基于无线通讯系统的输电线路智能巡检管理系统研发探究

摘要：输电线路是电力系统的重要组成部分，其安全运行直接关系着电力系统的安全稳定，其地域跨越广、暴露在野外自然环境中、所处环境复杂是巡检工作的难题，迫切需要提高输电线路巡检效率，完善巡检管理系统。针对当前日益成熟的GIS和GPS技术、日新月异的3G无线通讯技术，对基于GIS/GPS/3G无线通讯输电线路智能巡检管理系统进行研发，主要包括巡视移动终端、信息通讯网络、服务器终端。该管理系统在电力系统输电线路巡检中的成功应用将大大提高输电线路标准化工作效率，实现输电线路巡检管理智能化。

关键词：电力系统；GIS/GPS/3G；输电线路；智能巡检

作者简介：王广鑫（1965-），男，山东枣庄人，山东电力集团公司枣庄供电公司，工程师；褚衍华（1985-），男，山东枣庄人，山东电力集团公司枣庄供电公司，工程师。（山东 枣庄 272102）

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0224-02

电能作为国家战略能源，电力系统的稳定运行关系着国家能源、国计民生，电力系统输电线路实现电能的输配过程是电力系统的重要组成部分。[1-3]2010年国家电网公司提出建设坚强智能电网，电网正在由传统电网向现代智能电网转变，这对输电线路日常运作提出了更高要求。输电线路的地域特征（跨度大、地域地形复杂）、气候特征（直接暴露、四季气候影响）、巡视人员因素（工作量大、考核困难），[4]对输电线路的巡检维护工作造成了不利影响。

目前国内外的线路巡检方法主要包括直接标记法、条形识别法、射频采集法、信息采集法，近年来又出现了直升机巡检、机器人巡检方法。[5-10]分析当前巡检方式主要是半自动化巡检模式，解决了巡检到位、信息存储的问题，但一定程度上增加了系统基础建设投入、人员巡视工作量。[11]由于巡检过程中工作人员个人因素影响尤为突出，如何在线路现场提取海量的线路信息，快速对信息进行上传、分析，提高巡检质量，是摆在输电线路巡检作业人员面前的一大问题。现场标准化作业是国家电网公司力行实施的安全生产长效机制，以确保生产过程作业标准化，提高作业质量。如何对输电线路作业标准化进行管理、[12，13]实现标准化作业也是输电线路巡检工作的重要内容。

现代GIS、GPS技术日益成熟，[14-16]微处理器技术飞速发展，[17]3G无线通讯技术日新月异，如何将现代科技融入到输电线路巡检管理中，提高输电线路巡检质量，建设智能输电线路巡检管理系统，是输电线路智能化的重要步骤。本文针对输电线路巡检的实际工作，对基于GIS/GPS/3G无线通讯输电线路智能巡检管理系统进行研发，开发低成本输电线路移动巡检设备，录入线路巡检信息，通过3G无线通讯网络发送到服务器终端，服务器接受并分析数据，并提供客户端供信息查询、消缺工作部署、信息反馈，实现输电线路智能化、标准化作业。

一、智能巡检管理系统总体设计

系统如图1所示，主要包括巡视移动终端、Internet无线通讯网络、服务器终端三部分，其特点为：巡视移动终端自主研发、模块化设计、可扩展性强、功能针对性强、成本低、体积小、便于携带；3G无线网络传输通道信息传输可靠、实时性高；服务器终端对巡视数据实时处理，实施标准化作业，并提供客户机服务，加快输电线路故障处理速度。

服务器终端是巡检管理系统的大脑，制定线路巡检方案和标准化作业指导书，与每台巡视移动终端建立网络连接，布置巡检任务，并对巡检结果进行考核；无线通信网络建立服务器与移动终端的网络连接，实现实时数据交换；移动终端为装有GIS系统、GPS授时定位模块、3G无线通信模块的移动设备，接受服务器终端线路巡检任务，并提供测温、测距等设备数据交换接口，巡检人员通过移动终端输入线路巡检信息，移动设备将带有时间、地点信息的线路巡检信息发送给服务器终端。

二、巡检移动终端

移动终端为线路实地巡检信息录入设备，目前移动巡检设备设计大都基于PDA（Personal Digital Assistant），其性能较好，但功能复杂、成本高不宜大量配备，对于输电线路巡检任务针对性不强。输电线路除了缺陷记录外，更有跨越测距、接头测温等专业数据设备，PDA不具备设备兼容性、接口可扩展性。本文设计的巡检移动终端如图2所示，主要是由7部分组成：微处理器、GPS模块、3G无线通讯模块、外部存储设备、扩展接口、键盘（触屏）输入模块、显示模块。

（1）微处理器是移动巡检终端的核心部件，采用ARM7系列、STM32系列微处理器芯片，速度快、性价比高，实现线路信息的接收、分析、处理，接收GPS标准时间、地理位置信息，运行GIS系统，以及控制3G无线通讯模块与服务器终端建立连接、发送带有时间地理位置信息的线路信息。

（2）GPS模块，采用G91核心芯片，自动接收同步收拾定位卫星信号进行定位，通过串口向微处理器发送当前可用卫星数目、信号是否可用、经纬度地理位置、标准格林时间等信息。使用内置GPS天线，更方便携带。

（3）3G无线通讯模块在微处理器AT指令的控制下通过Internet网络与服务器建立连接，实现巡检线路作业任务信息交换。

（4）外部存储设备实现微处理器数据缓存，对输电线路巡检信息进行存储，在3G模块失去信号时提供输电线路信息、时间、地理位置信息存储空间，3G模块重新获取信号时微处理器读取外部存储设备信息进行续传。

