CN102044094A - 线路巡检管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线路巡检管理系统，包括用于采集巡检路线中巡检信息的采集收集模块(301)，所述巡检信息至少包括经纬度信息；该系统还包括：巡检轨迹分析模块(303)和巡检考核分析模块(304)；巡检轨迹分析模块(303)用于将预先生成的线路地图划分为若干个网格，根据采集收集模块(301)所采集的巡检信息生成巡检轨迹，将巡检轨迹与所述网格进行匹配，确认需要分析的候选线路；巡检考核分析模块(304)，用于计算巡检轨迹点和候选线路的考核点的距离，如果距离小于预定阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该考核点。本发明还公开了一种线路巡检管理方法。本发明方案可以极大简化巡检人员的操作，能够适应各种环境情况，并且成本低，易于推广。

Description

线路巡检管理系统及方法

技术领域

本发明涉及实时监控管理技术领域，特别涉及一种线路巡检管理系统及方法。

背景技术

作为承载信息的通信光缆，经常会因种种原因遭到破坏，一旦光缆发生阻断，就会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此随着通信系统在生产生活中发挥越来越重要的作用，对光缆维护质量的要求也就越来越高。为了确保管线的有效运行，通信运营商需要安排员工定期到野外巡回检查，观察和记录线路当前状态和周围情况，发现问题及时处理。

随着光缆基础网络的规模迅速扩大，光缆维护的工作量逐年增加，为了保障通信，相应要求投入更多的维护力量，增强维护手段，提高维护水平。巡检作为有效的主动预防手段，需要保证质量。另一方面，由于员工的素质和管理原因，野外巡回检查工作往往会漏岗，记录经常会被伪造，从而导致安全隐患的发生。针对上述情况，需要采用相应的线路巡检考核和管理手段，来保证巡检的质量。

近年来，基于信息钮或基于通用全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的线路巡检管理系统相继得到应用。信息钮方式通过在杆塔上安装信息钮、信息螺栓或条形码等自动识别器件，巡检人员用手持读取器去读取数据。但存在以下局限性：安装较为复杂，运用成本高；长期暴露在野外，容易遭到损坏；信息钮被取下，不用到现场就可以读取，不能完全防止作弊。因此，信息钮方式已基本淘汰，目前现网中基本没有运用了。

目前广泛采用的GPS线路巡检管理系统，通过带GPS功能的手持巡检器记录和比较巡检人员到达线路的位置，并以此为依据考核线路巡检的完成率。

申请号为200620136127.7的专利文献“野外设备巡回检查系统”要求保护一种野外设备巡回检查系统，由手持巡线仪、上位终端、服务器和桌面电脑构成；手持巡线仪接收GPS信号，同时按照应用程序编发巡检记录，通过GSM网络发送信息；上位终端接收手持巡线仪发送的信息，通过电缆与服务器连接，将信息存储在服务器中，服务器通过internet网与桌面电脑连接，桌面电脑中安装巡检应用系统软件，将手持巡线仪发来的信息进行显示，并修改后台数据库。

申请号为200510094767.6的专利文献“GPS智能巡检系统”要求保护一种GPS智能巡检系统，由GPS定位系统、GSM/GPRS无线通讯网络、中心管理系统和手持终端组成，所述手持终端为巡检人员随身携带的移动设备，数量≥2，结构主要由单片机系统、GPS模块、通信模块、显示模块、输入模块和电源管理模块组成；所述中心管理系统为巡检系统的管理中心，它主要由中心管理软件、通信软件、计算机和数据库系统组成。

对以上各种GPS线路巡检管理系统进行分析，可以看出，现有的GPS线路巡检管理系统具有以下局限：

1)采用的是专用厂家巡检器，价格昂贵，而且需要巡检人员在巡检器上执行各项操作，但野外线路巡检人员常聘请当地农民，文化水平不高，较难掌握这些设备，因此需要付出较高的设备成本以及培训成本；

2)网格中存在各种走向和路由的光缆，甚至成网状的多个光缆，而巡检轨迹一般是针对某个走向光缆。将巡检信息与整个光缆网络进行对比，所需计算量巨大，对于后端处理系统的要求很高，部署成本相对较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种线路巡检管理系统及方法，相对于现有技术降低了对设备的依赖，可以极大降低成本。

本发明实施例提出的一种线路巡检管理系统，包括用于采集巡检路线中巡检信息的采集收集模块(301)，所述巡检信息至少包括经纬度信息；该系统还包括：巡检轨迹分析模块(303)和巡检考核分析模块(304)；

巡检轨迹分析模块(303)用于将预先生成的线路地图划分为若干个网格，根据采集收集模块(301)所采集的巡检信息生成巡检轨迹，将巡检轨迹与所述网格进行匹配，确认需要分析的候选线路；

巡检考核分析模块(304)，用于计算巡检轨迹点和候选线路上与所述轨迹点对应的考核点的距离，如果距离小于预定阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该考核点。

