CN107292989A - 基于3dgis技术的高压输电巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明是以三维地理信息系统技术为核心，研发的高压输电巡检系统。该系统采用ESRI ArcGIS Sever 9.3作为地理信息系统GIS开发服务平台；采用3DMAX开发三维地图模型；采用GPRS无线通信技术和GPS技术实时定位、监督和管理任务的执行情况；以Java作为应用层的开发语言，开发工作界面；采用Oracle11g存储管理系统数据；采用C/S架构搭建系统网络平台。系统根据专家知识产生巡检路径，并为巡检员提供巡检前的路径模拟和巡检时的路径导航及任务指导。该系统能够提高巡检员对现场的实际了解情况、业务水平和处理紧急情况的能力。有利于缩短巡检时间，提高高压输电网络的巡检效率和管理水平。

Description

基于3DGIS技术的高压输电巡检系统

技术领域

本发明是针对高压输电线路，研发的一种基于3DGIS技术的实时动态三维可视化高压输电巡检系统。主要用于提高工作人员的巡检效率和工作质量，进而实现高压输电线路更加安全、可靠、高效的运行。

背景技术

高压输电网络是整个电力系统的重要组成部分，由于输电线路和相关设备长期暴露在室外环境中，不仅需要承受电力负荷和设备本身机械载荷的作用，还要经受雷击、强风、洪水、沉陷、滑坡、地震、冻雨和鸟害等各种自然因素的影响。这些因素均会导致输配电线路中各器件及相关设备变的老化、氧化和腐蚀等，对电力系统的安全运行产生了严重的安全隐患。因此，如何对输电线路及其相关设备进行有效的管理和及时检修，实时掌握线路及设备运行状况及周边相关环境的变化，及时发现设备缺陷和危及线路的安全隐患，给出具体检修意见，避免或降低危险事故的发生，从而确保输电线路长期安全与稳定运行显得至关重要。而输电网络复杂且庞大；且输电线路具有明显的地理特征；随着系统的运行，会产生大量的系统数据，且数据形式、来源、特征多样，对数据的分析处理带来了较大的负担。单纯使用人工管理方式既缺经济性也缺乏安全性，而传统的管理信息系统又很难对该种数据进行有效的管理与维护。

地理信息系统（GIS）是通过计算机软硬件系统的支持，以特殊的方式采集、存储、管理、分析和描述整个地球表面或部分区域的数据空间信息的综合分析应用技术系统。3DGIS系统是三维地理信息系统的简称，也是GIS系统的一个新的发展方向。3DGIS系统通过三维坐标轴能够清楚的显示物体的空间几何位置和空间拓扑关系，使用户能够直接在三维空间中进行空间操作和分析。得益于现代数据获取和海量处理技术以及计算机软硬件技术的发展，近年来3DGIS技术有了长足的发展。3DGIS软件在国土、海洋、测绘、石油等行业中得到成功的应用，国外出现Skyline、Google Earth、World Wind 等3DGIS软件产品,国内也相继出现了GeoGlobe，EV-Globe 等3DGIS 软件产品。毫无疑问，3DGIS技术若是能够应用到输电线路巡检系统中，必将提高输电网的生产力，降低线路运维成本，对于整个电力系统的智能化经济运行具有里程碑式的意义。

传统的输电线路巡检普遍是人工巡检、手工记录，该方式易受人为因素的影响且管理成本较高，费时费力且无法实时监督户外作业人员的工作状态。为了提高巡检管理水平，目前还采用了视频监控、直升飞机巡检、机器人巡检等手段，但成本较高，实施困难，不适合我国国情的发展需求。国内的电力行业的传统人工巡检开始尝试以下新的巡检方式：信息钮、IC卡巡检方式，综合成本高且增加了额外的维护和检修工作；PDA结合条形码，在野外条形码易面临老化问题，且由于PDA造价过高，不能做到人手一个；PDA结合GPS，由于采用离线异步的方式，局限性很大，智能化程度不高。

