一種多系統融合的電力移動巡檢系統研究與設計

吳文宣 李宏發 修榕康

摘? 要： 本文利用移動互聯網、云計算和大數據技術，提出一種多系統融合的移動電力巡檢系統。該系統通過云服務平臺整合多個電力巡檢關聯系統，實現關聯系統之間的實時數據交互，并依據變異系數對多系統融合的穩定性進行控制，以便實現系統資源的分配和調度，從而提供決策分析和預警。基于本框架的系統實現和實際應用測試結果表明，該系統能有效提高電力企業巡檢的準確性和效率。

關鍵詞： 電力系統;移動平臺;框架設計;巡檢系統

【Abstract】： A mobile power inspection system of multi-system merging was proposed? with using mobile internet， cloud computing and big data technology in the paper. The system integrates multiple power inspection associated- systems through the cloud service platform to realize real-time data interaction between the associated systems， and controls the stability of the merged multi-system according to the coefficient of variation， so as to realize system resource allocation and scheduling. Thereby， decision analysis and early warning can be provided. The system implementation and practical application indicates that the system can effectively improve the accuracy and efficiency of inspection of power enterprises.

【Key words】： Power systems; Mobile platform; Framework Design; Inspention system

0? 引言

當前電力系統中電力設備數量龐大、種類繁多、位置分散，且不斷有新加入的電力設備，致使電力搶修人員很難快速并準確地到達故障設備的位置。如果依靠傳統的人工經驗辨別故障電力設備，不僅費時檢修效率低下，而且很可能因辨別失誤導致復電時間延長，影響其他正常工作的電力設備，造成居民用電質量下降。此外，國網電力系統龐大且復雜，停電次數的多少、停電時間的長短可以基本反映出國網電力企業的電力輸送管理水平。目前大部分的電力線路復雜、電力設備繁多，容易產生故障點也多，這就需要加強對電力設備的巡檢力度來減少各種設備突發故障的可能，從而讓設備處于良好的運行狀態。

但傳統的巡檢方式通常是由管理人員制定好巡檢的規章制度，巡檢工作人員填寫紙質的巡檢計劃以及巡檢申請表格，然后將巡檢內容填好匯總到Excel表格，從而統計出相關的報表。這樣的方式存在以下幾個問題：

（1）無法確定巡檢人員有沒有按照巡檢計劃以及巡檢步驟進行有效的巡檢;

（2）無法確定巡檢人員是否真的進行了巡檢;

（3）巡檢過程中需要查閱相關的文檔或知識庫，很不方便查詢;

（4）巡檢真的發現問題后，無法及時反饋，無法進行有效的搶修;

（5）由于設備種類很多，設備量大，巡檢的計劃和表格多樣，對巡檢的結果不好分類，不好匯總，甚至無法產出有效的報表報告。

因此，一套可靠有效的電力巡檢系統可以實時觀測設備運行狀況，減少綜合維護成本，應對突發故障，緩解供電壓力，提高綜合管理水平。

1? 相關研究

隨著電力技術發展，與各發展階段相適應的電力巡檢系統逐漸出現。尤其是在云計算、移動互聯網等技術大發展的背景下，諸多優勢各異的電力巡檢系統被設計出來，并大量的在實際電力巡檢過程中應用。

文獻[1]立足于Mobile GIS和通訊支撐在線路巡檢和搶修業務中的應用，設計了基于Moblie GIS的線路巡檢系統架構，并根據具體巡檢和搶修業務的需求，設計系統應用原理，對關鍵問題的提出了解決方案。針對當今流行的手持GIS技術，文獻[2，6] 分析了移動巡檢技術在電力部門的應用情況，結合移動設備（例如PDA）的特點，開發了專門的移動巡檢系統。該系統通過在移動設備上轉載電力設備和地理背景設備的電子地形圖，利用GPS接收器獲取衛星信號來定位設備坐標，從而實現業務操作。該系統框架采用模塊化的MVC開發模式，利用Observer設計模式設計巡視檢查模塊，以此滿足系統功能要求，具有高內聚低耦合的特點。針對電力設備巡檢的現狀和任務需求，文獻[3，7]將智能手機終端引入到電力設備的監測中，結合二維碼掃描識別技術，融合3G移動通信技術和Web Service數據挖掘技術，設計了基于二維碼的智能移動巡檢新系統，并將該巡檢系統成功地應用在國內某水電站。經過現場試驗證明，該系統節省了大量成本，提高了電力巡檢自動化水平。根據國家電力設備巡檢標準，文獻[4]通過分析巡檢業務流程，采用搭載移動巡檢采集軟件的移動便攜式設備終端，設計了一種基于SOA云計算框架的電力設備巡檢平臺，進行實時現場數據采集和交互。文獻[5，8]結合移動GIS特點和中間件技術，提出了多主體中間件模型，設計了具有多業務層的移動GIS電力巡檢體系結構，在一定程度上驗證了移動GIS模型的有效性。