较佳地，该系统进一步包括线路编辑模块(302)；

所述采集收集模块(301)还用于采集路由轨迹和地标数据；

所述线路编辑模块(302)用于将采集收集模块(301)所采集的路由轨迹和地标数据形成线路地图。

其中，所述巡检考核分析模块(304)还可以进一步用于计算已覆盖的光缆考核点与考核点总数的比值得到巡检的到位率。

较佳地，该系统进一步包括巡检查询和核查模块(305)，用于在预先生成的线路地图中抽取M个坐标作为考核点，动态生成包含所抽取的考核点的巡检考核计划，将巡检考核计划发布到线路巡检终端，M为自然数。

较佳地，该系统进一步包括故障隐患管理模块(306)；

所述采集收集模块(301)所采集的巡检信息进一步包括线路受灾和隐患信息；

所述故障隐患管理模块(306)用于判断所述采集收集模块(301)所采集的巡检信息中是否包含线路受灾和隐患信息，若是，则定位发生故障的准确位置及周边的位置信息。

所述故障隐患管理模块(306)还可以进一步用于记录历史线路故障的位置信息和解决情况，并显示在线路地图上。

所述故障隐患管理模块(306)还可以进一步用于根据历史线路故障的位置信息确定故障多发区域，在所述线路地图上突出显示所述故障多发区域。

其中，所述巡检轨迹分析模块(303)进一步包括：

特征点提取单元，用于提取候选线路的特征点，以及所述巡检轨迹中的特征点；

映射单元，将所述两组特征点分别依次连接，形成两条多折线，把折线轮廓看作三角形首尾衔接而成，采用几何分析法计算三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值等差异值，若所述差异值小于规定的阈值，则确定所述候选线路为需要分析的候选线路。

所述巡检轨迹分析模块(303)还可以进一步包括：

过滤单元，根据GPS信号处理规则过滤掉巡检信息中异常的经纬度信息；

插值单元，用于对巡检信息中缺失的经纬度信息进行插值，得到连续的巡检轨迹。

本发明实施例提出的一种线路巡检管理方法，包括如下步骤：

A、线路巡检终端在移动过程中获取经纬度信息，向将包含所述经纬度信息的巡检信息传送至后端；

B、后端将预先生成的线路地图划分为若干个网格，将所述巡检信息与所述网格进行匹配，确认需要分析的候选线路；

C、计算巡检轨迹点和候选线路上与所述轨迹点对应的考核点的距离，如果距离小于预定阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该考核点。

较佳地，所述步骤A之前，进一步包括：

后端在预先生成的线路地图中抽取M个坐标作为考核点，动态生成包含所抽取的考核点的巡检考核计划，将巡检考核计划发布到线路巡检终端，M为自然数。

其中，所述预先生成的线路地图的生成过程包括如下步骤：

线路采集终端沿着光缆移动，并沿途记录路由轨迹和地标数据；

将线路采集终端所采集的路由轨迹和地标数据传送到后端；

后端将路由轨迹和地标数据以及相应经纬度信息形成线路地图。

所述步骤C之后还可以进一步包括：

计算已覆盖的光缆考核点与考核点总数的比值得到巡检的到位率。

较佳地，所述步骤C之后进一步包括：

D、判断所述巡检信息中是否包含线路受灾和隐患信息，若是，则定位发生故障的准确位置及周边的位置信息；

E、记录历史线路故障的位置信息和解决情况，并显示在线路地图上。

较佳地，所述步骤E之后还可以进一步包括：

根据历史线路故障的位置信息确定故障多发区域，在所述线路地图上突出显示所述故障多发区域。

较佳地，所述步骤B包括：

B1、根据GPS信号处理规则过滤掉巡检信息中异常的经纬度信息；

B2、对巡检信息中缺失的经纬度信息进行插值，得到连续的巡检轨迹；

B3、提取候选线路的特征点，以及所述巡检信息中的经纬度信息构成的巡检轨迹中的特征点；

B4、将所述两组特征点分别依次连接，形成两条多折线，把折线轮廓看作三角形首尾衔接而成，采用几何分析法计算三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值等差异值，若所述差异值小于规定的阈值，则确定所述候选线路为需要分析的候选线路。

较佳地，所述步骤B4包括：

将候选线路以及巡检轨迹上三个连续的特征点构成三角形；

计算两组特征点三角形中，序号最小的特征点到其他两特征点边长差的绝对值分别为d1、d2；所在三角形夹角差θ1；任意一边相对水平坐标线交角差θ2，构造匹配度度量函数：

f(d1，d2，θ1，θ2)＝ω_d1×d1+ω_d2×d2+ω_θ1×θ1+ω_θ2×θ2＜ω_f

ω_d1，ω_d2和ω_θ1，ω_θ2分别为边长d和夹角θ在匹配度度量函数中所占的权重，且满足关系式＝ω_d1+ω_d2+ω_θ1+ω_θ2＝1，ω_f为设定的阈值；

当f(1，d2，θ1，θ2)小于阈值ω_f，则确认两三角形存在相似，轨迹特征点所代表的巡检轨迹与候选线路匹配。

如果所述步骤B所找到的候选线路的数目大于1，则步骤B4之后进一步包括：

B5、利用巡检轨迹方向与候选线路方向的相似性，巡检轨迹点与候选线路的接近程度，巡检轨迹与候选线路线段的接近程度和/或巡检轨迹与候选线路拓扑相似性，计算候选线路的特征值，取特征值最高的候选线路进行步骤C的处理。