“CN201210111559.2”利用摄像头对输电线路实时的监控，前期投入和通信支出较大；“CN201320735066.6”和“CN201420636542.3”利用GPS定位技术对巡检人员进行有效的监督;“CN201120508370.8”利用PDA定位巡检路线并通过二维方式展现巡检路径；“CN201020212496.6” 采用安装于输电线路杆塔上的RFID电子标签，保存该杆塔的参数信息，采用手持PDA识别RFID电子标签、完成巡检定位、进行巡检作业和数据传输；“CN201010604987.X”提出将GIS系统应用到输电线路巡检。现有专利均虽提出了自己的解决办法，却均未提出将3DGIS技术应用到输电线路巡检，以及开发相应的手机APP软件。

发明内容

本发明是基于3DGIS技术的高压输电巡检系统，是以3DGIS技术为基础平台，结合Oracle数据库技术、虚拟现实技术、无线通信技术、GPS定位技术、GPRS无线通信技术、三维可视化技术和APP开发技术。通过将GIS技术与输电线路的巡检等信息的管理相结合，实现了对输电线路及其相关设备的实时浏览、管理、状态查询和立体化显示。通过三维可视化技术模拟巡检路径及可能的故障及相关事故，使巡检人员在出发前便能够对本次巡检任务的目的、路线及其周边地形有个初步的认识。通过将APP技术、GPS技术、GPRS技术与GIS技术相结合，能够实时的定位巡检人员的位置，并实时改进各巡检队伍的巡检路线，做出最优规划，并能够在巡检人员接近工作点时，给出相应的提示。该技术普遍适用于城市管道巡检、通信线路巡检和公共设施巡检等各种巡检任务，能够有效提高巡检的效率和质量，提高线路及相关设施的管理水平。

为了实现以上目的采取了以下相关技术方案：

（1）开发指挥调度中心管理系统，该系统包括管理层和客户层两个部分。管理层服务于系统的管理者，应用于对整个系统的管理和调度，拥有整个系统的所有权限；客户层服务于巡检工作人员，为巡检人员提供巡检线路及周边地形的三维模拟，对可能的故障进行模拟并让巡检人员在电脑上做出相应的应对措施，客户层同样可以用于巡检人员的培训和考核。

（2）建立起系统数据库，用于存储系统数据、企业数据、3DGIS中的三维地图以及线路巡检中产生的各种数据。

（3）开发应用于移动终端的巡检APP软件，巡检工作人员通过在手机、平板电脑等移动设备上下载该APP，便可以实现传统巡检用PDA的各种功能。

本发明与现有技术相比较的优点：1、前期开发投入较少，且能够显著的降低运行成本。2、为巡检人员提供了一种模拟现场环境的平台，有利于提高巡检人员的整体素质。3、开发APP软件，跨平台性较好，降低了推广成本，任何巡检人员均可通过手持移动设备下载该软件。4、以3D效果图对输电线路进行展示，更能形象直观的反应工作现场的真实工作环境。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明的系统技术架构示意图

图3是本发明的三维建模流程示意图

图4是本发明的安全隐患预评估流程示意图

图5是本发明的最优导航路径生成流程示意图

图6是本发明的检前模拟流程图

图7是本发明的巡检过程流程图。

具体实施方式

如图1所示，系统的整体结构由安装有APP的移动终端、服务器和指挥调度中心管理系统三个部分组成，其中指挥调度中心管理系统又被划分为：管理层和客户层两个部分。巡检员通过直接操作安装有APP软件的移动终端获取并发送线路的相关信息，移动终端通过GPRS与管理中心服务器进行数据交流，管理层和客户层分别通过独立的交换机访问系统服务器，所以构成了两个独立的局域网，在一定程度上提高了系统的安全性能。

