基于物聯網與北斗衛星定位技術的配網生產搶修一體化作業深化應用研究

林　平，翁曉春，龔杭章，林向陽，李怡然，夏圣峰，莊玉林，王　鵬（.國網福建省電力有限公司，福州 350000；.廈門億力吉奧信息科技有限公司，廈門 36009）

基于物聯網與北斗衛星定位技術的配網生產搶修一體化作業深化應用研究

林平1，翁曉春1，龔杭章1，林向陽1，李怡然1，夏圣峰1，莊玉林2，王鵬2（1.國網福建省電力有限公司，福州 350000；2.廈門億力吉奧信息科技有限公司，廈門 361009）

配網設備現場搶修，是配電生產管理中一項基礎的工作，在運行維護工作中占有非常重要的地位。由于配電設備數量逐年增多，且常年曝露在室外，易受人為和天氣等各種因素的破壞，配電設備搶修管理的難度也隨之逐年加大。隨著電力用戶的逐年增加，供電企業為電力用戶提供優質服務是保障正常供電的基礎，而電力故障搶修工作則成為能否提供優質服務的關鍵因素。因此，對于配網設備的故障，搶修車輛及人員能否在承諾的時限內以最快的速度到達現場直接關系到客戶對電業部門的滿意度。電力企業只有加強電力搶修車輛及人員的管理，實現現場作業的有效監視和調度，并及時發現、處理搶修過程中出現的問題，才能準確、及時地為電力用戶解決供電問題，因而配置一套有效的配網搶修一體化作業系統成為電力供電企業的急切需求。

北斗衛星定位；GSM/3G；GIS地理信息；物聯網；配網搶修；工單；兩票；安全

1　引言

在物聯網在應用和研發方面，美、歐、日、韓等少數國家與地區起步較早，總體實力強。物聯網最初的研發方向是，條形碼、RFID等技術在商業零售、物流領域應用，而隨著RFID、傳感器技術、近程通信及計算技術等的發展，其研發、應用近年來開始拓展到環境監測、生物醫療、智能基礎設施、能源等領域。

目前，物聯網開發和應用仍處于起步階段，發達國家和地區抓住機遇、出臺政策、進行戰略布局，希望在新一輪信息產業重新洗牌中占領先機。美國“智能電網”、“智慧地球”，歐洲“物聯網行動計劃”，以及日韓基于物聯網的“U社會”戰略等計劃相繼實施，物聯網成為搶占“后危機”時代各國提升綜合競爭力的重要手段。我國物聯網應用總體上處于發展初期，許多領域積極開展了物聯網的應用探索與試點，但在應用水平上與發達國家仍有一定差距。目前，在電網、交通、物流、智能家居、節能環保、工業自動控制、醫療衛生、精細農牧業、金融服務業、公共安全等領域取得了初步發展。

“北斗”作為物聯網的一個重要組成部分，主要應用在感知、網絡兩個層面。在感知層面上，“北斗”實現精準時間信息和位置信息感知，主要應用在物流、航空、電網等行業；在網絡感知層面，“北斗”實現感知信息和控制信息的全天候、全天時、無縫隙傳遞，主要應用在水文、水利、氣象、地質、地震等行業，以及作為其他行業的應急數據傳遞方式。

基于物聯網技術的配網搶修系統，國內已有部分地區的電力公司和企業開展了初步的探索研究。如安徽電力公司的“基于標準化配置的配網設備搶修系統”、青島供電公司“基于高可靠性的全過程主動式配電應急指揮系統”、山東魯能軟件技術有限公司的“配網生產管理指揮系統”，都利用GPS實現位置感知，缺乏對北斗導航進行應用和對配網生產搶修的一體化作業的研究，尚未對北斗導航的網絡功能進行研究。

總之，目前配網搶修一體化的管理水平較低，綜合運用物聯網和北斗衛星導航技術實現對配網生產搶修的一體化管理體系尚未提出。

2　應用總體設計

本應用研究將以精益化管理為指導思想，圍繞“安全、高效、經濟”的目標，開展電力業務故障搶修全過程分析，深入剖析故障搶修管理中存在的問題，通過評價定期糾偏，持續改進，以建立專業搶修班組、優化簡化搶修作業流程為基礎，健全營銷、配搶信息系統支撐功能，開展搶修標準化作業和物資裝備標準化配置，完善常態監督評價體系，加快故障搶修速度，提升客戶滿意度。

