公專變計量箱現場導航尋址研究探討

崔亞華，吳筑暉，田 康，史衛華，龍高翼，田維維

（貴州省安順供電局，安順，貴州 561000）

公專變計量箱現場導航尋址研究探討

崔亞華，吳筑暉，田 康，史衛華，龍高翼，田維維

（貴州省安順供電局，安順，貴州 561000）

文章分析了當前計量箱導航尋址的難題以及現有尋址定位方式的不足，提出了綜合運用衛星定位、路網導航、慣性導航等多重技術的導航尋址系統，結合現場運用內置定位導航軟件的智能手機，提升計量箱尋址的可靠性和現場工作的效率。

公專變計量箱；導航尋址；最后1 0米

1 引言

本文對現有各種導航尋址技術進行研究,嘗試探討適用于公專變計量箱現場導航尋址系統的建設方法,用較為經濟的方法綜合運用各類導航技術,對公專變計量箱位置進行較為準確的定位導航,將轄區內的公專變計量箱納入信息化、可視化管理,提升現場工作的效率。

2 現狀與問題分析

2.1 公專變計量箱位置記錄不符合導航需要

目前投用的公專變計量箱在建設時往往未考慮導航尋址的需求,選址地點是與市政、用電戶協商

后的折中選擇,難以使用道路、門牌號等清晰定位數據來標識。現場情況也是千差萬別,廠區、工礦、山區、農村、城市、平房、樓宇等都有。公專變計量箱安裝時坐標采集手段還不常見,位置信息大多采用鄰近道路作為記錄,而箱名、箱號普遍與變壓器一樣使用線路加地區,或線路加用戶等方式命名,這類記錄信息誤差較大,按照道路到達現場后,難以準確定位計量箱位置,只能依靠人工排摸,不僅耗時耗力,也要求人員對當地具有較高熟悉程度,在人員調動或緊急排障時嚴重影響效率。

2.2 衛星導航信號在部分區域難以覆蓋

近年來,隨著科技的進步,有些電網公司開始給現場人員配備具有內置GPS衛星導航模塊的手持終端尋址導航儀[2],衛星導航信號一般的頻率在1000MHz-2000MHz間,穿透能力較弱,在戶外使用尚可,但在建筑樓宇等衛星信號不良區域,會有較大誤差,甚至無法導航。此外,計量點周邊的大功率無線電發射塔、大面積水域等也會對GPS信號產生干擾,影響導航效果。

2.3 電網GIS系統路網信息更新不及時

電網地理信息系統（GIS）是由電力企業獨立承建的,集電力設備、設施地理數據采集、維護和位置查詢、導航為一體的統一信息平臺,該系統的特色在于專門針對電網設備設施建設,數據覆蓋較為集中準確,也實現了一定的現場導航和路徑規劃功能[3]。但其缺點在于路網信息獲取渠道單一,對于新增或臨時變動的路網信息難以及時更新,往往發生現場與系統信息不一致的問題,有時甚至會影響現場工作效率。

2.4 導航尋址有“最后10米”的難題

GPS民用精度理論只有10米左右,而公專變計量箱現場安裝的復雜性導致這最后10米難于準確定位。例如,安裝在城市建筑樓宇之間的公專變計量箱,半徑10米的區域內可能間隔多道墻壁或拐角遮擋物,這時單純依賴衛星導航就無法解決尋址問題。

3 解決方案

3.1 總體分析

要解決公專變計量箱現場導航尋址的問題,第一,必須建立健全公專變計量箱位置管理數據,研究從安裝到管理維護的資產全生命周期管理流程；第二,應該將多種導航方式有機結合,根據目標所在環境條件選擇最佳的導航技術；第三,可以考慮與已經成熟運行并不斷完善的,基于3G/4G移動互聯網的民用導航平臺互相整合,有效利用智能手機等通用便攜終端,解決GIS路網信息不全,建設成本高等問題；第四,運用圖像、文字記錄等輔助定位信息,以及超聲波測距等現場定位技術,解決現場尋址最后10米的問題。

