基于iOS設備的配電網現場作業管控系統的實現

明慶云

基于iOS設備的配電網現場作業管控系統的實現

明慶云

明慶云1吳瑩輝2張紅宇1張冠一1黃春佑2劉 珺2張九銘2何 博2

1.云南電網普洱供電局；2.華北電力大學

明慶云（1976- ）男，普洱供電局，長期從事農電管理工作，致力研究配電網作業全過程安全管控工作；吳瑩輝（1990- ）男，在讀碩士，主要從事計算機技術應用方面的研究工作；張紅宇（1976- ）男，普洱供電局農電部農網基礎管理專責，長期從事農電管理工作；張冠一（1988- ）女，普洱供電局科技管理專責，主要從事科技管理、系統應用方面的研究工作；黃春佑（1988- ）男，在讀工學碩士，主要從事計算機技術應用方面的研究工作；劉珺（1990- ）女，在讀工學碩士，主要從事計算機技術應用方面的研究工作；張九銘（1990- ）男，在讀工學碩士，主要從事計算機技術應用方面的研究工作；何博（1989- ）男，在讀工學碩士，主要從事計算機技術應用方面的研究工作。

隨著無線通信以及移動終端技術的不斷發展，利用手持終端設備管理配電網現場作業成為了可能。本文通過分析得出了配電網現場作業流程，并將該流程固化于iOS設備和后臺管理系統中，建立了一套基于iOS設備的配電網現場作業管控系統。

引言

配電網作為電力系統中電力網絡向用戶供電的最終環節，對電網來說其重要性是不言而喻的，其運行管理的效率高低直接影響到電網運行的安全性和可靠性。然而，目前的配電網運行管理工作，傳統的紙質作業文件仍然被絕大多數單位所采用，手工填寫、紙質傳遞習以為常。傳統的配電網運行管理方式暴露出了諸多問題，例如：人為因素教多、數據不易保存以及檢索交接費時等。不僅如此，傳統的配電網運行管理方式工作效率低、工作周期長，不利于建立針對緊急事故的快速反應機制。因此，利用現代化信息手段逐步提高配電網運行管理工作效率和規范性顯得尤為重要。

目前，盡管一些專家學者在研究解決傳統的配電網現場作業管理不規范、效率低等問題上取得了一些很有意義的研究成果。然而就目前的管理水平來看，仍然有許多不足之處：第一，傳統的工作方式仍占主導地位，配電網信息化管理還未延伸到工作現場；第二，管理人員不能實時了解施工人員的作業位置，缺乏人員調度的靈活性；第三，現有的很多配電網現場作業管控系統缺乏現場與一體化辦公室信息雙向交互，復雜情況和緊急事故處理能力不足。

隨著現代科技的不斷發展，iOS設備軟件和硬件功能越來越強大，體積小、功能強、反應速度快和使用簡單的特點使其應用越來越廣泛。本文結合iOS終端設備、GPS定位技術以及GPRS網絡技術等技術手段，針對傳統配電網現場作業管控方式存在的不足之處，建立了集信息采集、數據傳輸、存儲以及實時定位等功能于一體的實用型新型配電網現場作業管控系統，使現場施工人員能夠與一體化辦公室進行實時、雙向信息交互。最大程度規范了數據的錄入，提高了工作效率以及緊急情況的響應能力。

系統設計

本系統以iPad和iPhone為移動應用終端，以Windows平臺為后臺終端，移動終端和服務器的通信鏈路為GPRS/3G/4G無線網絡。此外，整個系統通過GPS定位技術，后臺管理平臺系統電子地圖上能夠實時看到施工人員的操作位置。構建了配電網現場作業調度和信息管理相結合的高效信息化管理平臺，解決了傳統的配電網現場作業管理效率低下、不規范等問題。