2.1總體技術架構

技術架構如圖1所示。

圖1　配網生產搶修現場作業管理應用技術架構圖

2.2業務架構設計

本應用的業務架構設計是基于電力業務的角度去理解配網搶修業務需求，強調以業務驅動為前提，以實用化應用為目的，以精細化管理為目標。結合基于GIS的配網搶修新要求，配網生產搶修現場作業管理包括現場搶修應用、兩票應用以及電力設備導航等業務。

（1）現場搶修應用：分為服務端和客戶端。服務端提供移動設備管理、數據傳輸加密、數據交互、定位服務、交互日志、系統設備和版本更新等功能；客戶端提供搶修工單管理、故障快速處理、移動終端導航和現場拍照等。

（2）兩票模塊：提供工作票管理、操作票管理以及唱票錄音的操作。

（3）導航定位：提供電力設備的查詢定位以及路徑規劃、導航等。

配網生產搶修現場作業管理系統業務架構如下圖2所示。

圖2　配網生產搶修現場作業系統業務架構圖

2.3安全架構設計

項目基于物聯網技術研究信息安全接入，依靠安全可靠的無線通信方式將現場數據安全接入平臺，對數據及通道進行加密及優化處理，進而匯總至業務系統，總體實現現場作業數據的安全接入。信息安全接入架構圖如圖3所示。

圖3　信息安全接入架構圖

3　關鍵業務和技術研究

3.1配網搶修通信技術

當前，GSM/3G移動通信網絡已完成組網和大面積覆蓋，北斗系統也面向亞太地區提供服務，可運用GSM/3G和北斗通信技術為配網搶修工作提供可靠、實時、安全、可擴展的通信服務。系統以GSM/3G移動網絡通信技術為主，北斗短報文通信為輔，為配網生產搶修提供全天候、無盲區的實時通信支持。

3.2北斗導航定位技術

北斗系統是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統（BDS），是繼美國全球定位系統（GPS）和俄羅斯GLONASS之后第三個成熟的衛星導航系統。該系統可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時服務并兼具短報文通信能力。已成功應用于測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產生顯著的經濟效益和社會效益。因此，北斗系統可完全應用于配網搶修作業。

3.3電力物聯網技術

在國家電網公司的大力推動下，電力物聯網技術發展迅速。目前，電力物聯網是智能電網的重要技術支撐，其在電網建設、電網安全生產管理、運行維護、信息采集、安全監控、計量及用戶交互等方面都發揮著巨大作用。電力物聯網具有全面協同感知、互聯互通、智能處理以及標準化統一應用及服務，是實現電網智能化的根本保障，也是實現“電力流、信息流、業務流”高度融合的主要手段。因此，隨著物聯網技術在智能電網中的不斷應用及高新技術的不斷發展，目前項目已具備物聯網技術在配網搶修應用的研究條件。

3.4數據支撐

配網搶修一體化作業的研究應用需配網設備的基礎數據及業務數據作為支撐，目前，生產管理系統可以提供較完善的配網搶修基礎數據及業務數據，為項目的研究應用做好保障。項目主要難點如下：

（1）當前，現場搶修作業主要依靠移動網絡通信與指揮中心進行交互，由于配網設備分布范圍廣，網絡容易出現盲區，需要相應的機制解決網絡盲區和搶修通信不暢的問題。

解決思路：采用GSM/3G移動網絡技術融合北斗通信技術，利用北斗具有的雙向通信特性，以及全天候、不受天氣和環境影響、基礎網絡設施依賴較少等優勢，實現配網搶修全天候的通信功能，解決移動信號覆蓋不到時，出現搶修通信信息盲區，提高現場搶修與指揮中心的實時通信能力。