3.2 公專變計量箱位置管理數據建設

為了建立準確的位置數據模型,需要如表1所示的關鍵字段。

表1 公專變計量箱位置管理字段圖

以上各字段數據要整合管理,對與已經建成的公專變箱應該進行數據的統一采集,并且持續根據現場反饋進行更新。對于新建的公專變箱設點選址應該充分考慮上述因素,盡量選擇各字段值清晰,易于分辨的環境。各字段的采集方法如下：

（1）坐標、臨近道路、臨近建筑：目前,智能手機等移動通信設備都具有精度較高的衛星定位能力,部分已經可以取代車載導航設備。從成本的角度考慮,可以采用智能手機配合專用APP的方式,在安裝過程中利用百度、高德等民用路網數據平臺的定位API,實現基礎定位與逆地理編碼,由于臨近程度較難判定,可以按照固定的距離選擇多個點,統計多條數據,在完成采集后再進行人工篩選。

（2）所在線路：根據已完成的公專變設備與供配電線路勾稽關系可以直接生成。

（3）俯視平面圖、現場照片：可以采用拍照設備配合小型無人機等航拍設備進行采集。

（4）備注：主要通過人工記錄的方式采集。以上數據字段除俯視平面圖和現場照片外,其他數據長度均不大,便于在現場導航時跟隨工單下發,而俯視平面圖和現場照片可以采用“需要時下發”的方式由現場工作人員主動觸發下載。

由于公專變計量箱位置信息由單一信息變為復合式的數據類型,必須設立惟一的主鍵加以區分,因此傳統的公專變計量箱命名方式不再適用,應該采用數字或字母加數字的序列號形式,確保編號不重復。

3.3 多種導航技術結合

目前,最常用的衛星導航技術在車輛行駛導航中已經取得廣泛應用,但是在部分公專變計量箱現場條件下,存在信號弱,無法定位等問題。解決這個問題必須將多種導航技術結合起來使用,導航技術主要可以分為以下幾類：

（1）衛星定位導航,原理是通過接收導航衛星發射的導航電文,利用導航電文中的衛星時間和衛星位置數據,列方程組計算出用戶所在位置,再根據已知路網數據及目標位置數據,實時計算到達目標的最佳路徑。因為未知變量包括用戶在空間地理坐標系統中的三個坐標（x/y/z）,以及用戶時鐘與衛星時鐘的偏差△t,因此至少需要接收4顆衛星的導航電文才能得出值。這種導航技術的優點在于位置較為精確,可以在行駛過程中根據新的定位信息實時修正,缺點在于依賴衛星信號,在衛星信號被遮蔽的情況下導航效果不佳。

（2）A-GPS技術,即輔助衛星定位技術,主要通過移動通信網絡,利用基地臺代送輔助衛星信息,彌補受遮蓋室內的定位效果,這種方式將衛星導航定位的覆蓋范圍由衛星信號區域拓展到基站覆蓋區域,有效減輕了導航定位對衛星信號的依賴度,但是不足在于需要無線通信網絡覆蓋,并且仍然需要GPS信號進行基礎定位,在脫離GPS的情況下定位誤差較大。

（3）路網導航,根據目標點在路網上的位置和自身位置,在路網數據系統中進行運算,計算每個拐點及拐向,形成導航路徑表,結合道路指示牌進行導航。這種導航技術只能到達目標所在道理或建筑的大致范圍,而且不能根據路況動態的調整行進路線,但是不依賴于GPS信號,仍然可以成為路網建設較成熟的城市環境中的補充手段。

（4）慣性導航,其原理是利用速度、方向以及加速度傳感器計算車輛的運動曲線,估算自身所在位置。這種導航技術的誤差最大,但是仍然可以作為衛星導航失效時的替代,對于目標地較空曠的鄉村環境,在失去衛星導航時可以使用慣性導航配合目視觀測來定位目標計量箱。

