用電檢查系統(tǒng)中藍牙和GPS技術的綜合運用研究

［關鍵詞］藍牙技術；GPS 定位；PDA 設備；電力檢查

［中圖分類號］TM76 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0119–03

1基于藍牙和GPS的移動設備概述

1.1藍牙技術

藍牙技術是一種廣泛采用的無線通信協(xié)議，其允許設備在短距離內進行通信，無需依賴物理線路。這種技術以其快速、高效、低能耗和低成本的特點而著稱。與其他無線通信技術相比，藍牙技術在安全性、靈活性、開放性和用戶友好性方面具有顯著的優(yōu)勢。

1.2GPS技術及其系統(tǒng)構成

全球定位系統(tǒng)（GPS）最初由美國在20世紀70年代開發(fā)，并于1994年正式投入使用。該系統(tǒng)旨在提供全面的衛(wèi)星導航和定位服務，覆蓋海、陸、空各個領域。隨著技術的不斷發(fā)展，GPS的應用已經擴展至測繪、物流、應急救援等行業(yè)。進入21世紀，隨著電子設備的持續(xù)更新，GPS技術在全球電力基礎設施中的應用變得日益廣泛。

1.3藍牙技術和GPS通信定位在PDA設備上的應用

個人數(shù)字助理（PDA）作為一種便攜式設備，主要利用藍牙技術和GPS進行通信和定位，其在電力系統(tǒng)的檢測與管理中扮演著關鍵角色。PDA平臺上的操作系統(tǒng)分為兩大類：①Android系統(tǒng)；②微軟公司于2007年推出的32位嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE。在電力系統(tǒng)的檢測與管理中，PDA設備能夠協(xié)助管理者高效地執(zhí)行多項任務，包括員工考勤記錄、設備狀態(tài)監(jiān)測、維修數(shù)據(jù)存儲及供電線路的確認等。由此可見，結合藍牙技術和GPS的用電檢查系統(tǒng)，能夠顯著提升日常管理工作的效率。

2用電檢查系統(tǒng)的應用價值

2.1檢查人員績效考核依據(jù)

為了確保電力檢查工作的質量與效率，對檢查人員的巡檢路徑和績效評估進行管理尤為重要。一些管理部門通過在關鍵設備的箱體中放置簽到簿，要求檢查人員在特定位置簽字，以驗證其是否確實到達了預定地點。隨著GPS技術的應用，檢查記錄現(xiàn)在可以包含檢查人員的GPS坐標，這有助于確認檢查人員的記錄是否與設備位置相匹配。此外，PDA設備還配備了攝像頭，允許檢查人員在檢查記錄中附上現(xiàn)場照片，以增強現(xiàn)場檢查的實證性。然而，傳統(tǒng)的評估方法僅限于確認檢查人員是否到達指定位置，而對檢查的實際效果并無影響，甚至在檢查人員到達現(xiàn)場時也無法進行有效的檢查。文章提出了一種基于GPS和藍牙技術的電力檢測方案，旨在解決上述問題。

2.2及時記錄故障隱患與拍照

將核對表的內容以軟件格式整合至PDA系統(tǒng)中，操作人員可以通過下拉式菜單選擇不同的設備進行檢查。PDA設備配備的全觸控界面使得信息的修改變得十分便捷。此外，PDA設備允許逐項輸入檢查項目，對于需要現(xiàn)場拍攝以確認的項目，檢查人員必須按順序進行，確保不遺漏任何檢查點。在對檢查單上指定的檢查點進行逐個核對和確認后，檢查人員將收集到的信息存儲至PDA內置的數(shù)據(jù)庫中。當設備操作人員抵達操作終端時，PDA通過藍牙技術將檢查數(shù)據(jù)傳輸至電力自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。

2.3及時查詢技術資料

目前，PDA設備的存儲容量已超過8GB，理論上能夠容納多達80000張600×800像素的黑色自適應地圖。相比之下，稽查人員攜帶的紙質資料，以A4紙張打印，總重量可達370kg。使用PDA進行信息檢索極為便捷，只需在維修單頁面輕觸參考資料按鈕，即可迅速獲取所需資料，并支持模糊查詢管理。PDA提供豐富的參考資料，這一功能顯著降低了因操作不熟練而產生的錯誤檢驗的可能性。