（2）目前，基于電力物聯網的移動端應用很多，但可靠性高、易用性好、人機交互界面友好的移動端應用系統比較少，還有待進一步研究。

解決思路：項目研究基于Android的配網搶修生產一體化作業系統，系統采用先進的物聯網技術，研究復雜環境下北斗系統、網絡通信以及配網搶修一體化技術，結合Android系統的易用性、良好的人機界面，實現移動端搶修作業的智能化、自動化，改善移動端的搶修系統易用性不足、人機交互不友好、可靠性差等問題，簡化現場搶修過程，提高現場工作效率。

（3）基于物聯網技術，實現信息的安全接入方案還未完善，需進一步完善，保證信息安全。

解決思路：項目研究物聯網安全接入模塊，采用高位加密算法對數據信息進行加密以防止信息泄露，采用數字簽名技術以提高物品和網絡的認證技術，采用數字鑒權技術識別可靠終端以保證信息提取的有效性，針對重放攻擊研究擁塞控制算法，以此進一步完善信息安全接入方案，保證信息安全。

4　系統建設情況

依據上述設計和技術研究，筆者開發了基于物聯網與北斗衛星定位技術的配網生產搶修一體化作業深化應用，其功能架構如圖4所示。

圖4　功能架構圖

4.1配網搶修一體化作業

研究配網搶修作業中，搶修工單管理、現場兩票、電網導航等應用，實現對配網搶修的一體化管理，完善配網搶修作業模式，解決現場搶修效率低、速度慢等問題。

4.1.1搶修工單管理

主要包含搶修工單查詢、工單關聯以及合并、工單拆分、重新派工、工單回退、接單派工、故障處理等。

（1）搶修工單查詢：提供搶修工單信息查詢，并以列表的形式顯示。系統自動檢測新工單的生成，并可對搶修人員進行語音提示。

（2）工單關聯、合并：提供搶修工單之間建立關聯、合并關系，現場搶修人員需要將工單進行關聯或者合并操作，工單關聯將選擇的兩條工單在業務上關聯起來，而工單合并是將子工單合并入主工單中，多條工單合并為一條工單。

（3）工單拆分：提供對已進行合并的工單從主工單中拆分出來。

（4）預計修復時間查詢：提供根據工單編號，對此次搶修的預計修復時間記錄進行查詢的功能。

（5）重新派工：主要是對已派工的工單進行重新派工，重新派工過程需重新指定派出車輛、派出人員、派出時間、預計到達時間信息。當重新派工完成后，故障搶修的派工信息發生更改。

（6）工單回退：主要是對正在進行故障處理的搶修工單進行回退，工單回退過程中必須反饋申請編號、回退節點、回退原因信息，工單回退成功，搶修工單即從故障處理流程節點回退到“回退節點”所選擇的流程節點。

（7）接單派工：主要完成對搶修工單的接單和派工操作，現場搶修人員在進行故障處理之前，必須進行接單、派工，如果未進行接單派工，則不能進行故障處理。

（8）故障處理：主要完成故障處理操作，并實時反饋現場搶修信息。搶修信息包括：故障原因、故障現象、到達現場時間、預計修復時間、恢復送電時間等。

4.1.2現場兩票管理

現場兩票管理功能是利用工業級平板電腦的3G無線通信網絡與服務器進行信息交互，完成現場兩票的開票和執行等工作。系統主要包括：操作票管理、工作票管理、現場數據融合、音頻采集、車輛導航等功能。

（1）操作票管理：包含現場操作票填寫、審批、執行、歸檔和查詢功能，現場搶修人員可以在現場進行操作票填寫，并進行審批、執行，完成后進行歸檔。也可以根據不同的條件對操作票進行綜合查詢。

（2）工作票管理：包含工作票填寫、簽發、許可、結束、終結、評價、查詢功能，現場搶修人員可在現場根據工單填寫工作票，并進行簽發、許可、完成后進行結束、終結、評價操作，并提供根據不同條件的綜合查詢功能。