一般的,現場手持終端的APP應該同時具備以上導航技術,優先考慮使用A-GPS技術結合衛星定位進行導航,同時實時回饋自身位置,當失去無線通信網絡覆蓋時自動切換至衛星導航,當失去衛星信號時人工通知管理后臺自身路網位置,由管理平臺通過短信等方式發送導航路徑表進行路網導航。如果在鄉村環境,則由APP根據手持終端傳感器取值進行慣性導航,同時配合目測。

3.4 民用導航平臺

電力系統現有的地理信息系統（GIS）已經完成相當規模的建設[2],但是由于路網數據只由本企業和有限合作方維護更新,普遍存在更新不及時,新信息添加滯后以及建筑標識不全等問題,在實際導航應用中效果有限。

此外,電力系統自有的GIS系統尚未建立完整成熟的導航API,在實時導航路徑的運算生成上存在問題,如果獨立開發,一方面不符合電網信息系統集中化的趨勢,另一方面成本較高。

國內一些大型的民用導航路網平臺,由于具有用戶量大,用戶反饋及時,商戶信息自發添注等優勢,因此其路網信息更新及時快速。由于其民用特征,導航API已經過長期實踐驗證,并且開放了免費的調用接口,可以作為GIS未完全成熟前的替代方案。目前,國內主流的導航路網平臺包括百度地圖平臺和高德地圖平臺。兩者對比如表2所示。

綜合兩大平臺對比,可以發現百度地圖平臺的主要優勢在于用戶量更大,建筑信息標注更豐富,而高德地圖平臺因為從事道路導航較早,路網信息更為豐富。考慮到公專變計量箱所在建筑信息可以人工添加,不能成為決定影響因素。高德地圖的關鍵優勢在于坐標系統直接采用國測局提供的GCJ02加密算法,較為通用,而百度經過自家開發的BD-09二次加密,限制了坐標數據的通用性。此外,高德地圖直接支持室內定位,便于后期擴展復雜建筑室內的公專變計量箱定位功能,因此具有更大的擴展空間。

表2 百度地圖和高德地圖實際應用對比

采用公用的民用導航平臺,需要解決與架設在電力內網的管理系統進行信息交互的問題,如果采用一般的GPRS數據通信,難以解決信息安全問題。因為需要交互的數據主要是坐標信息,而坐標信息可以采用純文本的傳輸方式,因此,可以采用文本短信的傳輸方式,一般的文本短信支持最大140個字節的數據量,可以滿足坐標信息的傳輸要求。

3.5 解決“最后10米”問題

因為一般民用導航技術的精度最高在10米左右,在到達公專變計量箱所在的臨近道路或臨近建筑時,往往距離計量箱實際位置還有一點距離,因為建筑遮擋或者視角盲區,找到計量箱還需要花費一定的時間,為了解決這個問題,可以考慮以下方法：

（1）輔助的圖文信息,例如現場平面圖、現場特征照片以及必要的位置描述信息。對于建筑遮擋和視角盲區,通過俯拍的現場平面圖可以良好的解決問題,平面圖上可以添加方向和標注,現場特征照片主要用來解決無標識建筑相似性,通過特征照片可以區分。而位置描述信息主要用來解決建筑內的安裝地尋找,尤其是涉及到多層建筑時,對層數的描述對現場尋址非常有效。

（2）超聲波現場測距,在輔助的圖文信息仍無法準確定位計量箱的情況下,可以在公專變計量箱上安置超聲波發射器,超聲波的頻率在20kHz以上,經過空氣傳播時,隨著傳播距離的增大,聲壓有較為明顯的衰減,頻率越高,衰減越快,利用這一點可以通過專用手持終端上的超聲波探測器給出距離聲源的距離,從而進行定位尋址。國內可選用HC-SR04超聲測距模塊作為應用參考,其功率峰值一般在100mW,測量距離可以達到4米,一般的配合輔助圖文信息,可以起到良好的定位效果。

