基于電氣標準模型的移動端配網圖數一體化建模工具設計與應用

張旭東，陳星明

（南京南瑞信息通信科技有限公司，南京 210000）

0 引言

隨著科學技術不斷發展、智能設備不斷普及，手機、平板等電子產品已經成為人們生活和工作的必需品。國家電網設備部、運檢部、互聯網部當前重點工作任務是加快治理配網數據，因此，配網中低壓設備數據建設和治理成為了重點工作內容之一。

國家電網數字化班組以業務在線化、作業移動化、信息透明化、支撐智能化為方向聚焦基層班組員工常態業務、核心業務。堅持中臺戰略，遵循“促共享，強應用”的工作路線，貫通專業信息系統，深化移動終端應用，強化智能分析支撐，挖掘數據資產價值，開展基于移動應用的數字化班組建設，支撐公司設備管理、營銷服務數字化轉型，全面提升基層班組及員工數字化水平，實現班組減負和提質增效，切實打通班組應用的“最后一公里”。數字化班組堅持以班組需求為導向，從效率、質量、安全等維度，持續深化移動終端應用功能整合，推進班組移動業務APP適應性改造，進一步提升實用性、便捷性和可操作性。

數字化班組通過走訪基層及移動化應用場景相關調研，決定開展圖模維護工具的移動化作業建設。同時，在國家電網PMS2.5系統建設過程中，配網移動端圖數一體化是實現移動化作業的關鍵環節。現有的配網PC客戶端建模工具已經不能滿足當前的移動作業需求，存在諸多問題。比如：①對于配網設備臺賬數據的維護只能依賴原始導入數據，且僅限于PC客戶端人工操作，初始數據來源也依賴人工錄入，數據準確性存在較大的誤差；②設備的圖形數據需要專職人員根據紙質圖紙在PC端進行手動繪制，無法與現場勘測的實際設備圖形做對比，若專職人員巡檢時發現現場圖形錯誤，并不能及時維護；③設備地理坐標信息及圖片信息無法精準獲取，同樣只能專職人員手動維護，設備坐標的準確度無法保證，等等。

1 配網圖數一體化建模現狀

配網中低壓設備建模包含以下設備類型：線路、桿塔、站房（配電室、箱式變電站、環網柜、開關站、電纜分支箱）、柱上設備（柱上變壓器、柱上斷路器、柱上隔離開關、柱上負荷開關、柱上跌落式熔斷器）、電纜終端、電纜段等。每種設備類型拓撲連接關系存在先后順序約束規則，例如：線路下只能跟隨桿塔、站房、電纜等設備，而不能擁有柱上設備；電纜終端后只能連接故障指示器、桿塔和站房等。除了拓撲關系存在約束規則，設備與設備之間的連接也有特定的約束規則，例如：桿塔與桿塔間用檔距段相連；桿塔與柱上設備之間用連接線相連；桿塔與站房之間又根據不同的站房類型情況變得復雜，如：桿塔與環網柜之間用電纜相連，而桿塔與開關站之間則用超連接線相連等。這些約束規則增加了系統的復雜度和實現難度，所以，在資源有限的移動端建模難度不言而喻。

對于配網中低壓設備維護主要包括圖形拓撲關系維護和資源資產臺賬維護。拓撲關系具體是指配網設備之間的連接、從屬、對應等關系信息，而拓撲關系的操作包含設備退役、設備新增、設備更新、設備切改等。設備退役是將選擇的設備進行刪除，然后重新建立剩余設備間新的圖形拓撲關系；設備新增操作同理；而對于設備更新則需要進行設備退役和設備新增兩步操作來完成；設備切改則是選擇某個特定設備，將此設備之后的所有設備添加到另一條線路上并刪除原來線路上設備。設備臺賬信息記錄著設備的所有信息，包括生產日期、生產廠家、投用日期、材質等基本資源信息，也包括設備所屬線路、維護班組、電壓等級等核心資源信息。