如图2所示，该高压输电巡检系统，采用ESRI ArcGIS Sever 9.3作为地理信息系统GIS开发服务平台；采用3DMAX开发三维地图模型；以Java作为应用层的开发语言，开发工作界面；其数据管理则采用了Oracle11g，用于管理系统中的各种数据；考虑到该系统只面向固定的用户群，对信息安全性要求较高，因此选用C/S架构搭建系统网络平台。系统的数据划分上，分为基础地理空间数据库、线路及设备信息数据库、人员调度信息数据库、缺陷标准数据库和专家知识数据库。基础地理空间数据库用于存储输电线路的三维模型及其周边地区的地理信息数据和环境数据；线路及设备信息数据库用于存储线路及设备的属性和运行状态数据，以及对设备的三维模型进行统一管理；人员调度信息数据库，用于存储所有工作人员的基本信息和相关工作数据；巡检缺陷标准数据库是根据高压输电线路相关设备的具体运行状况，结合专家经验知识和国家标准，构建的高压输电巡检缺编标准数据库，用于实现对线路设备各环节缺陷的规范化描述，并根据线路规划的实际情况进行及时的调整管理与维护，避免因缺陷描述混乱或检修不当造成的后续责任事故；专家知识数据库存储了与故障评定和解决办法相关的专家知识，是系统的核心，能够辅助系统管理人员提高系统的调度水平。通过该系统巡检人员可以获得巡检路线导航、查询线路和设备信息、查询历史故障信息、发送检测到的故障信息、模拟故障处理、模拟巡检路径等；系统管理者可以进行路径规划、人员在线调度、故障统计分析、现场三维模拟、电力调度、人员监督、业务能力考核、系统在线维护等。

如图3所示，在3DGIS系统的三维地图构建过程中，通过遥感、激光扫描、拍照摄影和地形测绘等相关途径，获得了线路周边的地形图数据，建筑物与景观模型、高度、位置数据，建筑、电力设备和周边景观的纹理照片，以及周边地区的历史环境数据。通过3DMAX、ArcGIS等软件对众多数据进行加工处理，便可生成输电线路及其周边地区地形、景观和建筑物的三维模型，为3DGIS平台的搭建提供了数据基础。

如图4所示，系统结合专家知识数据库，通过分析线路各待检查点的故障、地形和环境等历史信息，再结合线路途径地区未来一段时间线路的工作负荷、调度和周边环境等因素，预测评估线路各待检查点可能出现的安全隐患，并生成隐患信息统计表和专题图。实现输电线路的隐患发现、上报、预评估和上传的管理，并以图形、数据报表等直观方式在3DGIS地图中对隐患进行标注。

如图5所示，系统通过统计待检查点和待命巡检员人数，再结合以往的优秀巡检路径，生成更加优化的巡检路径，并评估优化后巡检路径的巡检时间、人数和困难程度等成本。在巡检员巡检过程中记录巡检员的巡检轨迹，并在巡检结束后，生成此次巡检的成本。通过巡检员对本次巡检的反馈，对巡检路径进行进一步的优化。若已经为最优巡检路径，则将该最优轨迹作为以后巡检的导航路径。

如图6所示，系统每次统计现有的巡检任务，然后经综合考虑生成最优巡检路径，再根据巡检路径生成对应区域的三维场景模型，并根据系统通过预评估生成的可能的安全隐患信息，对巡检地区可能发生的线路及设备故障、天气和自然灾害进行模拟。巡检人员可以选择步行、行车和高空飞行三种场景模式进行线路巡检模拟。系统会结合每一个待检查点的历史故障情况、周边地形和周边历史环境等因素，模拟各种可能的突发情况，并根据特定事故配以下雨、闪电、火焰、浓烟、滑坡和泥石流等特效。巡检员可以通过图形化的方式查看每个待检查点的各种数据，如：经纬度、周边地形、高度、设备的库存信息、和历史故障等信息，然后给出故障的处理方法。若巡检员无法解决故障，可以请求系统帮助，由系统演示故障的解决方法。待巡检员模拟完成整条巡检路径后便可以进行实地巡检。该方法为巡检员提供了一种身临其境的感受，能够有效的提高巡检员对现场的实际了解情况，有利于缩短巡检时间，提高巡检员的业务水平和处理紧急情况的能力。