（3）醒目標示,如果考慮方案成本,在公專變計量箱體上添加醒目標示或遙控聲光裝置,也能夠解決近距離尋址問題。

4 試點建設情況

貴州省安順供電公司建設了“公專變計量箱導航系統”并運行至今,系統采用了智能手機作為手持終端,完成了200個試點計量箱的位置信息采集工作。在實際工作中,采用工單的形式,通過短信將目標計量箱位置信息下發到智能手機,利用專為安卓系統智能手機開發的公專變計量箱導航定位APP規劃、導引,自動分析出最優路徑,規劃模式有車行、人行等多種模式。導航APP采用了國內成熟的高德地圖API作為路網平臺,基本覆蓋了安順市區及城鄉各主要路網數據并持續更新,基本滿足了現場全面覆蓋。貴州為多山地區,在GPS信號不夠的情況下,系統采用了路網導航結慣性導航的技術進行補充,在到達目的地尋找計量箱準確位置時,提供現場特征照片和俯視平面圖。

系統建成至今完成導航182次,平均縮短檢修排障時間0.57小時。并在此基礎上建設了人員到場確認系統,大幅度提高了巡視工作效率,改變電力線路巡視需要依賴少數熟悉當地情況人員的現狀。此系統建設成本較低,無須投入大量人力物力對路網信息進行更新維護,實際運行效果良好,有相當的推廣應用價值。

5 結束語

公專變計量箱導航系統的建設運用,對轄區試點計量箱的位置信息做到了精確的定位和記錄,將計量箱納入日常信息化管理中,并在現場實際工作中,采用智能手機內置的APP導航軟件,基本滿足了貴州安順地區山地地形的導航尋址需求,縮短了尋址路徑距離與時間,取得了一定的成效。

[1]夏凌云,安中印．基于軌跡導航的電力巡檢業務應用[J]．軟件導刊, 2014,13(12): 86-88

[2]樊飛玲, 何玲,任峰,王剛．基于GPS定位技術的可視化計量資產管理分析[J]．產業與科技論壇,2012, 11 (22): 87-88

[3]熊得智,江滔泓,黃志剛．計量裝置GIS系統的設計與運用[J]．電力信息化,2013, 11(6), 61-65

[4]W. D. Ulrich, "Ultrasound Dosage for Nontherapeutic Use on Human Beings - Extrapolations from a Literature Survey," Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, vol. BME-21, pp. 48-51, 1974-01-01 1974.

A Probe into Navigated on-site Addressing of Metering Boxes Intended for Both Public and Dedicated Transformers

Cui Yahua, Wu Zhuhui, Tian Kang, Shi Weihua, Long Gaoyi, Tian Weiwei
(Anshun Power Supply Bureau of Guizhou Province, Anshun, 561000,China)

By analyzing existing problems from navigated addressing of metering boxes and what to improve for current addressing and locating modes, the paper argued that a comprehensive navigated addressing system, integrating satellite positioning, guidance of route network, inertial navigation and other technologies, should be used in combination with smartphone with built-in positioning and navigation software, so as to improve the reliability in metering box addressing and on-site working efficiency.

metering boxes for public and dedicated transformers; navigated addressing; the last 10 meters

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.12.005

TN96 文獻標示碼：B

1672-7274（2016）12-0018-04

崔亞華,男,1990年生,山東菏澤人,助理工程師,從事電能計量管理工作。吳筑暉,女,1971年生,貴州安順人,工程師,從事電能計量管理工作。田 康,男,1983年生,貴州安順人,工程師,從事電能計量管理工作。史衛華,女,1977年生,貴州安順人,高級技師,從事電測熱工、電能計量管理工作。龍高翼,男,1988年生,貴州六盤水人,工程師,從事電能計量管理工作。田維維,女,1990年生,貴州銅仁人,助理工程師,從事電測熱工、電能計量管理工作。