从以上技术方案可以看出，前端的线路巡检终端，仅需要简单地在巡检过程中采集经纬度信息，易于操作，可以采用市场上通用的手机+GPS模块作为线路巡检终端，从而降低部署和培训成本；后端通过网格化处理来匹配候选线路，大大压缩了信息量，使得计算量小，对于后端设备的处理要求大大降低，也降低了后端设备的成本。

更进一步地，本发明方案还可以过滤异常的经纬度信息，以及插值得到缺失的经纬度信息，可以克服GPS信号不好或存在定位误差所带来的问题，更好地适应复杂的环境状况；巡检考核点由后端随机抽取，杜绝了作弊发生的可能性。

附图说明

图1为本发明实施例的线路点采集流程图；

图2为本发明实施例的巡检管理流程图。

图3为本发明实施例的线路巡检管理系统的逻辑架构图；以及

图4为本发明实施例提出的线路巡检管理系统的网络架构图。

具体实施方式

本发明提出的线路巡检管理方案采用通用的蓝牙GPS记录器、智能手机作为现场终端，利用终端的GPS功能采集巡检路线上的经纬度信息，将所述经纬度信息作为巡检信息，极大降低了对GPS巡检记录器的要求，降低其操作复杂度，对硬件厂家无依附性。因为是商业化产品本身价格低廉、采购方便、维护保障简便。

巡检管理，实质上是考核目标(预先采集的光缆线路图)和考核过程中采集的巡检信息之间的数据比较分析。本发明方案主要包括两个阶段，第一阶段为线路点采集阶段，主要包括光缆线路图(预先采集和修正的光缆上各位置点的经纬度坐标)的采集；第二阶段为巡检管理阶段，其目的是对采集的巡检信息进行核查，主要包括如下要点：

巡检过程中巡检信息的采集；

通过光缆线路图与巡检信息的匹配确定候选线路；

根据候选线路与巡检信息的对比得到巡检完成率。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述。

图1所示为本发明实施例第一阶段即线路点采集阶段的处理流程，包括如下步骤：

步骤101：采集工作人员携带线路采集终端沿着光缆移动，并沿途记录路由轨迹和地标数据。线路采集终端中具有GPS模块，通过与GPS卫星的交互，记录下沿途的经纬度信息，经纬度信息按照采集的顺序排列则构成路由轨迹。地标数据则是各人手井或杆路记录，也可以包含沿途的地貌特征、标志性建筑等地理信息，可以是图像、文字或两者的组合。

步骤102：将线路采集终端所采集的路由轨迹和地标数据传送到后端。

步骤103：后端将路由轨迹和地标数据以及相应经纬度信息标注在电子地图上，形成光缆线路图。

上述流程在对现网数据、在建工程、线路割接变化后进行，实现数据的采集或更新。对移交的在建工程线路，实现采集数据核查，然后转维护。线路迁改割接的数据采集和割接流程相结合，通过流程确保数据能有效更新和审核。

图2为本发明实施例第二阶段即巡检管理阶段的处理流程，包括如下步骤：

步骤201：后端的业务服务器结合历史故障和灾害信息，根据一定比例和方式在预先生成的光缆线路地图中抽取M个坐标作为考核点，动态生成包含所抽取的考核点的巡检考核计划，M为自然数。考核点的状态均为未巡检。

以下给出根据一定比例和方式抽取考核点的示例。假如对于长度为L的光缆，一般设定抽取10个考核点。现在光缆长度为2L，则需要抽取的考核点的数目为20个，则通常情况下按照等距原则在光缆线路上等间距地抽取20个坐标作为考核点。如果近期发生过故障灾害，且发生频率超过考核指标，可以增加考核点数目，例如设定要抽样的考核点数M＝30个，在所有光缆线路坐标点中，采用等距抽样方法抽出这30个点；或者，先抽取发生过故障灾害的坐标作为考核点，然后再等距抽取剩下的考核点。

步骤202：后端将巡检考核计划发布到线路巡检终端。可以通过短信、彩信或电子邮件等方式发布巡检考核计划。

步骤203：巡检人员携带线路巡检终端，依据巡检考核计划移动。线路巡检终端在此移动过程获取经纬度信息。巡检人员在巡检过程中打开线路采集终端电源，观察GPS信号正常后，沿线路行走巡检即可，不用在设备上做任何操作。线路采集终端按规定间隔周期(1秒-10秒)自动记录下巡检人员所在位置的经纬度信息。

较佳地，线路巡检终端还可以同时采集线路受灾和隐患信息，所述线路受灾和隐患信息可以包括现场图片以及文字描述信息。线路巡检终端将所记录的经纬度信息以及线路受灾和隐患信息作为巡检信息通过无线链路实时发送至后端。

步骤204：后端对所收到的巡检信息进行分析，检查巡检覆盖的光缆和光缆巡检到位率和缺失率，并将线路巡检记录呈现在图像化的光缆线路图中，所述线路巡检记录包括已完成考核点以及未完成考核点。