現有的配網PC客戶端設備建模工具主要是以圖元拖拽、劃線連接等操作方式為主。PC客戶端具體操作流程如下：①專職人員拿到工程師設計圖紙的紙質稿；②按照圖紙要求根據設備類型逐一拖拽圖元至畫布并連接圖元；③待所有圖元繪制完畢后點擊一鍵成圖按鈕進行圖形拓撲關系的校驗，檢查是否存在連接規則不匹配或者存在孤立圖元等問題；④在圖形拓撲關系校驗通過后，專職人員還要逐一手工維護每種設備類型的資源資產臺賬信息；⑤所有設備類型臺賬維護完成后，再進行臺賬數據校驗，確保數據的基本屬性都已得到維護；⑥所有數據校驗通過后才可以提交圖形和臺賬數據，最終完成一張設計圖紙的建模過程。上述的數據校驗僅限于數據類型的校驗，而無法提供對數據準確性的校驗，若校驗不通過，則不能進行數據保存操作，此外PC端建模過程與現場施工完全分開，也無法進行現場圖模數據核對。圖1是PC客戶端建模操作界面，右側區域是電氣標準模型圖元庫，左側區域是畫板，圖2是拓撲關系及臺賬信息校驗界面。

圖1 PC客戶端操作界面

圖2 數據校驗

這種復雜邏輯業務系統，由于PC客戶端有較大的屏幕展示和較強的處理器性能，從設計上和用戶使用性上來說具有一定的優勢，但數據的準確性都是建立在專職人員手工繪制的基礎上，所以仍存在不少問題，例如：①PC客戶端建模過程與現場施工完全分開，無法進行現場圖模數據核對，數據無法實時校驗；②拖拽圖元式建模對作業環境有一定要求，只能在有專有網絡的辦公室，而且需要逐一拖拽，費時費力，效率較低；③人工繪圖對數據準確性無法保證，誤差較大；④對于現場設備的更換，很難進行實時數據更新，數據閉環管理較難；⑤設備的空間信息無法得到實時的采集，僅限于專職人員手工維護；⑥無法對設備照片進行實時采集上報。

2 配網移動端圖數一體化設計

2.1 配網移動端圖數一體化設計方案

對于上述諸多問題，本文設計一款移動端配網圖數一體化建模工具。移動端優點顯而易見，不受地理環境、工作條件等影響，方便用戶隨身攜帶。專職人員可以隨時開展戶外現場作業，在移動端就可以全部完成整個建模流程及設備臺賬維護。該工具支持對配網設備的拓撲關系進行現場退役、新增、更新和切改及設備臺賬信息現場維護，最終通過國網專有網絡實時將數據保存至移動作業數據庫。

根據前一節分析，設備圖形拓撲具有先后順序關系和連接關系，所以在移動端建模選擇采用層次樹模式結合移動端數據庫緩存實現。層次樹規定了設備之間的先后順序關系，數據庫緩存存儲了設備間的連接關系，二者結合便可以限定一張完整的圖形拓撲結構圖，層次樹結構如圖3所示。移動端數據庫緩存選擇使用Android系統自帶的嵌入式SQLite數據庫，采用SQLite數據庫緩存方式還有一個優點，對于一些網絡信號不好的偏遠地區，設備數據的采集可以采用緩存模式，先將采集到的數據緩存到SQLite數據庫中，待網絡條件允許后再進行數據提交。數據庫設計部分核心屬性如圖4所示。其中equipmentContainer字段表示當前設備的連接點，connectivityNodes字段表示當前設備的前后連接關系。

圖3 層次樹結構

圖4 SQLite數據庫部分核心屬性

對于層次樹的層次關系，需要在服務數據庫中編寫特定的腳本來規定主干節點上具體有哪些設備，然后根據主干節點逐層遞歸查詢下屬子節點。通過用戶選擇的不同節點類型來限定不同的約束規則，頁面底部彈出不同的交互界面。例如選擇線路節點時，頁面底部彈框新增設備按鈕只會存在桿塔、站房、電纜等設備選項，而兩種設備間的連接線會根據選擇的兩種設備類型進行自動補全，并將兩設備相連，對于相同設備類型的設備支持批量新增，并支持移動端實時預覽新的拓撲關系。隨著國家電網實物資產標簽化的深入進行，現在對于設備臺賬的維護可以通過移動端掃描設備唯一標識二維碼來實現數據的實時對比及采集，更方便了設備資源資產信息維護，對于相同設備類型的設備也支持批量臺賬維護。對于設備坐標位置信息，使用高德地圖定位服務實時獲取設備的坐標信息并更新入數據庫。對于設備圖像的采集，通過移動設備相機拍照功能進行現場拍照，并實時進行數據傳輸。待采集的饋線或臺區采錄完成后，最終可以對所采饋線或臺區進行采集數據分析與統計。