當前電力電網系統體量大，依靠功能單一或針對電力系統特定問題而開發的巡檢系統很難應對突發事件。目前云計算和大數據技術的飛速發展給社會帶來極大便利，“互聯網+”的思想也讓傳統電力電網巡檢進入“智能時代”。尤其是移動互聯網、人工智能等技術的應用，傳統電力電網巡檢開始向“智慧電力巡檢”。因此，本文根據電力系統的運行現狀，依托移動互聯網、云計算和大數據技術，整合移動智能終端設備和電力巡檢業務流程，提出一種多系統融合的電力移動巡檢系統，以此來有效地巡檢電力設備，應對突發事故。

2? 多系統融合的電力巡檢系統架構

本文提出的多系統融合的電力移動巡檢系統是使用移動智能終端系統采集現場巡檢數據，定位電力設備和巡檢人員位置信息，并依托移動互聯網將數據實時上傳到基于云服務器的巡檢平臺中心系統進行數據的存儲和分析，并通過系統的接口平臺將分析結果實時反饋給現場巡檢人員。

2.1? 系統部署框架

本文提出的電力巡檢系統具體包括：移動巡檢手機APP、巡檢平臺APP接口、巡檢平臺中心服務器、Oracle數據庫、巡檢平臺Web管理臺、巡檢平臺接口中心。為適應業務需求，系統平臺劃分為數據層、業務處理層、控制層以及外部子系統。本系統基本架構原型采用星型結構，并對系統主干部分進行集群部署，充分利用云計算技術，對接外部各個子系統。具體的系統部署框架見圖1。

2.2? 技術架構選擇

服務端操作系統選擇linux內核的操作系統，服務端的程序采用B/S web方式，使用電力系統主流的Java EE開發語言，且可以部署在TOMCAT、WEBLOGIC等常見的Web容器;數據庫采用Oracle 11g關系型數據庫;移動端app采用的是C/S架構，支持市場占有量最大的Android系統，可以很好的分發給移動巡檢工作人員外出巡檢使用[9-10]。

Java平臺具有很成熟的生態，很好的穩定性，且可以支持多線程并發執行，又有很好的安全性和高效性，以及很好的分層實現理念，能更好的對復雜的業務系統進行開發和二次開發，能發很好的支持B/S和C/S兩種體系架構[11]。

2.3? 系統模塊組成

針對電力巡檢需求，本文采用多系統融合的方式，對各子系統之間的銜接和數據流交互以及平臺管理進行模塊化設計。具體的系統模塊設計如圖2所示。

（1）移動巡檢APP

幫助巡檢工作人員獲取當前代辦任務、歷史任務、計劃任務，提供巡視線路，分配設備檢修、機房巡視、線路檢修等任務，上傳巡檢現場的照片、錄音、視頻等;通過APN或互聯網網絡，對采集到的數據進行加密傳輸;通過GPS定位，上傳巡檢人員實時所在位置，管理巡檢人員，提高工作效率;通過事前事中管理，規范巡檢步驟和流程，確保巡檢的施工安全。

（2）WEB管理平臺

實時查看巡檢APP上報的缺陷等，檢查巡檢人員當前所在位置;匯總多個平臺的數據，查看多個來源的數據，實現一個賬號多個平臺登錄;服務端的中心數據庫對接各平臺的數據，落地到本地數據庫，便于移動APP快捷地獲取到數據，無需每次獲取數據都走TMS、I6000等系統。

（3）接口管理中心

對接SG-TMS、SG-I6000、綜合網管系統，以及預備將來可能會對接更多平臺的接口;管理每個平臺對應接口的開發需求和訪問權限，對接口進行統一的管理、查看、匯總、鑒權。