该步骤包括如下子步骤：

204a：将光缆线路地图进行网格化处理，即将光缆线路地图划分为若干个网格。

204b：将巡检信息与所述网格进行匹配，快速确认需要分析的候选光缆线路。

相对于光缆地理信息数据，巡检采集的数据集在一个较小的区域范围内的。首先参照地图上经纬线对地球表面的区域划分。将所有光缆所在区域划分成一个个独立矩形网格，建立每个网格包含或相交的所有光缆编号索引表。分析巡检采集数据所在的网格，通过网格对应可以确认巡检可能相关的光缆。

要准确识别网格中的候选光缆线路是否是巡检轨迹覆盖的光缆线路，需要将光缆地标数据和巡检记录的轨迹数据集做匹配，而匹配速度和精度是主要指标。如果采用穷举搜索的方法在每个数据上都进行匹配运算，会浪费了大量的时间，影响匹配速度。

本发明实施例采用基于特征点的几何匹配算法，通过提取光缆线路的特征点，提取光缆的显著几何特征，将光缆的显著几何特征与巡检信息中的经纬度信息轨迹的几何特征进行对比，从而匹配到候选光缆，可以大大压缩要分析的信息量，使得计算量小，速度较快。具体做法如下：

采用等距抽样提取候选光缆线路的特征点，利用几何匹配确定光缆线路。光缆线路和巡检轨迹的特征点连接形成两条多折线。把折线轮廓看作三角形首尾衔接而成，采用几何分析法计算三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值，利用三角形相似原理确定两组特征点之间的映射关系。

设三个连续的特征点构成三角形，候选光缆线路特征点构成的三角形为Δabc，巡检线路特征点构成的三角形为ΔABC。

两组特征点三角形中，序号最小的特征点到其他两特征点边长差的绝对值分别为d1、d2；即|ab-ac|＝d1，|AB-AC|＝d2；所在三角形夹角差θ1，即|∠bac-∠BAC|＝θ1；任意一边相对水平坐标线交角差θ2，即ab与水平坐标的夹角与AB与水平坐标的夹角之差的绝对值＝θ2，构造匹配度度量函数：

f(d1，d2，θ1，θ2)＝ω_d1×d1+ω_d2×d2+ω_θ1×θ1+ω_θ2×θ2＜ω_f

ω_d1，ω_d2和ω_θ1，ω_θ2分别为边长d和夹角θ在匹配度度量函数中所占的权重，且满足关系式＝ω_d1+ω_d2+ω_θ1+ω_θ2＝1，ω_f为设定的阈值。当f(d1，d2，θ1，θ2)小于阈值ω_f，则确认两三角形存在相似，轨迹特征点所代表的巡检轨迹与候选光缆匹配。

以上仅是为了清楚地阐述本发明方案而举的一个具体示例，并不用以将本发明采用的几何匹配算法限定于上述具体形式。本领域技术人员基于上述具体算法的思想，根据三角形相似原理构造的其他两组特征点之间的映射关系的算法均应在本发明方案的保护范围之内。

204c：判断巡检信息中的经纬度信息是否符合候选光缆上的考核点，若是，则将该考核点的状态标示为已巡检，并实时计算出已巡检的考核点占全部考核点的比率作为到位率，未巡检的考核点占全部考核点的比率作为缺失率。所述判断是否符合，实际上就是计算巡检轨迹点与候选光缆线路上对应的考核点之间的距离，如果距离小于阈值则符合。该阈值通常可取为GPS定位的误差值。

由于在城区中光缆密集、光缆路由形状复杂，如两条平行道路上的光缆距离可能只有几十米，如果巡检轨迹点由于GPS误差正好在中间区域，可能找到的候选线路多于一条，则需要进行进一步甄别。

甄别算法利用巡检方向与光缆方向的相似性(角度差)、巡检点与光缆线段的接近程度(距离差)、巡检轨迹与光缆线段的接近程度(距离差)、和/或巡检轨迹与线路拓扑相似性(考虑多个点前三个差值的递归影响)，通过设置这些值的经验权值然后加总得到线路特征值，特征值最高的光缆作为匹配路段。确认光缆后计算巡检轨迹点和光缆考核点的距离，如果距离小于特定的阈值，则确认巡检已到达光缆考核点。

以下给出甄别算法的一个具体示例：

1)设巡检轨迹点k到巡检终点的连线称为巡检线段k。巡检线段k与候选光缆线路之间的夹角(锐角部分)为δ，V(k)＝cos(δ)，V(k)是巡检方向与光缆方向的相似度。

2)巡检轨迹点k到光缆线段的垂直距离D(k)。垂直距离越小，权值就越高，D(k)代表轨迹点到光缆线段接近度。

3)连续巡检轨迹点k-1和k组成的线段是否与候选光缆线路物理相交，用它们之间的夹角θ(锐角)表示。H(k)＝cos(θ)，H(k)代表巡检线路到光缆线段接近度。

4)特征值可以通过计算上述参数的加权和得到，因此候选线路的特征值计算如下：

C(k)＝α×V(k)+β×D(k)+ω×H(k)

其中α、β、ω为各加权参数的权值，计算所有光缆候选线段的特征值C(k)，特征值最大的线段作为巡检点的匹配光缆线段。

如果两条光缆线段的特征值差异很小，则采用递归方法引入多个巡检点来完成，直到找到相关光缆，此时下一时刻的C(k)大小要受到上一时刻值的影响。计算公式改成

C(k)＝α×V(k)+β×D(k)+ω×H(k)+λ×C(k-1)