綜上所述，整個配網圖數一體化工具涵蓋圖形拓撲關系維護及同步、數據采集治理、數據質量檢查和綜合查詢統計等功能，具體結構如圖5所示。

圖5 一體化工具功能結構

2.2 配網移動端圖數一體化建模流程

配網移動端圖數一體化建模工具是通過智能移動終端完成對現場設備數據采錄、圖形拓撲維護等操作。工具利用Android內嵌的小型數據庫SQLite結合層次樹來實現圖形的拓撲連接關系，同時使用高德地圖完成設備坐標采集。該工具首先需要在移動端創建維護變更申請單，并關聯所需維護的饋線與臺區，對于完全新增的饋線或臺區，需要從0到1創建整條線路和設備，而對于存量數據，需要先拉取圖形拓撲關系，并存入移動端本地SQLite數據庫緩存中，再通過移動端頁面操作來更新維護設備與設備之間的連接關系及臺賬信息，最終將現場維護好的數據發送到電網資源中臺，完成電網設備圖數一體化建模任務，其具體實施流程如圖6所示。

圖6 圖數一體化流程圖

2.3 配網移動端圖數一體化建模工具效果

配網移動端圖數一體化建模工具設計及開發基于Android操作系統，并針對Android6以上系統做了較好的兼容適配，具有較好的用戶體驗和交互效果。

核心操作步驟及頁面如下：首先，根據需要創建任務變更申請單（圖7），并關聯將要采集的饋線和臺區名稱（圖8），確定采集對象后，便可進入采錄范圍列表頁面（圖9），在該頁面中選擇相應的饋線或臺區會拉取層次樹拓撲數據，進入對應的饋線和臺區層次樹操作頁面（圖10），在該頁面可以選擇層次樹上的設備節點進行新增、退役及臺賬維護操作，點擊不同的設備類型底部彈框界面不完全相同（如圖11），在該層次樹頁面右上角存在四個按鈕，從上到下的作用分別是：①實時查看圖形拓撲圖形（圖12）；②查看當前節點詳細名稱，并以Toast方式彈出；③對層次樹進行折疊和展開操作；④點擊提交按鈕即可進行數據校驗及圖形拓撲的重新生成，并可以實時查看圖形拓撲，再展示圖形拓撲效果頁面（圖12），可以放大、縮小頁面并選擇相應的設備圖元進入臺賬維護頁面（圖13），在該頁面允許對設備的資源資產信息進行維護，提供了實物ID掃碼、地理坐標采集（圖14）、圖片采集及批量維護等功能。

圖7 變更申請單

圖8 選擇饋線/臺區

圖9 采錄范圍列表

圖10 層次樹

圖11 層次樹操作

圖12 圖形預覽

圖13 臺賬維護

圖14 地理信息定位

3 結語

本文首先通過對配網PC客戶端圖模維護工具進行分析，發現其在實際使用場景及數據準確性方面存在諸多缺點，工作效率較低、數據準確度差且無法形成閉環管理，專職人員工作不能保證所有數據全程無錯誤錄入與執行，較大的工作量給其造成一定工作壓力。基于此，本文設計一款配網移動端圖數一體化建模工具，該工具基于層次樹并結合數據庫緩存方式，解決了圖形復雜的拓撲關系問題。配網移動端圖數一體化建模工具的落地改進了配網傳統PC客戶端圖形建模方式和數據維護模式，提高了數據的正確性和數據源的可靠性，改變了傳統的人工手錄模式。在時間有限的情況下，專職人員大大增加了饋線及臺區的數據采集量，節省了成本和時間，為國網PMS2.5系統的移動化建設奠定了堅實的基礎，具有一定的里程碑意義。