3用電檢查系統(tǒng)中藍牙和GPS技術的綜合運用

3.1藍牙通訊模塊的運用

用電檢查系統(tǒng)的核心創(chuàng)新在于利用藍牙技術，其取代了傳統(tǒng)的串行線纜，實現(xiàn)了PDA與主控機之間的無線通信。系統(tǒng)采用了藍牙串口模擬協(xié)議和串行端口輪廓，以支持鏈路的無線連接。串行接口是目前最普遍的通訊接口，隨著藍牙技術的興起，其有望逐步取代串行線纜。藍牙鏈路中需要一種能夠兼容傳統(tǒng)串口應用的接口，而L2CAP的串口仿真協(xié)議（RFCOMM）能夠在L2CAP協(xié)議之上模擬串口，為不同的應用程序提供虛擬串口接口，使得傳統(tǒng)的有線串行通訊技術在無線通訊中得以無縫應用。

應用程序可以通過RFCOMM以無線方式傳輸數(shù)據(jù)，就如同使用標準的串行電纜一樣。串行端口剖面（SPP）是通信協(xié)議的一個子集，其通過RFCOMM實現(xiàn)藍牙通信的模擬。SPP基于通用訪問輪廓（GAP）。圖1展示了構建協(xié)議模型所需的模擬串口鏈路流程，并闡述了其與RFCOMM、邏輯鏈路控制與適應協(xié)議L2CAP、業(yè)務發(fā)現(xiàn)鏈路管理協(xié)議LMP及鏈路控制等方面的交互需求。

在藍牙協(xié)議棧中，基帶（Baseband）和鏈路管理協(xié)議（LMP）位于第一層和第二層，而邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（L2CAP）也位于較低的層次。服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）和RFCOMM則位于更高層次的應用層。SPP位于這些底層協(xié)議與應用層之間，其模擬了串行通信的功能，使得上層應用程序能夠通過一個虛擬的串口進行不同類型的數(shù)據(jù)傳輸。

3.2GPS定位檢查模塊的運用

GPS采用了SiRFStarI芯片，該芯片能處理多達20個信道，且具備高精度和穩(wěn)定性，即使在信號遮擋等復雜環(huán)境中也能保持正常運行。其信號接收效果良好，通常能夠達到10m的精度標準，這完全滿足了電力行業(yè)現(xiàn)場檢測的精確度要求。在GPS模塊運行時，其通過串口將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至PDA設備。

在數(shù)據(jù)接收之前，需要對緩存中的字節(jié)碼進行分類和提取，以便后續(xù)使用。因此，研究GPS數(shù)據(jù)格式對于理解如何從緩存中提取關鍵信息字段至關重要。通過編寫程序，可從緩存中提取這些字段，并將其轉換為具有實際應用價值的位置信息。用電檢查系統(tǒng)采用的GPS模塊遵循國際通用的NMEA–0183標準，這是一種靈活且通用的GPS接收機協(xié)議，其使用ASCII編碼來表達數(shù)據(jù)，便于用戶理解和操作。NMEA–0183標準定義了數(shù)據(jù)幀的結構，包括幀頭、數(shù)據(jù)內容和幀尾3個部分。幀頭部分用于標識后續(xù)數(shù)據(jù)的格式，而每個數(shù)據(jù)幀則以回車符和換行符作為結束標志。

NMEA–0183標準還定義了多種語句，每種語句都有其特定的含義和用途。用電檢查系統(tǒng)支持的語句包括GGA（全球定位系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)）、GSA（選擇性GPS/差分GPS數(shù)據(jù)）、GSV（可視衛(wèi)星數(shù)據(jù)）和RMC（推薦最小數(shù)據(jù)），每種語句都承載著不同的信息，如精確的定位數(shù)據(jù)、衛(wèi)星狀態(tài)和推薦的最小數(shù)據(jù)集等。NMEA–0183見表1。

在NMEA–0183通信協(xié)議中，包含了大量的數(shù)據(jù)信息，但人們的關注點主要集中在GPS數(shù)據(jù)上，如經緯度和時間等。因此，僅需關注RMC幀，其能夠提供人們所需的位置信息。RMC幀的結構和字段定義是分析的重點，因為它們包含了GPS定位的關鍵數(shù)據(jù)。通過解析RMC幀，可以輕松地提取出所需的GPS資料，如精確的經緯度坐標和時間戳。