如图7所示，巡检员在手机上下载输电线路巡检APP后，通过用户名和密码登录系统，考虑到整个输电网络的3DGIS地图的数据量非常庞大，因此只下载与此次巡检任务和巡检路径有关的周边地区三维地图，然后开始巡检任务。系统会根据手机上的GPS实时定位巡检员，待巡检员到达待检查点附近区域时，系统会给予巡检员提示信号。巡检员到达待检查点后，检查设备和线路是否故障，若发现故障，便通过手持设备将故障信息和相关图片发送到指挥调度中心，并可选择性的获得相关帮助和查阅线路及设备的库存、周边地形、安全隐患和历史故障记录等信息，待处理完故障后，APP软件自动进入指向下一待检查点的导航，直至整个巡检任务结束时，生成本次的巡检报告。在整个巡检过程中手机APP软件实时接收来并更新来自指挥调度中心的调度内容。

在如图7所示的故障排除过程中，巡检人员发现故障后，需对故障等级和危险系数进行评估，然后将故障信息和评估信息一并发送给指挥调度中心，当故障等级达到一定级别时，APP软件会提示现场巡检人员通过APP软件自带的指纹识别功能录入指纹信息，使巡检过程变的权责分明。传统的手持PDA设备可以通过GPS精确的定位移动设备的运行轨迹，却无法准确的判断设备持有人的身份，因此该APP软件将GPS技术和指纹识别技术相结合，通过GPS技术确定移动设备的运行轨迹，通过指纹的定期录入确定设备持有人的身份，能够真实的掌握整个巡检团队的人员动态。具体的应用不只局限于指纹识别技术，像瞳孔识别、语音识别等技术均适用于该系统。

本发明未公开涉及到该系统设计的某些具体技术细节及参数，但对系统的实施方案进行了详细的描述。凡是利用本发明的思想且在权利要求范围内的任何创造均在保护之列。

Claims (10)

1.该系统是基于3DGIS技术的高压输电巡检系统，是以3DGIS技术为基础平台，结合Oracle数据库技术、虚拟现实技术、无线通信技术、GPS定位技术、GPRS无线通信技术、三维可视化技术和APP开发技术；通过将GIS技术与输电线路的巡检等信息的管理相结合，实现了对输电线路及其相关设备的实时浏览、管理、状态查询和立体化显示；通过三维可视化技术模拟巡检路径及可能的故障及相关事故，使巡检人员在出发前便能够对本次巡检任务的目的、路线及其周边地形有个初步的认识；通过将APP技术、GPS技术、GPRS技术与GIS技术相结合，能够实时的定位巡检人员的位置，并实时改进各巡检队伍的巡检路线，做出最优规划，并能够在巡检人员接近工作点时，给出相应的提示；该技术普遍适用于城市管道巡检、通信线路巡检和公共设施巡检等各种巡检任务，能够有效提高巡检的效率和质量，提高线路及相关设施的管理水平。

2.如权利要求1所述，该系统将3DGIS技术应用到输电线路巡检。

3.如权利要求1所述，该系统开发了移动终端APP，用于替换传统的输电网络巡检手持PDA。

4.如权利要求1所述，该系统为线路巡检人员提供了一种巡检前三维模拟巡检过程的方法。

5.如权利要求1所述，该系统为整个输电线路及其周边地区建立三维地理信息模型，将线路周边的地形、历史环境等因素应用到巡检路径规划和模拟中。

6.系统的所有信息和服务均以三维地理模型的方式展现。

7.系统通过分析现有数据，提供预测评估可能的安全隐患功能。

8.系统通过路径规划和巡检人员实际巡检过程中反馈的信息，评估出最优轨迹，以此作为以后巡检的最优路径，并在实际应用中不断改进。

9.将指纹识别这种先进的识别技术应用到电力巡检系统的巡检过程，用于人员定位和身份确定,瞳孔识别和语音识别等识别技术同样适用与该系统。

10.巡检缺陷标准数据库的构建、管理与维护：根据高压输电线路相关设备的具体运行状况，结合专家经验知识和国家标准，构建高压输电巡检缺编标准数据库，与实现对线路设备各环节缺陷的规范化描述，并根据线路规划的实际情况进行及时的调整管理与维护，避免因缺陷描述混乱或检修不当造成的后续责任事故。