（5）扩展接口，微处理器预留接口，线路交叉线路、安全距离测距设备连接接口，线路接头测温等其他输电设备巡检设备接口，增强了巡检移动终端的可扩展性。

（6）键盘（触屏）输入、显示模块，线路巡检工作人员通过显示模块接收线路巡视任务工作单，通过键盘（触屏）输入线路巡检信息，屏幕实时显示移动终端所在地时间、地理位置信息，实现线路杆塔导航。

三、信息通信网络

当今无线通讯技术迅速发展，3G无线通讯技术已经成为无线通讯技术的主流，针对输电线路地域性的特点，3G无线通讯技术为输电线路巡检系统提供了稳定、可靠的高速信息通道。巡检移动终端与服务器信息通道采用3G无线通讯，本系统选用的3G无线通讯模块遵循TCP/IP网络协议，也可使用GPRS通讯方式，通讯方式更为灵活。

出于对信息安全因素的考虑，国家电网公司办公网络使用内部网络，与国际Internet网络不能直接通信，因此在服务器终端前使用防火墙（见图3），接入国际Internet网络的服务器1与接入国家电网公司内部电网的服务器2通过防火墙连接，以保证信息传输的安全性。

四、服务器终端

服务器终端为连接Internet的计算机群（见图3），服务器1接入国际Internet网络具备唯一公网IP，打开网络端口与各个移动巡检设备建立连接后进行数据交换，每台移动设备具有唯一的ID编号、唯一的端口号，服务器1通过ID编号、端口号识别巡检移动终端。服务器1接收线路巡检信息后通过防火墙与服务器2进行数据交换，上传线路巡检信息或下载巡检任务。

巡检管理系统主要包括线路巡视、线路消缺两部分（见图4）。参照国家电网公司标准化作业指导书，线路巡视分为正常巡视、故障巡视、特殊巡视。为此，服务器在实现功能上能更好地规范作业过程，制定统一的作业指导书，实施统一的信息存储方式，制定统一的考核机制。

完成线路巡检工作后，服务器根据线路巡检结果制定标准化缺陷消除计划，部署线路缺陷消除任务，完成消缺工作后进行缺陷消除信息反馈，服务器对缺陷记录进行集中存储，记录每条线路缺陷历史信息，并对缺陷消除情况进行考核，检查人员可直接调用服务器缺陷消除记录进行现场核对、消缺考核。

五、结论

结合线路巡检实际提出了一种巡视移动终端设计方案并进行了自主研发、模块化设计，可扩展性与功能针对性强、成本低、体积小、便于携带。解决了普通移动巡检成本高、功能针对性不强、扩展性不强等不足，减轻了巡检工作人员的工作量，增加了线路工作信息维度，提高了线路巡检工作效率。

对输电线路的智能巡检管理系统进行了研发，融入了当前最新的GIS系统、GPS授时定位系统，使用当前先进的3G无线通讯网络，巡检信息更加丰富，信息交换更加快速、及时；实施标准化线路作业，提高了作业效率；提供了线路巡检、消缺工作考核机制，提高了输电线路巡检管理水平；最终实现了电力输电线路智能化管理，确保了高水平、安全稳定运行。

参考文献：

[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]刘振亚.智能电网知识读本[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]肖东明，王静.输电线路智能化发展方向分析[J].中国电力教育，2012，（27）：138-139.

[4]英晓勇.浅析输电线路运检质量提高方法[J].南京供电技术，2007，（3）：102-106.

[5]申晓留，周长玉，雷琼.全球定位系统（GPS）在电力系统中的应用[J].现代电力，2003，20（6）：74-78.

[6]况军，李志咏.基于GPS的输电线路智能巡检系统的研发[J].电工技术，2006，（1）：8-10.

[7]Zhong Jun Du，Chuan Jie Chen.Research About Mobile Line-Inspection Based on GIS and GPS[A].IEEE Information Engineering and Computer Science（ICIECS），2010 and International Conference on[C].2010：1-3.

[8]王梅义，吴竞昌，蒙定中.大电网系统技术[M].第二版.北京：中国电力出版社，1995.

[9]Ni S.GPRS network planning on the exiting GSM system[J].Global Telecommunications Conference.SAN FRANCISCO，CALIFORNIA.2008.NEW YORK USA.IEEE，2008，3：432-1438.

[10]覃炯聪.输电线路智能巡检系统[J].农村电气化，2006，（11）.

[11]黄彬.移动机器人在变电站设备巡检系统中的应用研究[J].农业科技与设备，2009，（6）.

[12]现场标准化作业指导书编制导则（试行）[Z].北京：国家电网公司，2004.

[13]架空输电线路管理规范[S].北京：国家电网公司，2006.

[14]K.Nagamani，C，ganapathy，Finite element analysis of nonlinear dynamic response of articulate towers[J].Computer & Constructure，2004，（59）：213-223.

[15]Cick Germ，Gertvan Maren，Edward Verbree.A multi-view VR interface for 3D GIS[J].Computer&Graphics，1999，23（8）.

[16]郑三立，张锦孚.基于GPS和单片机的智能线路巡检管理系统[J].电工技术杂志，2004，（9）：54-57.

[17]毛杰.基于3G技术的甘肃电力移动应急指挥系统[J].电力系统通信，2011，（10）：12-15.