是信号盲区，从而给线路巡检工作带来了很大的困难，不容易开展线路和铁塔等的维护工作，且故障定位也存在很大难度。随着电力建设不断发展，传统人力巡检模式已经逐渐落伍，需要依靠现代科学技术来构建信息化的巡检系统，逐步取代传统的人力巡检模式。基于无线网络通信技术和GPS定位技术开发的信息化电力巡检系统，能够有效解决电力巡检工作中出现的问题，也是未来的发展趋势。

1 电力巡检的现状

由于我国辖区范围较大，目前巡查岗位警务人员主要采用警车巡查方式，而巡线人员对船只进行巡线检查时，现场实施查询必须使用移动巡线设备。在传统电力巡检中，存在着以下常见问题。

巡检人员个人素养影响巡检质量，导致巡检质量水平高低不一。在传统人力巡检中，巡检工作是依靠巡检人员来完成的，每个巡检人员的专业知识、技术水平以及经验积累不同，因此在电力巡检中对于问题的判断和处理可能出现大相径庭的情况[1]。巡检人员的具体巡检工作缺乏有效的控制和管理。要确保电力巡检的实效性，就需要对巡检人员做好管控以确保巡检过程合规，然而在实际中缺乏有效手段来管理巡检人员的巡检过程，从而无法确保巡检质量。巡检工作产生的各种信息和数据主要以纸质档案的形式记录和保存，每次巡检都会产生大量记录，不论是数据整理还是分析，工作量都很大，无法及时并高效地完成。此外，传统电力巡检已脱离时代发展。目前社会已经进入到信息化和互联网+时代，巡检工作也应实现信息化的创新构建[2]。然而当前很多地区还是以人力巡检为主，脱离了时代的发展，因此有必要引入新技术来构建巡检信息管理系统，以提高线路巡检管理水平。

2 基于GPS技术的电力巡检信息管理系统功能要求

GPS系统基于卫星实现精准定位，是由美国国防部从1973年开始组织实施，历时20年，耗资2×1010美元，于1994年全面建成[3]。基于GPS技术设计的电力巡检信息管理系统，面向的用户类型是巡线人员。

为了实现电力巡检的优化发展，达到安全、经济以及高效的目标，在新时代环境下应加强自动化和规范化的设计，并依靠现代科技建立信息化的电力巡检系统，同时基于GPS技术构建电力巡检信息管理系统时需要考虑以下具体要求。一是便于携带和移动，操作界面简单，具有良好的人机交互特性，二是多形式实现系统登录，基于授权相关功能分类分层使用，三是缺陷数据项具备完整性，或者具备线路与设备的属性描述，四是可以实现GPS信息的自动化接收，五是具备自检功能，可以完成自检，同时防范巡线人员产生的错检和漏检问题，六是巡线记录文件可以基于无线传输直接上传到服务器，管理人员登录系统就可以查看和处理记录[4]。

3 基于GPS技术的电力巡检信息管理系统设计

3.1 系统方案

目前，构建电力行业信息管理系统的主要模式有浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）和客户端/服务器（Client/Server，C/S）两种[5]。基于电力巡检的要求，C/S模式的适用性不强，因此本系统采用C/S模式，如图1所示。基于C/S架构，不需要移动设备与服务器端保持持续的连接也可以实现数据传输，这种情况下，两端的软件需要基于实际工作需求来编写，用户界面和业务逻辑等功能应基于客户端实现。这种形式能够在较为复杂的数据访问和用户交互下顺利进行，并且可以在离线状态工作[6]。移动端搜集的数据先在本地储存，然后同步到服务器，或某一时刻与服务器端通过无线传送的方式上传数据。

图1 C/S系统模式

3.2 模块划分

基于整体的C/S系统结构，结合具体的功能要求，需要明确其中的具体功能模块及其构成。客户端与服务器端功能模块的主要结构如图2所示。

图2 基于GPS技术的电力巡检信息管理系统模块图

3.3 通信设计

基于GPS技术设计电力巡检信息管理系统时，需要确定外部硬件和内部软件的构成，其中外部硬件主要包含GPS接收机和移动设备等，内部软件主要包含线路设备缺陷录入与保存的相关软件。整体通信设计方案中，由接收机接收采集GPS信号，然后传输给移动设备进行信息提取和处理，同时录入缺陷数据信息进行统一保存，整合成巡检文件，最后经过上传系统传输到服务器端[7]。