逐步加大轨迹点的数据数目，继续跟踪直到两条路段的C(k)值差异能确定线路为止。

以上仅是为了清楚地阐述本发明方案而举的一个具体示例，并不用以将本发明采用的巡检到位率算法限定于上述具体形式。本领域技术人员基于上述具体算法的思想构造的其他巡检到位率算法均应在本发明方案的保护范围之内。

步骤205：对巡检过程中遇到的线路隐患和受灾情况，启动故障隐患申报流程。

本发明实施例提供多种方式隐患和受灾信息收集，包括：

1、手工在光缆线路地图上增加受灾或隐患信息；

2、通过客户端/服务器(Client/Server，C/S)方式或浏览器/服务器(Brower/Server，B/S)方式向后端导入受灾或隐患文件；

3、通过无线通信方式向后端传送受灾或隐患信息；

通过上述任何方式导入或输入数据，能启动故障隐患申报流程，操作人员能选择重要的受灾信息发起故障隐患管理流程；并通过流程执行受灾信息监控和告知；在流程运行工程中，维护单位可以定期反馈线路维护情况。

当流程完毕后自动对相应的受灾信息进行消除。

所有故障隐患信息能在地图上呈现并跟踪。

通过图表提供多个维度的受灾信息统计，统计包括受灾区域、类型、时间、程度、光缆级别的。

本发明实施例还提出了一种线路巡检管理系统，可以实现图1和图2所示的处理过程。该线路巡检管理系统的逻辑架构如图3所示，包括：采集收集模块301、线路编辑和呈现模块302、巡检轨迹分析模块303、巡检考核分析模块304、巡检查询和核查模块305、故障隐患管理模块306。

所述采集收集模块301用于采集路由轨迹和地标数据；以及采集巡检路线中巡检信息，巡检信息至少包括经纬度信息，还可以包括线路受灾和隐患信息。采集收集模块301相当于包含了前述线路巡检终端和线路采集终端的功能，是该系统的前端。

巡检轨迹分析模块303用于将预先生成的线路地图划分为若干个网格，根据采集收集模块301所采集的巡检信息生成巡检轨迹，将巡检轨迹与所述网格进行匹配，确认需要分析的候选线路；

巡检考核分析模块304，用于计算巡检轨迹点和候选线路上与所述轨迹点对应的考核点的距离，如果距离小于预定阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该考核点。

较佳地，所述采集收集模块301还用于采集路由轨迹和地标数据；

所述线路编辑模块302用于将采集收集模块301所采集的路由轨迹和地标数据形成线路地图。

所述巡检考核分析模块304进一步用于计算已覆盖的光缆考核点与考核点总数的比值得到巡检的到位率。

该系统进一步包括巡检查询和核查模块305，用于在预先生成的线路地图中抽取M个坐标作为考核点，动态生成包含所抽取的考核点的巡检考核计划，将巡检考核计划发布到线路巡检终端，M为自然数。

较佳地，所述采集收集模块301所采集的巡检信息进一步包括线路受灾和隐患信息；

所述故障隐患管理模块306用于判断所述采集收集模块301所采集的巡检信息中是否包含线路受灾和隐患信息，若是，则定位发生故障的准确位置及周边的位置信息。

所述故障隐患管理模块306进一步用于记录历史线路故障的位置信息和解决情况，并显示在线路地图上。

所述故障隐患管理模块306进一步用于根据历史线路故障的位置信息确定故障多发区域，在所述线路地图上突出显示所述故障多发区域。

所述巡检轨迹分析模块303进一步包括：

特征点提取单元，用于提取候选线路的特征点，以及所述巡检轨迹中的特征点；

映射单元，将所述两组特征点分别依次连接，形成两条多折线，把折线轮廓看作三角形首尾衔接而成，采用几何分析法计算三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值等差异值，若所述差异值小于规定的阈值，则确定所述候选线路为需要分析的候选线路。

所述巡检轨迹分析模块303还可以进一步包括：

过滤单元，根据GPS信号处理规则过滤掉巡检信息中异常的经纬度信息；

插值单元，用于对巡检信息中缺失的经纬度信息进行插值，得到连续的巡检轨迹。

图3所示的线路巡检管理系统，仅是从逻辑层面上抽象出来的系统架构，为使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明方案，以下给出一种由实体设备组成的线路巡检管理系统，该系统可以看作上述逻辑层面的线路巡检管理系统的具体实现。

图4示出了本发明实施例的由实体设备组成的线路巡检管理系统，包括GPS卫星401、线路采集终端402、线路巡检终端403、办公用机404、网管中心维护终端405、办公网406、防火墙407、生产网408、数据库服务器409、交换机410以及业务服务器411。

GPS卫星401就是GPS系统中的卫星。

线路采集终端402用于采集光缆的路由轨迹和地标数据。采集工作人员携带线路采集终端402沿着光缆移动，并沿途记录路由轨迹和地标数据。线路采集终端402中具有GPS模块，通过与GPS卫星401的交互，记录下沿途的经纬度信息，经纬度信息按照采集的顺序排列则构成路由轨迹。地标数据则是沿途的地貌特征、标志性建筑等地理信息，可以是图像、文字或两者的组合。所采集的路由轨迹和地标数据输入网管中心维护终端405。线路采集终端402的数目不限，通常应大于1。