結構設計

基于以上的分析，本文將配電網現場作業管理系統結構分為三個部分：一體化辦公室后臺管理平臺系統、基于iOS設備的移動終端系統、通信網絡3個部分，如圖1所示。

由于iOS設備軟件和硬件功能越來越強大，體積小、功能強、反應速度快和使用簡單的特點，系統客戶端應用軟件的搭載平臺為iPad和iPhone手機?？蛻舳送ㄟ^GPRS/3G/4G 網絡訪問的服務器，后臺管理平臺系統通過Internet訪問服務器?？蛻舳撕秃笈_管理平臺通過服務器進行數據交換。盡管3G/4G網絡傳輸速率優于GPRS網絡，但在部分地區3G/4G網絡信號還未完全覆蓋或信號較弱，不利于數據的傳輸。其次，GPRS網絡具有數據傳輸速率高、接入范圍廣以及永遠在線等優點。因此，考慮到現場作業數據傳輸的實時性要求以及目前iPad和iPhone網絡數據傳輸技術成熟度，本系統中選擇GPRS/3G/4G網絡進行數據傳輸。所有移動終端設備均配備4G卡，當現場作業地點沒有3G/4G信號覆蓋時，通過GPRS網絡傳輸作業數據。

圖1 系統結構

功能設計

根據以上需求分析，系統核心功能主要為五個部分，即現場勘查、作業文件編制、作業文件審核、現場作業執行和作業人員操作位置實時定位。

現場勘查摒棄了傳統紙質勘查文件和電腦照片處理，采用信息化手段，集基礎數據（工作任務、位置、人員等）、圖片數據、施工工器具和風險數據等數據采集系統于一體，勘查人員通過系統固化的勘查流程能夠精確的確定每一個勘查點的詳細情況（工作內容、位置、施工人員、施工工器具、風險防控措施等），真正做到配電網現場作業管理精益化。勘查人員對整個作業勘查結束后，系統自動生成施工示意圖和作業文件初稿。

作業文件編制主要是根據實際情況對現場勘查生成的作業文件以及施工示意圖進行適當修改，修改完成后施工人員將勘查數據通過GPRS/3G/4G網絡上傳至一體化辦公室服務器。

作業文件審核主要內容是管理人員通過系統對已經編制好的文件進行審核，審核通過即可進行現場作業執行，審核不通過則駁回，重新編制。

現場作業執行是指工作人員通過系統固化的作業流程逐步操作，不允許跳步操作，并實時回傳作業數據至一體化辦公室服務器。

現場工作人員位置實時定位是本系統的一大特色，對配電網管理人員管理現場作業具有重大的意義?，F場作業勘查過程中，iOS設備通過自帶的獲取裝置獲取GPS 數據保存于本地數據庫中，待勘查工作結束時與勘查數據一并上傳至服務器，然后后臺管理平臺系統通過算法將所獲數據通過Web頁面電子地圖實時顯示出來，即為施工人員的操作位置。

關鍵技術實現

本文設計的配電網現場作業管控系統主要為兩部分：第一，配電網現場作業管控系統客戶端，運行平臺為iOS設備；第二，一體化辦公室后臺管理平臺系統，運行平臺為Windows設備。系統采用C/S與B/S模式相結合的方式實現，總體運行流程及功能模塊如圖2所示。

圖2 系統功能結構和總體運行流程

其中iOS設備客戶端系統采用了C/S模式，采用Object C語言和SQLite輕量級數據庫編程實現。施工人員通過客戶端管理現場勘查數據、GPS 數據以及圖像數據采集，并采用Webservice及RDA實現客戶端與服務器之間的數據交換；一體化辦公室后臺管理平臺系統采用了B/S模式，采用PHP腳本語言和MySQL數據庫編程實現。管理人員通過瀏覽器訪問服務器，管理作業數據，跟蹤作業位置以及查看現場圖像信息。

自動生成施工示意圖

由供電局現有的施工示意圖可知，圖以點線為框架，因此首先應該實現手持移動終端上任意位置生成點線結合的效果圖?；谝陨纤枷朐O計了傳入坐標參數生成點和給定兩個坐標生成直線的方法，通過這兩個方法可以基本上實現屏幕上任意多點連線。