3.3.1 移动设备与GPS接收机串口通信

移动设备具有相应的串行端口与外部设备对接，以实现通信传输。串行端口本质上相当于编码转换器，能够在设备和芯片之间转码数据，为通信传输起到纽带作用，同时GPS接收机也提供一个串口通信接口，其硬件连接如图3所示。

图3 移动设备与GPS的硬件连接

在实际使用中，GPS接收机需要接收卫星传输的相关信息，这些信息是基于NMEA0183协议的数据。GPS接收机通过通信串口不断发送该协议下的信息，并将其传输给移动设备，信息格式如下：

在具体实践中，从特定语句中将其包含的字符信息提取出来就可以获得该语句所包含的意思，理解其表达的信息。语句中每个字符所代表的含义如下，<1>代表定位时间，标准格式（UTC time）：时时分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss），<2>代表定位状态，A表示数据可用，V表示数据不可用，<3>代表纬度，<4>代表南（S）/北（N）半球，<5>代表经度，<6>代表东（E）/西（W）半球，<7>代表相对位移速度，0.0至1851.8 knots，<8>代表相对位移方向，单位为度，<9>代表日期，格式为日日月月年年（ddmmyy），<10>代表磁极变量，000.0至180.0，<11>代表度数。

3.3.2 移动设备与服务器端主机通信

在本设计中，移动设备与服务器端可以通过4G网络（或5G网络）来实现信息传输，移动设备与服务器端的文件传输路径如图4所示。从MS移动台设备经4G网络发送文件到服务器端主机时，首先请求分配信道，系统预留好时隙后给出应答。在预留的时隙内，将要传输的文件按子网相关融合协议（Sub Network Dependant Convergence Protocol，SNDCP） 的格式完成数据的分组和打包，并确定TCP/IP地址和加密方式。SNDC数据单元包生成后被放置到数据链路协议LLC帧内，当数据到达BSS中的BTS（BSS包括BTS和BSC）后，如果BTS接收到正确且完整的数据单元，就会给出肯定应答。BTS从LLC中拆掉封装，将数据按BSS GP协议的数据方式发送给SGSN，SGSN将数据封装成4G隧道协议GTP，并传送给GGSN[8]。GGSN拆掉封装，检验分组的地址和协议，从而选择出正确的路由到达Internet中的某一主机。

图4 移动设备与服务器端的文件传输路径

3.4 系统数据库的设计

数据库设计时，数据元素是最小的构成单元，也是被操作的具体对象，对数据项实现合理的组织是保证数据库设计效果的关键。因为数据结构的质量水平对系统效率与整体效果会产生无法预估的影响，所以确保数据结果的正确完善，能够让数据的存储效力更高。数据库结构设计时应注意以下几点，一是数据库需求分析，分析用户数据使用、保存、更新以及查询的需求，并基于这些需求设计数据库的输入和输出等相关功能[9]。二是数据库概念结构设计，立足数据库需求分析，针对数据项和数据结构来设计数据库概念结构，以便能够满足用户需求，为后面的逻辑结构设计打好基础。三是数据库逻辑结构设计，用于支持数据项转化为数据库系统的数据模型[10]。

3.5 系统测试

设计开发基于GPS技术的电力巡检信息管理系统旨在检验系统内容，保证各功能模块可以正常发挥对应的功能。检验系统的设计状况与实现目标状况，需要测试移动设备登陆模块、电力巡检信息管理系统项录入模块以及GPS定位模块。登录模块主要是实现对合法用户的电力巡线系统登录管理，总体上包括登录和退出两个大方面的管理。电力巡检信息管理系统项录入模块是整个移动电力巡线系统维护与管理的关键，在移动巡线工作中占据重要的地位，能够及时录入与得知电力巡检信息管理系统状况，并进行相关事件的处理。GPS定位模块作为一种新型的技术模式，在移动电力巡线系统中具备良好的应用效果，并且在巡线人员位置确定方面具有关键性作用。

4 结 论

综上所述，设计与实现基于GPS技术的电力巡检信息管理系统，可以让工作人员在任何时间与地点开展业务管理工作，同时可以第一时间发现故障点并对其处理，实时掌握电力线路的运行状态，在很大程度上降低了员工的工作量，显著提升了工作效率，保证了电力系统的安全运行。