线路巡检终端403用于采集巡检路线中巡检信息。巡检信息包括经纬度信息、线路受灾和隐患信息、以及采集的时刻信息。巡检人员携带线路巡检终端403，依据接收自办公用机404的巡检考核计划移动，线路巡检终端403在此移动过程中与GPS卫星401交互得到一系列经纬度信息。线路巡检终端403同时采集线路受灾和隐患信息，所述线路受灾和隐患信息可以包括现场图片以及文字描述信息。线路巡检终端403将所记录的经纬度信息以及线路受灾和隐患信息通过无线链路实时发送至办公用机404。

线路采集终端402和线路巡检终端403是系统的前端，对应于图3所示系统中的采集收集模块301。线路采集终端402和线路巡检终端403可以由相同的设备来实现，当然也可以用不同的设备实现。为降低应用门槛和让使用者更熟悉设备操作方式，可以采用市场上常见的手机+GPS模块，或者内置GPS模块的手机来实现。手机和GPS模块都是通用的，可由用户选择多个厂家的品牌，自己安装和升级程序，灵活性超过传统的采集器。

办公用机404和网管中心维护终端405均通过计算机网络连接交换机410，并通过交换机410实现与数据库服务器409以及业务服务器411的连接。由于办公用机404部署相对分散，因此部署于分散的办公网406中。而网管中心维护终端405部署于相对集中的生产网408中。办公网406属于外部网络，生产网408属于内部网络，为了保证安全，在两者之间部署防火墙407。

办公用机404用于接收来自业务服务器411的动态巡检考核计划，并将所述动态巡检计划发送至线路巡检终端403。接收来自线路采集终端402的巡检信息，并将其发送至业务服务器411。

网管中心维护终端405用于接收来自线路采集终端402的路由轨迹和地标数据及经纬度信息，并将其转发至业务服务器411。

业务服务器411是本系统中的核心处理服务器。在线路点采集阶段，业务服务器411接收来自网管中心维护终端405的路由轨迹和地标数据，将所述路由轨迹和地标数据标示在电子地图中，形成光缆线路地图。在巡检阶段，业务服务器411通过一定比例和方式抽取光缆线路地图线路采集的坐标，动态生成包含所抽取的坐标的巡检考核计划，并将所述巡检考核计划发送至办公用机404。抽取的巡检点可以定期动态更新，可以按业务需要设定不同的密度，而且均匀分布在线路各个位置，巡检人员无法预测和掌握规律，有效避免人为作弊情况。业务服务器411接收来自办公用机404的经纬度信息，利用GPS信号处理规则过滤掉异常定位数据。有些时候GPS信号突然漂移，和前后的信号差异非常大，属于异常信号，需要将异常信号除去不予考虑，这被称为过滤；并对失去信号部分进行有效插值，一般可采用多元线性回归法算法，通过已存在的采集点和采集频率，可以确定缺失点的数量，根据缺失点前后已有的采集有效点，通过多元回归计算出需要的缺失点数据，得到完整的巡检轨迹数据。相对于光缆地理信息数据，巡检采集的数据集在一个较小的区域范围内的，因此针对巡检轨迹数据，可以通过网格方式筛选，在大量光缆中筛选出和巡检可能相关的光缆。具体做法如下：

首先参照地图上经纬线对地球表面的区域划分，将所有光缆所在区域划分成一个个独立矩形网格，建立每个网格包含或相交的所有光缆编号索引表；

分析巡检采集数据所在的网格，通过网格对应可以确认巡检可能相关的光缆，出相关范围内的待匹配光缆线路；

接着，采用特征点轨迹匹配算法来对光缆线路地图进行快速匹配，以提高算法效率。光缆的特征点采用已抽取的考核点，巡检轨迹点按同样的抽样比例，抽取巡检轨迹特征点。光缆线路和巡检轨迹的特征点分别连接形成两条多折线，系统采用几何匹配方法计算两条折线的相似度，几何匹配算法实质上是计算折线状物体的几何相似度过程。系统将三个特征点连接成三角形，计算巡检轨迹和光缆线路两个三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值，如果所述差异值小于规定的阈值，则可以根据三角形相似原理确定两组特征点之间的相似，当然如果多组差异值小于阈值时，选择最小的差异值对应的光缆线路作为匹配光缆。也即该巡检轨迹和光缆有关，需要进行光缆考核完成率分析。

最后通过地图匹配算法本系统采用地图匹配算法，将巡检轨迹点与光缆线路相匹配，定位投影到光缆线路上。通过距离确认光缆考核点的匹配，得到光缆巡检的完成率。算法利用巡检方向与光缆方向的相似性(角度差)、巡检点与光缆线段的接近程度(距离差)、巡检轨迹与光缆线段的接近程度(距离差)、巡检轨迹与线路拓扑相似性(考虑多个点前三个差值的递归影响)，通过设置这些值的经验权值然后加总得到比较权重，权重最高的光缆作为匹配路段。确认光缆后计算巡检轨迹点和光缆考核点的距离，如果距离小于特定的阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该光缆考核点。

