基于智能终端的电缆通道巡视系统的设计研究
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
江苏省电力公司泰州供电公司的研究人员蒋彪、王健等，在2017年第9期《电气技术》杂志上撰文指出，基于智能终端的电缆通道巡视系统具有如下优势：实现电缆线路智能巡检，实时考察巡查到位率和巡视轨迹回放，保证电缆线路的巡视质量，为配电线路安全运行提高有力的依据；根据电缆通道隐患和设备缺陷分级预控的管理体系，实现电缆设备隐患缺陷分级预控、流程化综合管理；基于设备GPS坐标信息，移动导航模块可以快速导航定位电缆设备或缺陷点，从而使维修人员能以最快的速度赶到故障或缺陷所在地。
综合上述原因，开发基于智能终端的电缆通道巡视系统是电力公司提高巡检效率和巡检质量的必然趋势，故本课题的研究具有较高的实际工程意义。
现阶段电力公司线路和设备巡检主要依靠巡检人员定时到现场进行人工巡检，巡检回来后再手工录入缺陷管理流程。受到气候条件、环境因素、人员素质和责任心等多种因素的制约，此种方式不仅经常导致巡检人员缺陷录入不规范、巡视不到位、缺陷重复上报等问题，而且一些特殊环境中的巡检工作（如对高压环境中的设备进行巡视）也难以顺利开展。
为了适应线路和设备巡检管理方式信息化、智能化的发展要求，电力公司迫切需要基于智能终端的电缆通道巡视系统，其中智能终端利用GPRS、RFID、GPS地理定位等技术能够根据实际巡检需求来安排巡检线路、对巡检人员的到位情况及历史轨迹等进行分析，然后通过与主站管理端的无缝对接来使管理员实时查询巡检数据、及时发现出现的缺陷和损毁情况并排除故障险情。
1 移动终端在电缆通道巡视中的应用现状及存在问题
1.1 移动终端在电缆通道巡视中的应用现状
现阶段移动终端为电缆通道巡检人员提供了一种新型工作模式，巡检人员使用移动终端来查看配电线路与设备的信息，如果配电线路与设备发生异常，则可以直接将异常信息进行上报。
图1为移动终端在电缆通道巡视中的典型应用场景，其中后台管理系统能够实现自动接收巡检结果、合理安排巡检时间、监测缺陷、发布巡检任务、安排检修等功能。
图1 移动终端在电缆通道巡视中的典型应用场景
1.2 移动终端在电缆通道巡视中应用的问题
基于无线GPRS/3G通信和LBS定位服务技术，将电子地图与移动终端结合的应用在国内外电缆通道巡检中已经逐步展开，这在电力公司与巡检人员间搭建了良好的沟通桥梁。
通过电子地图和LBS定位服务技术的结合，管理人员能够对巡检人员所处位置进行准确了解，现阶段比较常用的是基站定位和WIFI定位，它们分别通过基站和热点等网络来完成巡检人员的定位，定位精度相对较低。
当采用基站定位和WIFI定位时，存在如下典型问题：
第一，应用于偏远地区时，存在信号较弱、数据传输较慢等问题，严重影响了电力公司与巡检人员间的稳定通信，导致有时总部无法及时了解电缆通道的巡视情况。
第二，应用于室内时，由于采用基站定位方法而容易受到运营商基站密度的影响，从而导致经纬度坐标存在较大偏差，此时就需要利用RFID等其他定位技术来进行偏差的纠正。
2 基于智能终端的电缆通道巡视系统的应用
综上所述，移动终端在电缆通道巡视中的应用能够提高电缆通道的巡检质量，确保巡检过程中的安全，但也存在着室内定位精度偏差较大、偏远地区无法稳定通信等问题，而基于智能终端的电缆通道巡视系统则能够有效弥补上述缺陷。
2.1 基于智能终端的电缆通道巡视系统的总体设计
（1）系统的物理架构
图2为基于智能终端的电缆通道巡视系统的物理架构，系统总体目标是实现电缆通道巡视业务和设备信息的数据采集、采集数据的回传和查询、巡视地点的GPS定位、巡视线路的GPS导航、配电线路与设备信息的更新、巡视任务的管理及报表生成等，使用户能够把握电缆通道巡视工作的整体运行状态。
图2 基于智能终端的电缆通道巡视系统的物理架构
（2）系统的功能模块