在用電檢查系統(tǒng)中，僅關注與GPS定位相關的數(shù)據(jù)，如經緯度和時間，可忽略NMEA–0183協(xié)議中提供的其他幀數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)接收和處理過程中，先通過檢查幀頭來識別“$GPRMC”幀，然后僅對這些幀進行數(shù)據(jù)解析。這樣，能夠有效地篩選出對系統(tǒng)有用的信息，同時忽略掉那些不相關的數(shù)據(jù)。

3.3距離計算

在執(zhí)行現(xiàn)場電力檢測時，工作人員必須記錄GPS提供的位置數(shù)據(jù)，并將其與預設的參考坐標進行比較，以確定是否到達指定位置。若GPS數(shù)據(jù)與參考坐標之間的差異在可接受的誤差范圍內，即可判定工作人員已經到達了預定的檢測點。GPS提供的經緯度信息是基于WGS–84坐標系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用精確的橢球體模型來計算地球上任意兩點之間的距離，其精度可以達到毫米級別。然而，用電檢查系統(tǒng)由于技術限制，無法實現(xiàn)如此高的測量精度，且地球的橢球形狀與球形相近，因此可以采用球形近似來簡化計算。基于余弦定理，推導出以下簡化計算公式：

4性能分析與測試

4.1服務器性能測試

在電力巡檢系統(tǒng)中，服務器的穩(wěn)定運行至關重要，因此對服務器的性能和可靠性提出了嚴格要求。文章采用了IBMxSeries346服務器，其優(yōu)越的配置確保了系統(tǒng)能夠快速響應并發(fā)請求并保持高度的穩(wěn)定性。

在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）方面，用電檢查系統(tǒng)不僅負責維護系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)，還需確保與市場數(shù)據(jù)庫的實時同步。考慮到電力系統(tǒng)中可能同時有7個工作站訪問數(shù)據(jù)庫，因此必須確保在多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)的完整性和安全性。文章選擇了Oracle數(shù)據(jù)庫，其在安全性和并發(fā)控制方面進行了精心設計，通過實施鎖定機制，有效避免了多用戶同時訪問時可能發(fā)生的沖突和數(shù)據(jù)損壞問題。在服務器性能測試中，連接了10個工作站到單一服務器數(shù)據(jù)庫上，進行了包括查詢、修改和插入在內的多種數(shù)據(jù)操作。這些操作均在保證數(shù)據(jù)一致性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下進行，以驗證服務器和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能。通過這些測試，能夠評估IBMxSeries346服務器和Oracle數(shù)據(jù)庫在電力巡檢系統(tǒng)中的適用性和效能。

4.2藍牙數(shù)據(jù)傳輸測試

在用電檢查系統(tǒng)中，藍牙通信模塊能夠接收大約10m的信號。在主站應用中，對PDA的檢索操作通常耗時約7s，這一時間主要受到程序設定的最大搜索時間的影響。在數(shù)據(jù)通信過程中，從PDA向主設備傳輸任務數(shù)據(jù)，通過藍牙技術將數(shù)據(jù)從主設備傳輸至主計算機大約需要2s，而PDA上傳任務數(shù)據(jù)至主計算機則大約需要1.5s。通過對比兩端的數(shù)據(jù)傳輸結果，驗證了藍牙技術在數(shù)據(jù)傳輸過程中的準確性，從而確保了數(shù)據(jù)的準確性和完整性。

4.3GPS定位性能測試

在電力檢測任務中，GPS接收器的性能顯著影響其定位的精確度和可靠性。文章采用的GPS模塊，其定位精度可達到10m以內，且具有較低的能耗。在實際的野外測試中，即便在高樓密集或遮蔽區(qū)域，該模塊依然能夠穩(wěn)定接收信號。通過將PDA外站的GPS數(shù)據(jù)與谷歌地球提供的經緯度數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者之間的誤差極小，這進一步證實了GPS模塊在復雜環(huán)境下的定位準確性。

5結束語

用電檢查系統(tǒng)中藍牙和GPS技術的綜合運用顯著提高了電力檢查的效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬菪浴Ｍㄟ^PDA設備的集成應用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線共享和傳輸，同時通過高級數(shù)據(jù)安全措施和精細化的數(shù)據(jù)分析管理，為電力企業(yè)的決策提供了有力支持。GPS定位的精確性確保了檢測工作的準確性，盡管系統(tǒng)在測量精度上存在限制，但通過球形近似計算，仍能滿足日常電力檢測的需求。