（4）移動巡檢APP定位

進行線路管理，新增新線路;由巡檢人員直接根據第一次的巡檢過程，實時繪制線路到后端，可以無需對接復雜的CAD圖紙;管理人員實時審批新線路，形成巡檢參考標準。

（5）文件照片視頻等統一管理

巡檢人員進行現場拍照的資料，統一上傳到服務端。由服務端進行統一的保管歸檔，以便需要的時候更快捷的調用。

（6）知識庫管理

建立統一管理的知識庫，提供知識點便于巡檢人員實時查閱，形成FAQ，提高施工效率。

（7）二維碼管理

將相關設備信息錄入到WEB平臺，由系統生成指定的二維碼，便于移動端APP掃描二維碼，獲取到相關設備信息，自動填入APP，減少人工輸入的錯誤。

（8）電子標簽

二維碼存在事先拍照的可能性，但電子標簽，必須親自到現場去近距離接觸，才可以獲取到相關信息，這樣可以更有效的進行巡檢管理。

2.4? 系統框架分析

2.4.1? 關鍵技術

本文電力移動巡檢系統是基于云計算和大數據等技術對多個巡檢業務系統的整合，涉及到多項關鍵技術。

（1）云計算

云計算具有大規模、虛擬化、通用性、高可靠性和可擴展性等特點。基于云計算的特點，本文的移動巡檢系統協同移動終端系統、web服務系統、接口管理系統，把移動終端采集的數據存儲到web服務數據端進行統一管理，對巡檢任務進行細化，調度各系統接口向巡檢人員分配任務并提供支持，做到了數據資源隨時獲取、隨時使用、隨時擴展。

（2）多系統多作業模式

本文移動巡檢系統基于云計算技術采用多系統融合多作業模式，以Web平臺服務端為主，接入移動端系統、SG-TMS、SG-I6000和關聯系統，利用接口管理系統實現數據流跨平臺的協同處理和數據同步。與傳統的電力巡檢系統相比，本文系統將各個獨立的系統平臺接入到云服務器上，對采集的數據進行統一的管理和調度，使得各子系統的作業互不影響，從而實現子系統多作業模式，解決了多種技術組件的業務問題。

（3）平臺開發技術

本文移動巡檢系統使用企業級的中間件 weblogic11g做集群處理，使用企業級J2EE體系開發架構，可實現不依賴于任何特定操作系統，在異構環境中進行跨平臺部署，優化負載平衡策略，實現可高度伸縮地服務器集成部署，具有穩定的可用性，能支持長期使用，提供簡潔直觀的系統頁面、簡單方便的操控方式，方便用戶使用。

（4）多接口設計模式

本文移動巡檢系統涉及到的數據流主要有：移動設備端與Web平臺端之間的數據流，Web平臺端與TMS、I6000、綜合網管系統之間的數據流。各子系統之間的數據流需要進行無縫切換和傳輸，為此提出并實現多接口設計模式。在數據層對各子系統之間的數據接口統一管理，設計，將子系統的數據轉成格式一致的數據流形式，方便各系統之間頻繁地進行數據交互。

2.4.2? 系統穩定性控制方法

由于本文提出的移動巡檢系統是采用多系統融合的框架，就需要考慮各子系統之間的穩定性對整個平臺性能的影響。因此，本文的移動巡檢系統考慮每個子系統的穩定性對整體系統性能的影響，從而對整個系統的穩定性進行控制，以便優化系統平臺，方便系統進行數據資源的調度。

根據電力網絡的特點，移動巡檢系統從系統的吞吐量、事件處理量、內存利用率三個方屬性入手，做整體和局部的系統性能分析，進而控制系統的穩定性[12-13]。

本系統通過日志文件記錄上述參數，并分析系統在一段時間內，以及在整個運行時間內的性能。從統計學角度來看，變異系數增大時，判斷為系統出現不穩定的概率增大。

當系統不穩定的概率增大時，需要對每個子系統的性能進行分析。子系統的性能評估依據上述三個屬性按照公式（3）分別計算變異系數：，，（其中i表示第i個子系統）。然后比較每個屬性，取最大值變異系數時，就能判斷出某個子系統的某個屬性出現異常，從進行資源調度，控制系統的穩定性。