用上述算法逐段分析所有巡检轨迹点和光缆，确定巡检轨迹点覆盖的相应线路特征点，将其与特征点总数的比值作为特征点匹配率，也就是出巡检完成率。业务服务器411还用于在光缆线路地图上进行呈现巡检信息中的线路受灾和隐患信息。

业务服务器411进一步可以实现如下功能：

记录历史光缆线路故障的位置信息和解决情况，并显示在光缆线路地图上，据此确定故障多发区域，对故障多发区域进行突出显示；判断线路故障对业务的影响，周围可调度的其他线路路由，给维护人员提供判断辅助信息；线路和故障都有经纬度信息，显示在电子地图上，在地图上显示密度大的就是故障多发地点，如果单位面积故障超过用户要求，就是多发区域，显示时显示不同颜色。一条线路断了两端机房连接不上，找同样两机房之间的其他连线就是可调度路由。

在光缆线路出现阻断故障时，业务服务器411与光缆监控系统进行关联，定位故障的准确位置及周边的位置信息，相关故障点经纬度信息发送到抢修队伍手机上，通过手机配合GPS能快速查找到故障位置，在故障现场能通过手机拍摄现场照片，实时传送到中心，便于管理人员评估灾害和指挥抢修。

光缆监控系统测试出线路中断点距离机房的长度，根据线路在地图位置和长度，计算出中断点长度位置，在线路地图上的位置，就可以通过地图取道经纬度，将经纬度信息通过短信发给维护人员，有经纬度就可以像导航软件标目标一样在手机上标出中断点位置。GPS采集当前位置，可以了解到距离中断点的位置、距离和方位，便于指导人员查找中断点位置。手机拍照后的现场文件，通过GPRS传送到服务器，可以很快看到现场情况

数据库服务器410则用于存储并动态更新业务服务器411处理过程中涉及的数据，包括电子地图，光缆线路地图，线路受灾和隐患信息及其对应的时间信息。

为克服现有线路巡检管理系统的不足，本发明在硬件选型、操作简化、减低成本、提高可靠性、巡检考核算法创新方面对现有GPS线路巡检管理系统进行改进。本发明方案可以采用市场上普通的非智能型GPS记录器(市场上用于和PDA、智能手机配套的蓝牙GPS，内部带存储卡能记录经纬度数据，典型的代表如Sony GPS-CS1、Gosget高格MB-688L等)记录巡检人员行走轨迹。其成本只有专用GPS巡检器的十分之一，操作上只需要巡检员开启电源按钮，观察GPS信号指示灯正常即可。后台系统采用全新的巡检数据匹配算法，通过强化后台处理能力，来提高系统可靠性，减少对现场巡检设备性能的依赖。为获得线路上的资料数据，作为巡检考核和比较依据，采用智能手机开发相应采集程序配合GPS记录器的方式作为数据采集器，因为智能手机可以基于手机操作系统进行编程，其界面、功能和灵活性超过了传统的专用采集器，且效率得到极大的提高。

为了获得巡检地段的光缆线路的故障隐患一手资料。利用手机上开发的应用程序和拍照功能，在巡检和抢修过程中拍摄下隐患现场照片、记录隐患信息、自动记录隐患点经纬度，在系统的电子地图线路位置上进行直观展现。

采集和隐患信息由具有一定技术基础的技术人员来执行，能使用和掌握手机上的应用系统。本系统同时也可以在交通、油田、林业、电力等有大量的管道和线路的单位使用。只要将上述实施例中提到的光缆线路替换为道路、输油管道、森林防火通道、输电线路等线路，就可以很方便地移植本发明方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种线路巡检管理系统，包括用于采集巡检路线中巡检信息的采集收集模块(301)，所述巡检信息至少包括经纬度信息；其特征在于，该系统还包括：巡检轨迹分析模块(303)和巡检考核分析模块(304)；

巡检轨迹分析模块(303)用于将预先生成的线路地图划分为若干个网格，根据采集收集模块(301)所采集的巡检信息生成巡检轨迹，将巡检轨迹与所述网格进行匹配，确认需要分析的候选线路；

巡检考核分析模块(304)，用于计算巡检轨迹点和候选线路上与所述轨迹点对应的考核点的距离，如果距离小于预定阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该考核点。

2.根据权利要求1所述的线路巡检管理系统，其特征在于，该系统进一步包括线路编辑模块(302)；

所述采集收集模块(301)还用于采集路由轨迹和地标数据；

所述线路编辑模块(302)用于将采集收集模块(301)所采集的路由轨迹和地标数据形成线路地图。

3.根据权利要求1所述的线路巡检管理系统，其特征在于，所述巡检考核分析模块(304)进一步用于计算已覆盖的光缆考核点与考核点总数的比值得到巡检的到位率。

4.根据权利要求1所述的线路巡检管理系统，其特征在于，该系统进一步包括巡检查询和核查模块(305)，用于在预先生成的线路地图中抽取M个坐标作为考核点，动态生成包含所抽取的考核点的巡检考核计划，将巡检考核计划发布到线路巡检终端，M为自然数。