根据上述分析，整个系统可以划分为如下六大功能模块：
第一，基础数据模块。通过基础数据模块，巡检人员可以通过设备树查看配电线路与设备及设备的台账，查看线路的单线图，通过线路定位查看线路的走向，也可以对设备进行定位导航。
第二，电缆巡视模块。利用电缆巡视模块，巡检人员可以根据指定的道路、POI点来通过缓冲区查询搜索附近100米范围内的电缆井和通道，查询电缆线路经过的电缆井和通道，查询指定电缆井、通道的剖面图和管孔使用情况，对电缆线路与电缆井进行定位与导航。
第三，缺陷管理模块。在电缆通道巡视过程中，巡检人员一旦发现缺陷可以现场登记并拍摄照片，然后将缺陷信息进行实时上传，主站管理端可以对缺陷及时处理，并根据处理流程来自动流转（缺陷的处理流程为：缺陷信息现场上传--配电班组审核--现场消缺--班组审核--归档）。
第四，到位判断模块。在巡检人员巡视过程中，主站管理端可以根据GPRS、基站等获取当前巡检人员的坐标，然后与巡视的线路设备进行坐标判断，当两者距离小于50米时则判断为巡检人员到位，否则判断为巡检人员不到位。
第五，巡视管理模块。通过巡视管理模块，管理人员可以查看巡视人员的位置及历史巡视轨迹（在巡视过程中打开GPS及轨迹记录功能，对巡视人员坐标进行定位后在主站管理端连续记录巡视人员的行走记录，通过图形展示就可以形成历史巡视轨迹，历史巡视轨迹会被进行备份来作为巡视人员后期的考核依据），也可以查看巡视人员巡视线路的到位率。
第六，统计分析模块。主站管理端对上传的缺陷进行统计，按照班组、状态、处理情况来对各个班组的缺陷处理情况进行分析，也可以按照到位人员、到位情况、到位时间对各个班组人员的巡检质量进行分析。
（3）巡视业务的工作流程
图3 巡检人员利用智能终端开展电缆通道巡检业务的流程
巡检人员在使用智能终端进行电缆通道巡检管理时，其业务流程如图3所示，具体说来：巡检人员登录智能终端查看是否有电缆通道巡检任务下达，如果没有巡检任务下达，那么巡检人员继续等待；如果有巡检任务下达，那么巡检人员查看巡检计划和任务分配信息，然后到达现场对电缆通道进行逐项检查（此时系统显示巡检人员的定位信息），检查完毕后填写巡检记录、缺陷及故障信息；完成巡检任务后，巡检人员将电缆通道的巡检结果提交到主站管理端，由主站管理端审批后生成相应的巡检统计报表。
2.2 智能终端的设计与应用需求
（1）智能终端的工作原理
由上述分析可知，要想顺利开展电缆通道巡视工作，智能终端必须具备强大的运算和处理能力，能够实现GPS地理定位、GPRS网络通信及RFID通信控制等。
基于上述考虑，本文构建了如图4所示的智能终端工作原理，其主要由处理器单元（作为智能终端的控制核心，所采用的S3C6410及其外围电路将承担整个智能终端的处理运算任务）、射频处理单元（由专用RFID读写芯片及外围电路构成，将承担射频信号的接收、与电子标签进行通信与获取信息数据的任务）、GPRS巡检数据处理单元（通过GPRS网络实时与主站管理端进行通信，将获得的巡检信息上传）、GPS地理定位单元（对巡检人员的位置进行实时定位）、接口控制及中心处理等构成[6]。
图4 智能终端工作原理框图
在待巡检线路及设备上固定好相应的射频标签，巡检人员通过智能终端可以准确获取待巡检线路及设备的名称、安装时间、地理位置等信息，然后通过GPRS网络将数据（包括线路及设备的位置数据、时间信息及缺陷数据等）传送到主站管理端并写入到数据库中，主站管理端也可以根据现场情况给智能终端发送指令。
（2）智能终端的应用需求
根据电缆通道巡视系统的业务开展需求，智能终端的实际应用需求如表1所示。
表1 智能终端的应用需求
3 结语
利用基于智能终端的电缆通道巡视系统，巡检人员可以在智能终端查看巡检任务及地理信息，由巡视现场RFID与GPS来定位电缆通道与巡检人员到位情况，从而在根本上杜绝巡检人员误检和漏检情况，并有效解决移动终端室内定位精度偏差较大、偏远地区无法稳定通信等问题。