現場勘查過程中，勘查人員需要填寫的信息有結點名稱、與當前結點有連接關系的上游結點等關鍵信息，系統自動獲取勘查點GPS信息。勘查完成后，系統通過高斯正交算法將經緯度坐標（x0，y0）轉化直角坐標系坐標（x1，y1），再由直角坐標系坐標轉化為屏幕坐標系坐標（x2，y2）。系統根據勘查點類型在屏幕（x2，y2）處繪制相應的標識，然后與其上游結點連線，通過這些信息匯總分析后自動生成一張施工示意圖。如圖3所示。

圖片文件處理

作為現場勘查的核心部分，圖片文件處理需要實現的功能是：裁剪圖片；圖片加標注；圖片上粘貼新的圖片；圖片上添加文字。

經過對比分析，決定使用CLImageEditor來實現。CLImageEditor軟件的核心在于代碼重用。所有的畫圖工具都引用了同一個頭文件，目的在于調用其中的函數，將其作為一個標準來定義這個軟件的框架。標準相同，不管怎樣修改引用標準之后的類，都不會影響到當初設定的標準。

實現思路是在底層的view上添加用于繪圖的imageview，使這個imageview的大小形狀隨著手指的拖動而變化。隨著手指的拖動，不斷地在imageview中繪制矩形或橢圓，從而做到改變矩形或橢圓的大小和形狀。

繪制直線的思路與繪制橢圓和矩形的思路有所不同，因為直線沒有高和寬，只有長度和方向，所以我讓imageview隨著手指的拖動而旋轉和放大，進而改變了直線的方向和長度。

圖3 自動生成施工示意圖流程

在手指拖動了拖動旋鈕之后，由拖動觸發器觸發的事件執行imageview中的重繪效果?，F將imageview中的圖片清除，再根據imageview的大小來繪制一個需要的形狀（矩形、圓形、直線），同時保證imageview的長和寬不為負數。如果長或寬變味了附屬，ios系統的計算會出現問題，導致imageview的大小變化受控制，程序失敗。

實時定位技術

實時跟蹤定位施工人員現場作業所處的位置，對于確保配電網現場作業施工人員到達正確的作業地點來說非常重要。為了實現對配電網現場作業施工人員達到實時定位的目的，本系統基于GPS技術以及Google Maps基本實現了對配電網現場作業施工人員作業操作地理位置的實時跟蹤與定位，滿足了系統對于配電網現場作業時實時管控的目的。

iOS設備集成GPS接收器、GPS數據獲取接口和解析采用了GPSID接口。GPS數據采集首先采用startUpdatingLocation接口函數打開GPS設備，然后通過代理函數-（void）locationM anager:didUpdateLocations獲取GPS信息。

一體辦服務器上部署有接收GPS信息的Webservice服務，該服務的任務是將經度、緯度信息及其他基礎信息保存到服務器MySQL數據庫中。具體應用過程中，現場施工人員首先通過客戶端獲取GPS數據，然后通過遠程調用Webservice服務來上傳GPS數據。

GPS數據上傳后，后臺管理平臺系統通過Google Maps Javascript API應用接口，實現電子地圖坐標定位。考慮到配電網現場作業過程中施工人員的位置發生改變時，系統需要自動更新Google Maps標記點的特點，系統使用了PHP強大的后臺動態數據處理技術和XML的Ajax技術以及Javascript腳本語言。具體實現過程如圖4所示。

圖4 Google Maps 動態定位實現過程

結語

配電網現場作業實時管理是未來配電網管理的主要發展方向，本系統從配電網現場作業現實需求出發，進行了設計研究與實現。構建基于iOS設備的系統，基本實現了作業現場與一體化辦公室數據的實時交互，并解決了施工人員工作位置實時定位的問題，同時也避免了傳統方式作業文件管理效率低下以及不規范的問題，基本實現了配電網檢修和運行作業的信息化管理。從該系統在云南電網普洱供電局的運行情況來看，系統是穩定的、可靠的，極大的提高了施工人員的工作熱情以及工作人員的工作的效率，實現了現場作業過程在線式管控，降低了作業風險，系統的運用給其帶來了巨大的經濟效益。盡管如此，由于目前通信技術的發展水平以及時間關系的因素，系統功能還不能盡如人意。但是，隨著通信技術的逐漸成熟和系統后續的不斷完善，以上問題將會得到妥善解決。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.052