输电线路辅助移动巡检系统应用研究与设计

石磊

（上海宏力达信息技术股份有限公司）

0 引言

近年来，随着城市化进程的加速、经济的高速发展带来的基础市政建设大量上马，种植养殖产业的规模化发展，使得输电线路长度迅速增长。以浙江电力公司为例，截止2018年12月底，浙江电力公司管辖的110～1000kV交直流输电线路已达3925条，约54805km。

输电线路的主要任务是将电能从发电端输送到用电端，它的安全是保证整个电网稳定工作的首要条件。由于输电线路通常运行于复杂的自然环境，不仅要承受正常的机械载荷和电力负荷的内部压力，还要经受恶劣气候、地理条件、不良工况等非可控风险源的影响，这些因素都会对输电线路的安全、可靠运行构成威胁[1-3]。因此，对输电线路的巡视和检修是必不可少的一项工作。

在当前“强直弱交”大电网运行方式下，输电线路精益化管理的要求又不断提高，设备运维规模与运检人员配置的矛盾日益突出且将长期存在。目前浙江电力公司54805km规模的输电线路，运维人员只有1199人，缺员率达到35%，输电线路运维检修工作面临巨大挑战。同时目前传统巡检手段无法有效提升现场作业效率及巡检作业管理的穿透力，外协巡视、值守等辅助业务人员的管理手段又较为单一，如何提高辅助巡检人员现场作业的信息化水平，从根本上加强输电线路运维检修全过程管控，加强巡检作业数据的移动化及信息流转的自动化，是研究重点和亟待解决的问题[4]。

1 业务需求

移动终端巡检在电力公司内部并不是新技术，针对内部专业巡检人员的内网移动巡检系统已运行多年，最典型是基于低版本安卓系统开发，以PDA为运行载体巡检系统。由于其在电力内网运行，在系统安全性、数据安全性和流程规范性等方面符合国网公司要求，但是由于与互联网隔离且技术迭代不佳等原因，在技术先进性、应用灵活性、系统稳定性方面跟不上工作需要，不适用于众多的外部辅助巡检人员[5]。输电线路辅助移动巡检系统坚持“内外有别，双轨并行，应用简易，注重实效”原则，在电力外网运行，充分发挥互联网优势，重点突出系统实用化、智能化，补充内网巡检系统不足，专门针对辅助业务人员开展线路巡视、设备检测、缺陷隐患管控等工作。提高巡检质量、工作效率和监管水平[6]。

2 架构设计

2.1 系统总体架构

输电线路辅助移动巡检系统分为移动应用端和后台服务端两部分，移动应用端负责数据的采集和处理，后台服务端实现数据的汇总分析和业务管理，见图1。系统互联网支持云化部署，移动应用端通过移动互联网访问后台服务端（包括移动应用服务器、移动应用数据库服务器等）[7]；安全防护层负责后台服务端和移动应用端之间的数据交互、网络通信的安全保障。

2.2 技术路线

电力输电线路辅助移动巡检系统开发技术选型见表1。

2.3 功能架构设计

系统功能分为后台功能和移动端功能两部分，见图2。后台应用功能包括：巡视任务管理、缺陷隐患管理、危险点值守管理、检测管理；后台基础信息维护功能包括：作业指导卡管理、台账维护、设备维护、人员信息维护、角色权限维护和线路巡视区域维护；基础支撑方面包括：数据导入/导出、数据上传/下载、巡视轨迹查看和超时催办提醒等功能。

表1 技术路线选型

移动端应用功能包括：任务接单、到位登记、重点工作提醒、缺陷隐患登记、危险点登记、台账资料查询等功能；所用到的基础支撑功能包括：GPS定位、拍照录音、地图导航、消息推送、数据上传/下载等。

系统安全防护从网络安全、敏感数据加密、系统应用安全、日志审计和移动APP安全等几方面进行整体安全防护设计。

3 功能设计

3.1 基础数据维护管理

基础数据维护管理模块包括：作业指导卡管理功能、管理人员信息维护功能、外委人员信息维护功能、线路巡视区域维护功能、设备维护功能。以设备维护功能为例，设备维护模块包括新建、修改、保存、删除等基本功能，主页展示界面可根据管理人员要求调整显示字段，设备信息包括线路信息和杆塔信息，见表2、表3。

表2 线路信息包含字段表

表3 杆塔信息包含字段表

3.2 巡视任务管理

巡视任务管理提供巡视任务单维护、巡视任务单查询、巡视任务单管理、巡视任务单归档等功能。后台服务端具备巡视任务单新建、派发、修改、查询、删除、追回等功能，移动应用端负责任务单执行、反馈。管理人员根据巡视周期、巡视计划、巡视时间、巡视范围等进行巡检任务的编辑与派发，巡视人员根据巡检任务安排按时到岗到位。

以周期巡视为例，对巡视流程进行设计，见图3。后台服务端维护线路巡视周期，根据巡视周期生成巡视任务，移动作业时班组人员获取发布的巡视任务，对设备通道进行巡视工作，巡视结果实时回传后台服务端，巡视工作完成后填写巡视记录，数据回传后台服务端进行归档。

3.3 缺陷隐患管理

现场巡视人员发现缺陷或隐患提交给管理人员，管理人员选中该条信息后点击“审核”，通过后进入消缺管理流程，未消缺缺陷或隐患需巡视人员确认消除后变更状态为“已消缺”，已消缺缺陷进入验收阶段，验收通过流程结束。