3? 原型設計與實驗

3.1? 系統整體測試

通過模擬和現場調試，本文提出的多系統融合的電力移動巡檢系統運行狀態良好，在巡視管理、巡檢管理、缺陷管理、搶修管理、工單（巡檢、缺陷單）管理等標準化作業方面均已滿足企業要求，具備了可靠有效的巡檢能力。具體測試結果如下：

（1）管理能力：系統無故障時間超過7*24，支持同時在線用戶數量超過500個，支持同時巡檢操作的用戶數量超過50個，并且每秒處理用戶數據量至少100條，數據保存時間至少在6個月以上。

（2）響應能力：在測試環境下，平臺首頁訪問平均響應時間≤3 s;系統登錄平均響應時間，執行簡單查詢、添加和刪除業務時，平均響應時間≤5 s;執行復雜的綜合業務時，平均響應時間也在8 s內;在執行統計業務時，月統計業務的平均響應時間≤ 20 s，年統計業務的平均響應時間≤30 s。當移動終端APP進行多用戶并發操作時，APP安全啟動時間≤5 s;掃描二維碼或識別電子標簽信息的平均響應時間≤3 s;執行簡單查詢、添加和刪除業務時，平均響應時間≤5 s。

（3）安全性：經過網絡壓力測試，系統未出現異常和崩潰，用戶密碼和授權信息未被破解;系統存儲了系統訪問日志和操作日志;

（4）負載能力：經測試，支持移動終端測試應用設備超過了30臺，其中移動終端設備支持識別電子標簽功能，電子標簽數量約為30個。

3.2? 穩定性測試

通過對本系統運行情況的日志數據進行分析，得到某段時間內的吞吐量、處理事件量和內存利用率。以1天24小時為例，設定參數是均為1，可以得出24小時內的系統運行情況，如圖3所示。

觀察變異系數在24小時的變化情況，分析情況如下：

在[0-10h]這個時間段內。整體系統的變異系數平均水平小于0.5，表明保持在一個比較穩定的狀態。通過觀察子系統的三個分量，可看出事件處理量對整體系統的穩定性有較大的影響。針對這個分量，容易導致系統不穩定，通過控制各子系統的吞吐量均衡系統平臺的負載，進行合理的資源調度，使得系統繼續維持穩定。

[10-20h]是巡檢業務操作最為頻繁的時間段，系統需要對各子系統進行事件響應、數據存儲和分析以對接各子系統的數據流，使得整體系統的變異系數維持在較高的水平。在處于這種狀態下，系統很容易出現崩潰的現象。由圖3可以看出整體系統的變異系數偏高，這就需要對各個子系統進控制。通過對三個屬性的分析和觀察，系統的吞吐量在這段時間內出現波峰狀態。因此對系統而言，降低內存利用率和減緩單位時間內處理事件量，才能使系統不會一直保持在峰值狀態下運行，從而達到穩定系統的目的。

在[20-24h]這段時間內，整體系統的變異系數逐漸減小。由于巡檢業務減少，系統處理事件量減少，而系統大部分資源處理空閑狀態。為了使系統充分利用空閑時間和資源處理巡檢內部業務，通過控制系統提高吞吐量和內存利用率，使整個系統維穩，從而實現系統了對資源的調度。

通過對上述實驗分析，由系統實時監控吞吐量、事件處理量、內存利用率以及變異系數的變化，可以使得基于云計算的多系統融合的電力移動巡檢系統保持穩定，并實現對系統資源的充分調度。

5? 結論

本文設計并實現了基于云計算的多系統融合的電力移動巡檢系統，實現了多個系統的數據流在云計算平臺上無縫的切換和交換，實現平臺自動對接和巡檢工作的無紙化，對電力設備和巡檢人員的實時定位，減少了巡檢人員業務操作流程，提供了提供電子標簽觸碰等新一代的交互方式，實現了對系統平臺穩定性的實時控制和系統資源的調度。通過本項目的研制和實施，既實現了在巡檢現場采集故障數據和運行參數的功能以及對線路、設備信息查詢的功能，也使得管理人員可以隨時對巡檢數據進行管理、分析和檢索，提高了業務處理能力，整體改善了電力系統的運行效率。

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