0引言
結(jié)合先進的嵌入式應(yīng)用平臺技術(shù)、藍牙技術(shù)、GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、RFID技術(shù)、條碼掃描技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的電力智能巡檢系統(tǒng)能使巡檢人員在現(xiàn)場按照巡檢工作流程，進行巡檢任務(wù)的查詢、設(shè)備信息和地理信息的采集和查詢、設(shè)備缺陷情況的記錄等工作，具有路線安排、數(shù)據(jù)記錄、工作狀態(tài)監(jiān)督、數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計等功能，并可與電力企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)無縫連接，可有效查詢現(xiàn)工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)線路的缺陷情況，并對設(shè)備缺陷情況進行智能化的預(yù)測和評定，克服了傳統(tǒng)手工方式的缺點，保證輸配電設(shè)備的高效率、低故障率安全運行。
1系統(tǒng)設(shè)計原理
1．1數(shù)據(jù)挖掘原理
數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中尋找其規(guī)律的技術(shù)，主要有數(shù)據(jù)準備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示3個步驟。系統(tǒng)創(chuàng)造性地將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到電力巡檢缺陷管理工作中，真正使系統(tǒng)具有智能化的分析和判定，建立可調(diào)整的設(shè)備缺陷評判模型，對巡檢數(shù)據(jù)進行深入的、自動化的分析和決策，包括自動生成設(shè)備缺陷等級，自動進行設(shè)備評級、對設(shè)備缺陷隱患進行預(yù)測，從而指導(dǎo)巡檢工作等。分析過程會自動隨著數(shù)據(jù)積累和評判模型的逐步完善而越來越準確。
1．2 PDA接受GPS定位原理
GPS接收機通過藍牙與PDA實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信，利用定位衛(wèi)星傳來的數(shù)據(jù)，可以在PDA上得到物體的實時位置、速度等參數(shù)。通過與巡檢嵌入式GIS系統(tǒng)的集成，可以在PDA上實現(xiàn)數(shù)字導(dǎo)航和設(shè)備定位，很直觀地在地圖上了解設(shè)備所處的位置等信息。
GPS接收機的輸出格式完全遵循GPS接口標準NMEA0183協(xié)議。NMEA0183定義了若干代表不同含義的語句，每個語句實際上是一個ASCII碼串。這種碼直觀， 易于識別和應(yīng)用。在試驗中， 不需要了解NMEA0183通信協(xié)議的全部信息，僅需要從中挑選出需要的那部分定位數(shù)據(jù)，其余的信息忽略掉。GPS接收機與PDA通信時，通過串口每秒鐘發(fā)送10條數(shù)據(jù)。實際導(dǎo)航應(yīng)用讀取GPS的空間定位數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)需要每隔幾秒鐘更新一次經(jīng)緯度和時間數(shù)據(jù)，不必頻繁地更新數(shù)據(jù)，否則，會浪費掌上設(shè)備有限的電能。
一個完整的NEMA0183語句是從起始符“$GPGGA”到終止符“<CR> <LF> ”為止的一段字符串。需要掌握的信息是經(jīng)緯度、經(jīng)緯度方向、GPS定位狀態(tài)和接收信號的時間。所以當(dāng)接收到這樣一個完整的NEMA0183語句時，提取有用信息的方法是：先判定起始符$GPC,GA的位置，從起始符開始讀入數(shù)據(jù)，再通過異或校驗后的語句中尋找字符“， ”，然后截取前后2個“，”之間的字符(串)獲得所關(guān)心的數(shù)據(jù)，并以回車符為一個CPS語句的終止符，得到一個完整的GPS信號。在提取出的GPS語句中，找尋經(jīng)緯度所在的逗號位置，讀出經(jīng)緯度坐標，再將經(jīng)緯度坐標根據(jù)需要進行相應(yīng)的地圖坐標轉(zhuǎn)換。
1．3 PDA接受RFID和條形碼識別原理
PDA與條碼，RFID閱讀器通信原理如圖1。條形碼掃描器識別條形碼時，根據(jù)不同顏色的物體，其反射的可見光的波長不同，條碼掃描器的光電轉(zhuǎn)換器接收到與白條和黑條相應(yīng)的強弱不同的反射光信號，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出到條碼掃描器的放大整形電路，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，根據(jù)碼制所對應(yīng)的編碼規(guī)則，條碼掃描器便可將條形符號換成相應(yīng)的數(shù)字、字符信息，形成物體的編號。