3.4 危险点值守管理

危险点值守管理提供值守任务单维护、值守任务单查询、值守任务单管理、值守任务单归档共四大功能。后台服务端提供值守任务单新建、派发、修改、查询、删除、追回等功能，移动应用端应能够提供任务单执行、反馈。管理人员根据值守计划、值守时间等进行值守任务的编辑与派发，值守人员根据任务安排按时到岗到位。每日性任务可通过设置任务执行每日派发至值守人员终端。

3.5 检测管理

输电线路检测管理提供检测任务单、检测任务单查询、检测任务单管理、检测任务单归档共四大功能，后台服务端应能提供检测任务单新建、派发、修改、查询、删除、追回等功能。检测任务单划分未受理、已受理、执行中、已催办、已结束六种状态。对于未受理、已受理、执行中、已催办的检测任务单可以通过点击“催办”进行提醒。移动应用端应能提供任务单执行、反馈，根据使用用户设置不同权限。

3.6 系统功能

3.6.1 人员权限管理

为保障移动作业工作的正常开展，需在主站上进行组织机构、工作岗位、操作权限等方面初始设定。包括组织机构管理、人员管理、权限管理、角色管理等[9]。

3.6.2 系统日志管理

为便于员工总结阶段性工作以及领导考察每日工作，需要在主站上对日志进行管理。包括：终端接入日志列表查询、终端登录日志列表查询、主站登录日志列表查询、终端上传/下载作业日志列表查询、终端上传/下载作业日志列表查询等信息。

3.6.3 移动终端管理

管理人员对接入主站的终端的台帐及使用情况进行管理，方便了解掌握终端及终端使用情况。

4 系统数据视图

4.1 概念数据模型设计

输电线路辅助移动巡检系统的数据模型采用面向对象的分析方法，分析结果如图4所示。分为巡视任务、巡视任务执行、基础支撑三个主题。其中基础功能和移动作业支撑部分为上层业务提供数据、服务支撑。巡视任务管控包括巡视任务的编制、派单、巡视重点生成及巡视过程管控。巡视现场作业执行包括巡视任务的接收、巡视执行信息和作业指导卡填写、缺陷和隐患填报等。巡视过程智能交互管控实现巡视过程信息采集。

4.2 数据分类

从数据应用的不同角度对数据进行分类，不同类别的数据在存储、计算、传输时对应不同的要求和技术实现手段[10]。

根据国家电网公司数据分类原则，系统数据划分为结构化数据和非结构化数据[11]。结构化数据包括：巡视任务数据、巡视任务执行数据、基础支撑数据。非结构化数据包括图片、语音和视频等数据。详见表4。

4.3 数据流转

输电线路辅助移动巡检系统中数据流转情况如图5所示。

表4 数据分类清单

系统获得设备信息、运维班组、运维人员信息等台账信息[12]。

在巡视过程过程中，主站将巡视任务数据派发至移动终端，巡视人员填写巡视任务执行信息信息，将执行信息发送至系统后台。

5 安全防护设计

5.1 网络安全

防护内容包括防护OWASP常见威胁、0day漏洞快速防护和网站隐身。对PC或者APP的业务流量进行分析和识别，对存在安全风险特征的流量进行安全防护，将无安全风险的流量回源到服务器。避免后台服务器被恶意入侵，保障核心数据安全，解决因恶意攻击导致的服务器性能异常问题[13]。如系统部署于公有云，通常服务商都提供较全面的安全防护服务，系统建设单位根据自身安全等级要求购买相应的安全服务即可。

5.2 加密及敏感数据防护

系统做好安全防护及加密脱敏工作，安全防护框架遵循国家信息系统安全等级保护要求，基于国密算法套件实现数据传输过程加密处理，不应出现《国家电网公司密级范围的规定》中的涉密信息。

5.3 系统应用安全

采取完善的用户身份认证措施，包括用户及用户角色配置管理等，用户角色可关联设备或具体资源配置，登录时对用户密码等信息进行完整性校验。用户配置管理实现授权功能，通过管理员创建、修改、删除用户，基于用户、角色、操作命令设置不同的操作权限，用户按权限可以细分到具体的设备；用户角色通常划分为root、管理员、操作员三级，root拥有最高优先级的超级用户权限，可以配置、增加用户，删除用户、更改名称和号码等不敏感信息，但敏感信息是加密存储、不能更改。

对于密码存储和保密，需制定加密措施和管理策略，包括密码长度、复杂度、更新周期等要求。登录时对帐户密码等信息进行完整性的校验[14]。

5.4 日志审计

日志审计，日志管理功能对所有用户操作记录日志、系统运维日志、系统安全日志进行管理。通过日志管理监控用户操作，所有用户的登录及操作内容，以及系统的运行操作日志都会被记录下来；用户登录时，根据用户的IP地址、有效性、帐户密码进行校验，校验通过后分配用户可操作的权限。

5.5 移动终端APP安全

对辅助移动巡检APP进行深度加密、加壳保护，保护移动应用远离恶意破解、反编译、二次打包、内存抓取等威胁[15-16]。

6 结束语

输电线路是电能输送的重要载体，相当于人类的血管，因此对输电线路开展巡检是最重要的工作内容之一。本系统的研究和建设，有效减少输电线路辅助巡检人员因工作不到位、缺陷和隐患发现处理不及时、工作不规范而引发的电力事故[1]。通过科技手段武装辅助巡检人员，不仅提高了输电线路巡检工作效率，同时对电力线路安全运行和降低人为错误起到了积极作用。目前，该系统已在浙江公司开展试运行，有效提升了辅助巡检人员对输电线路的缺陷、隐患的排查率。提高输电线路运行的安全性、稳定性、和可靠性，有利于提升浙江公司的管理水平和企业形象[17]。