（3）場數據融合：通過數據庫無縫融合技術，將現場操作票和工作票相關信息和語音多媒體資料自動歸檔到配電生產管理系統中，實現對現場操作情況的備案。

（4）音頻采集：主要是對搶修人員執行操作票過程中的讀票過程，進行現場錄音、壓縮并保存，上傳到服務器上，可對錄音文件進行回放。

4.1.3導航定位管理

實現基礎功能、電網設備的查詢、電網設備定位、電網設備路徑導航等功能。

（1）基礎功能：基本的地圖操作功能，主要包括開圖、全圖、漫游、縮放、基于圖形的查詢和屬性的查詢，并提供各種接口供其他模塊調用，用戶可以通過此模塊，方便地查找各種設備以及設備所在區域周圍的各種設備信息。

（2）電網設備查詢：通過屬性查詢、矩形查詢、綜合查詢、一次設備信息、詳細信息查詢等方式對電網設備進行查詢，實現相應電力設備的詳細信息展示。

（3）電網設備定位及路徑導航：通過屬性查詢、綜合查詢、詳細信息方式對電網設備進行查詢，對查詢設備可進行定位并在導航界面上高亮顯示定位的設備，進而實現導航路徑規劃的功能，為用戶提供多種可選擇的詳細規劃路徑。

4.2配網搶修全天候安全通信技術

配網搶修通信技術主要基于GSM/3G移動網絡和北斗系統實現全天候通信，系統通信模式主要以GSM/3G網絡為主，以北斗導航通信為輔，同時結合國網安全接入平臺，保證通信安全傳輸。

4.2.1數據交互通信

配網生產搶修的數據傳輸是整個系統的關鍵，隨著電力系統信息化的發展，配網搶修各種需要實時通信的任務日益增多，配網生產搶修中的語音、調度指令、多媒體數據、業務數據等數據都可以在統一的數字通信網傳輸。數據交互通信主要基于GSM/3G移動網絡實現搶修數據的交互通信。

（1）實時數據傳輸：實時數據指的是在線模式下、任務執行過程需要或其他在線功能中，用戶實時請求的、數據量較小的數據。此類數據的傳輸需要考慮兩個方面的因素，一個是數據傳輸的方式，另一個是數據傳輸的格式。

（2）多媒體數據傳輸：多媒體文件指的是包括音頻、視頻、圖片等大文件類型的數據傳輸。考慮到這些數據包較大，可采用目前已經相當成熟的FTP傳輸的方式來實現。

（3）業務數據傳輸：業務數據傳輸主要基于實時數據傳輸，實現對業務操作數據的實時上傳和下發，完善整個搶修操作流程。

4.2.2應急搶修通信

通過增加對北斗導航模塊獨特功能的應用，完善原有通信功能，實現事故現場與應急指揮中心、調度中心間基于北斗短報文的應急信息的實時傳遞，并據此制訂基于北斗系統的配網應急搶修通信技術規范。

（1）短報文指揮調度功能：基于北斗通信功能的短報文指揮調度界面，顯示所屬各用戶終端上傳的短報文信息，并對單個用戶或用戶群下發指揮調度信息及其他通播信息。可實現點對點通信、組播通信、實時短信接收、通信查詢功能、預置電文等功能。

（2）應急GIS信息平臺功能：應急中心基于實時在線通信網絡，建立基于北斗系統的應急GIS信息平臺、通信平臺和GIS信息平臺，可以起到相輔相成的作用，共同為現場搶險救援工作保駕護航。

4.2.3網絡安全通信

對于配網搶修的安全通信可采用如下幾種方式實現網絡數據安全性傳輸：

（1）數據加密通道：客戶端與后臺服務之間的數據傳輸通道為SSL安全通道，實現數據傳輸過程加密。基于SSL的安全通道是目前較安全的數據傳輸通道，通道采用RSA算法交換密鑰，每次數據包交互傳輸使用的加密密鑰均不一樣，可以保證數據傳輸具有高安全和高可靠性。

（2）數據訪問控制：平臺根據終端用戶身份，與原應用系統自動建立用戶身份對應關系，按照原應用系統提供的角色和授權進行訪問控制，包括可訪問的信息和應用操作權限。

（3）數據庫安全控制：管理后臺數據庫嚴格遵照安全規定，定期進行密碼更改。對于數據庫內的存儲數據，按照策略進行控制，基礎展現內容只為權限管理的關鍵字段，數據庫管理員的所有操作日志、平臺用戶訪問及數據變更日志都會進行日志記錄，便于進行安全審計。