近年來，無線射頻識別(RFID)技術(shù)逐漸成為一種主流應(yīng)用技術(shù)，該技術(shù)使快速物品識別成為可能。RFID技術(shù)與早期的條形碼識別技術(shù)不同，它不需要近距離使用讀碼器，通過射頻信號，可以實現(xiàn)遠距離識別。RFID標簽還可以將產(chǎn)品生產(chǎn)商、產(chǎn)品類型以及環(huán)境變量等各種信息作為身份的標識，不必像條形碼那樣使用斑馬線標簽。
另外，RFID系統(tǒng)還能從不同方向自動識別RFID標簽，與條形碼識別相比，極大提高了識別速率。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它利用射頻信號通過電感耦合或電磁耦合自動識別目標對象，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。標簽是RFID技術(shù)的關(guān)鍵部分，RFID標簽含有一個發(fā)送應(yīng)答機，可以向RFID閱讀器發(fā)送特定信號，絕大多數(shù)的RFID標簽都有一個ID序列號(如SKU碼)。閱讀器在收到ID號后可以從數(shù)據(jù)庫中檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，并按指示進行操作。RFID標簽也可以具有可讀寫的存儲器，用于存儲向不同閱讀器發(fā)送的信息，這些信息用于對貼附標簽的物體進行識別。
圖1 PDA與條碼、RFID閱讀器通信原理
1．4嵌入式GIS原理
GIS系統(tǒng)是電力系統(tǒng)基礎(chǔ)的支撐系統(tǒng)。嵌入式GIS是在嵌入式設(shè)備上運行的地理信息系統(tǒng)。它通過手機或PDA等嵌入式設(shè)備結(jié)合GPS或GSM定位向個人提供隨時隨地的位置服務(wù)，不僅可以知道自己的位置，還可以隨時查詢附近的各種設(shè)施或單位在哪里。基于GPS的嵌入式GIS系統(tǒng)在電力巡檢中發(fā)揮了重要作用，它與一般的GIS不同，由于它是運行在資源緊缺的嵌入式設(shè)備上，因此必須考慮如何合理利用資源，盡量減少資源的消耗，包括CPU運算量、內(nèi)存和外存的消耗，提高效率。因此，在電力巡檢中，嵌入式GIS必須“可裁剪”性，包括數(shù)據(jù)格式的剪裁、功能剪裁和數(shù)據(jù)剪裁。不同的用戶對巡檢任務(wù)的要求不同，裁剪可顧及巡檢任務(wù)內(nèi)容的精確性、完整性。這樣可以節(jié)省容量和提高速度。剪裁的工作在巡檢工作站端完成，包括地圖數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和預(yù)處理、巡檢任務(wù)的安排等。
1．4．1嵌入式GIS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
嵌入式GIS系統(tǒng)應(yīng)用軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因具體應(yīng)用的不同而有所增減。如圖2所示為嵌入式GIS系統(tǒng)應(yīng)用軟件所應(yīng)具備的幾個基本功能模塊。通常該類系統(tǒng)最底層應(yīng)為嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE，然后上面依次為核心處理層和應(yīng)用邏輯層。整個體系結(jié)構(gòu)與GIS工作站和WebGis系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，便于進行業(yè)務(wù)裁剪和對外發(fā)布。
圖2嵌入式GIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
1．4．2空間數(shù)據(jù)的管理方式
在嵌入式GIS系統(tǒng)中， 為了節(jié)省資源和提高運行效率，采用面向文件和對象的方式來管理空間數(shù)據(jù)。如圖3。
圖3空間數(shù)據(jù)管理方式
2 電力智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計
2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)由采集終端(GPS接收器、RFID和條碼閱讀器)、移動終端(PDA類掌上電腦)、巡檢工作站、WEB發(fā)布服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成如圖4。方便靈活的插件式設(shè)計可以和第三方系統(tǒng)如輸配電GIS系統(tǒng)和生產(chǎn)MIS系統(tǒng)進行對接，使電力企業(yè)的信息平臺做到最大化的信息共享和應(yīng)用。
圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2．2 主要功能