5.根据权利要求1所述的线路巡检管理系统，其特征在于，该系统进一步包括故障隐患管理模块(306)；

所述采集收集模块(301)所采集的巡检信息进一步包括线路受灾和隐患信息；

所述故障隐患管理模块(306)用于判断所述采集收集模块(301)所采集的巡检信息中是否包含线路受灾和隐患信息，若是，则定位发生故障的准确位置及周边的位置信息。

6.根据权利要求5所述的线路巡检管理系统，其特征在于，所述故障隐患管理模块(306)进一步用于记录历史线路故障的位置信息和解决情况，并显示在线路地图上。

7.根据权利要求6所述的线路巡检管理系统，其特征在于，所述故障隐患管理模块(306)进一步用于根据历史线路故障的位置信息确定故障多发区域，在所述线路地图上突出显示所述故障多发区域。

8.根据权利要求1至7任一项所述的线路巡检管理系统，其特征在于，所述巡检轨迹分析模块(303)进一步包括：

特征点提取单元，用于提取候选线路的特征点，以及所述巡检轨迹中的特征点；

映射单元，将所述两组特征点分别依次连接，形成两条多折线，把折线轮廓看作三角形首尾衔接而成，采用几何分析法计算三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值等差异值，若所述差异值小于规定的阈值，则确定所述候选线路为需要分析的候选线路。

9.根据权利要求1至7任一项所述的线路巡检管理系统，其特征在于，所述巡检轨迹分析模块(303)进一步包括：

过滤单元，根据GPS信号处理规则过滤掉巡检信息中异常的经纬度信息；

插值单元，用于对巡检信息中缺失的经纬度信息进行插值，得到连续的巡检轨迹。

10.一种线路巡检管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、线路巡检终端在移动过程中获取经纬度信息，向将包含所述经纬度信息的巡检信息传送至后端；

B、后端将预先生成的线路地图划分为若干个网格，将所述巡检信息与所述网格进行匹配，确认需要分析的候选线路；

C、计算巡检轨迹点和候选线路上与所述轨迹点对应的考核点的距离，如果距离小于预定阈值，则确认巡检轨迹点已覆盖该考核点。

11.根据权利要求10所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述步骤A之前，进一步包括：

后端在预先生成的线路地图中抽取M个坐标作为考核点，动态生成包含所抽取的考核点的巡检考核计划，将巡检考核计划发布到线路巡检终端，M为自然数。

12.根据权利要求10所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述预先生成的线路地图的生成过程包括如下步骤：

线路采集终端沿着光缆移动，并沿途记录路由轨迹和地标数据；

将线路采集终端所采集的路由轨迹和地标数据传送到后端；

后端将路由轨迹和地标数据以及相应经纬度信息形成线路地图。

13.根据权利要求10所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述步骤C之后进一步包括：

计算已覆盖的光缆考核点与考核点总数的比值得到巡检的到位率。

14.根据权利要求10所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述步骤C之后进一步包括：

D、判断所述巡检信息中是否包含线路受灾和隐患信息，若是，则定位发生故障的准确位置及周边的位置信息；

E、记录历史线路故障的位置信息和解决情况，并显示在线路地图上。

15.根据权利要求14所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述步骤E之后进一步包括：

根据历史线路故障的位置信息确定故障多发区域，在所述线路地图上突出显示所述故障多发区域。

16.根据权利要求10至15任一项所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、根据GPS信号处理规则过滤掉巡检信息中异常的经纬度信息；

B2、对巡检信息中缺失的经纬度信息进行插值，得到连续的巡检轨迹；

B3、提取候选线路的特征点，以及所述巡检信息中的经纬度信息构成的巡检轨迹中的特征点；

B4、将所述两组特征点分别依次连接，形成两条多折线，把折线轮廓看作三角形首尾衔接而成，采用几何分析法计算三角形的空间相对位置差、边长差、角度差，方位角差异值等差异值，若所述差异值小于规定的阈值，则确定所述候选线路为需要分析的候选线路。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述步骤B4包括：

将候选线路以及巡检轨迹上三个连续的特征点构成三角形；

计算两组特征点三角形中，序号最小的特征点到其他两特征点边长差的绝对值分别为d1、d2；所在三角形夹角差θ1；任意一边相对水平坐标线交角差θ2，构造匹配度度量函数：

f(d1，d2，θ1，θ2)＝ω_d1×d1+ω_d2×d2+ω_θ1×θ1+ω_θ2×θ2＜ω_f

ω_d1，ω_d2和ω_θ1，ω_θ2分别为边长d和夹角θ在匹配度度量函数中所占的权重，且满足关系式＝ω_d1+ω_d2+ω_θ1+ω_θ2＝1，ω_f为设定的阈值；

当f(1，d2，θ1，θ2)小于阈值ω_f，则确认两三角形存在相似，轨迹特征点所代表的巡检轨迹与候选线路匹配。

18.根据权利要求16所述的线路巡检管理方法，其特征在于，所述步骤B所找到的候选线路的数目大于1，则步骤B4之后进一步包括：

B5、利用巡检轨迹方向与候选线路方向的相似性，巡检轨迹点与候选线路的接近程度，巡检轨迹与候选线路线段的接近程度和/或巡检轨迹与候选线路拓扑相似性，计算候选线路的特征值，取特征值最高的候选线路进行步骤C的处理。

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