（4）安全記錄功能：用戶在使用移動應用時，對于系統的各項操作，都會以日志的形式保存在服務器上，保證管理員可以查看以往的操作日志。

4.3配網生產搶修可視化管控

配網搶修可視化管控是基于北斗系統、配網搶修通信以及配網GIS平臺實現對配網生產搶修的可視化管控。

4.3.1搶修定位監控

利用北斗系統獲取當前搶修故障點位置，可以實現搶修車輛和人員的定位、跟蹤、軌跡回放以及移動終端運行監控等管理。

（1）搶修定位：在系統中可以查看當前搶修車輛和設備的位置、狀態等。

（2）搶修跟蹤：在系統中跟蹤指定搶修車輛和移動設備路徑、速度等，可實現多終端同時跟蹤。

（3）軌跡回放：回放搶修車輛和移動終端在指定時間內活動記錄，在系統中保存車輛和終端的運行記錄。

（4）移動終端運行監控：在系統中對正在運行的移動進行監控，發現故障可以及時處理。

4.3.2搶修可視化管控

（1）搶修信息實時上報：通過GSM/3G移動網絡輔以北斗導航通信，來完善配網搶修的通信工作。用戶采用移動終端進行現場搶修作業，實時將現場搶修狀況、搶修進度以及搶修位置上傳到配網搶修一體化系統中。

（2）搶修GIS信息平臺：基于實時在線通信網絡建立搶修GIS信息平臺，為現場搶險救援工作保駕護航。GIS平臺可顯示應急救援現場詳細地圖、搶修人員、搶修車輛等分布信息；可根據應急現場需要生成導航路徑；可根據北斗終端的定位信息顯示不同搶修狀態；可實現對地圖進行放大、縮小、查看和距離量算等功能。

5　結束語

本文結合北斗衛星定位導航技術、GSM/3G移動通信技術、GIS地理信息技術、物聯網技術、智能移動終端等先進科技，與配網搶修指揮系統有機結合，共享配網搶修指揮系統的數據資源，構建配網搶修一體化作業系統。通過充分的業務需求調研及現場人員應用預演，基于物聯網與北斗衛星定位技術的配網生產搶修一體化作業應用，能夠實現配網設備搶修管理的智能化、科學化，以適應城市建設發展的需要，為城市配網設備搶修、施工和管理提供服務，提高和推進配網生產管理水平。

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The Research of the Deepening Application of the Integration of Distribution Network Production Repair Assignments, Basedon IOT and Beidou Satellite Positioning Technology

(Lin Ping1,Weng Xiaochun1, Gong Hangzhang1, Lin Xiangyang1, Li Yiran1, Xia Shengfeng1, Zhuang Yulin2, Wang Peng2)
(1.State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd., Fuzhou, 350000; 2. Xiamen Great Power Geo Information Technology Co.,Ltd., Xiamen, 361009)

Distribution network equipment on-site repair, is a basic work of power distribution production management, occupies a very important position in the operation maintenance work.Due to the number of distribution equipment increased year by year, year-round outdoor exposure, and vulnerable to man-made and weather destruction and other factors, the difficulty of the distribution equipment repair management has been increasing year by year.With electric power users increased year by year, the power supply enterprises to provide quality service for power user is the basis of guarantee the normal power supply, and power failures repair work is a key factor of whether to provide quality services.Therefore, the distribution network equipment failure, repair vehicles and personnel can within the time promised to the fastest speed to the scene is directly related to customer satisfaction on the electrical industry sector.At the same time, the power enterprises to strengthen the electrical repairs vehicles and personnel management, implementation effective monitoring and scheduling of on-site operations, the timely detection, and deal with the problems arising in the repair course, can accurate and timely solve the problem of power supply for power users.Thus, the configuration of an effective distribution network integrated operating system become the urgent demand of power supply enterprises.

Beidou satellite positioning; GSM/3G; GIS geographic information; IOT; Distribution Network Repair; Work Order; Two votes; safety

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.02.004

TN96文獻標示碼：A

1672-7274（2016）02-0013-06