該系統(tǒng)主要由巡檢工作站平臺和巡檢移動平臺兩大部分組成，如圖5。
圖5系統(tǒng)功能圖
2．3操作流程
該系統(tǒng)的操作流程如下：
(1)由巡檢專責(zé)在工作站平臺進行巡檢任務(wù)的創(chuàng)建并下載任務(wù)到相應(yīng)巡檢員的PDA上，和巡檢任務(wù)相關(guān)的線路設(shè)備、地圖背景等信息可通過GIS系統(tǒng)自動輸出。
(2)巡檢員手持PDA選擇相應(yīng)的巡線定位方式，通過GPS或RFID或條碼進行設(shè)備的定位采集，并可根據(jù)GPS坐標或編號進行設(shè)備的自動匹配，匹配成功將自動調(diào)出符合該信息的設(shè)備，同時在地圖上醒目標識該設(shè)備，如果沒有匹配到設(shè)備，則進行新設(shè)備的采集操作；巡檢員逐一對巡檢項目進行填寫并記錄相關(guān)信息。
(3)完成巡檢后，巡檢員將PDA連接到工作站平臺，系統(tǒng)自動將巡檢結(jié)果傳人后臺數(shù)據(jù)庫。巡檢專責(zé)會根據(jù)巡視人員所傳人的數(shù)據(jù)進行集中處理，生成巡視記錄和設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)；可以對巡視人員的巡視次數(shù)、巡視時間、出勤率、巡視效率、到位率等進行統(tǒng)計分析，為考核巡視人員的工作情況提供真實可靠的依據(jù)；可以對缺陷數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘深度分析，對設(shè)備缺陷發(fā)生率進行合理預(yù)測，對缺陷等級進行合理評定，而且隨著數(shù)據(jù)積累的越來越多，這種預(yù)測和評定將會愈來愈準確。
3關(guān)鍵技術(shù)
3．1信號獲取或解析
采集終端(GPS接收器、RFID和條碼閱讀器)采集的數(shù)據(jù)通過藍牙和移動終端(PDA類掌上電腦)進行無線通信，移動終端的藍牙處理模塊對采集的數(shù)據(jù)進行解析，GPS每秒鐘發(fā)送1O條數(shù)據(jù)，軟件設(shè)置每5s更新1次坐標信息，一方面降低PDA的資源消耗，另一方面，對GPS數(shù)據(jù)進行平滑，過濾無用的噪聲信息，防止坐標漂移；RFID和條碼標簽通過閱讀器以藍牙方式傳送數(shù)據(jù)，PDA的藍牙處理模塊負責(zé)解析傳來的標簽信息(設(shè)備編號)。
3．2坐標變換
GPS定位所得出的結(jié)果屬于WGS84坐標，而在工程上實用的大多是國家坐標系，或者是獨立坐標系。獨立坐標系一般是在國家坐標系基礎(chǔ)上形成的， 因此，GPS定位結(jié)果的使用中就有與國家坐標系間的坐標轉(zhuǎn)換問題。一般要通過2步轉(zhuǎn)換：首先將WGS84的大地坐標(L，B)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于WGS84橢球的高斯平面坐標，然后再經(jīng)過平面坐標轉(zhuǎn)換，將高斯平面坐標轉(zhuǎn)換為我國通用的西安8O或北京54平面坐標系統(tǒng)。
3．3數(shù)據(jù)挖掘
數(shù)據(jù)挖掘在應(yīng)用時主要經(jīng)過確定挖掘主題、建立數(shù)據(jù)連接、建立數(shù)據(jù)挖掘結(jié)構(gòu)、建立挖掘模型、實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘幾步，才能實現(xiàn)一個比較完整的數(shù)據(jù)分析過程。在本文所述的電力智能巡檢系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)挖掘的主題主要是設(shè)備缺陷等級評定和缺陷預(yù)測；數(shù)據(jù)連接主要是利用DOTNET平臺提供的數(shù)據(jù)挖掘?qū)Ｓ煤瘮?shù)或語言ADOMD．NET、ADO．NET提供的MDX語言來實現(xiàn)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是和缺陷相關(guān)的缺陷結(jié)構(gòu)；建立數(shù)據(jù)挖掘模型的關(guān)鍵是維度的選取、維度的分割、維度屬性的選取、實事數(shù)據(jù)項的選取，當(dāng)完成基本框架的建立后，就可以進行維度體系的設(shè)計。在維度體系設(shè)計中，要詳細定義維度類型、維度名稱、維度成員及維度說明。電力智能巡檢系統(tǒng)的維度類型主要分為時間維、設(shè)備維、缺陷模板維、環(huán)境因素維和缺陷等級維。
4結(jié)束語
電力智能巡檢系統(tǒng)通過全方位、智能化的設(shè)計，融合當(dāng)前先進的計算機技術(shù)，從根本上保證電力巡檢工作能夠全天候、長周期地運行，并通過掌上電腦完成巡檢工作的詳細規(guī)范性記錄，使巡檢管理和人員考核逐步走向電子化、信息化和標準化。
(煙臺東方電子技術(shù)中心,煙臺清泉外國語學(xué)校,喬寶進 ，康迎華，高貞彥 ，劉東波)
