0引言
結合先進的嵌入式應用平臺技術、藍牙技術、GPS技術、GIS技術、RFID技術、條碼掃描技術和數據挖掘技術的電力智能巡檢系統(tǒng)能使巡檢人員在現場按照巡檢工作流程，進行巡檢任務的查詢、設備信息和地理信息的采集和查詢、設備缺陷情況的記錄等工作，具有路線安排、數據記錄、工作狀態(tài)監(jiān)督、數據匯總統(tǒng)計等功能，并可與電力企業(yè)現有信息系統(tǒng)無縫連接，可有效查詢現工作狀態(tài)，及時發(fā)現線路的缺陷情況，并對設備缺陷情況進行智能化的預測和評定，克服了傳統(tǒng)手工方式的缺點，保證輸配電設備的高效率、低故障率安全運行。
1系統(tǒng)設計原理
1．1數據挖掘原理
數據挖掘是從大量數據中尋找其規(guī)律的技術，主要有數據準備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示3個步驟。系統(tǒng)創(chuàng)造性地將數據挖掘技術應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，建立可調整的設備缺陷評判模型，對巡檢數據進行深入的、自動化的分析和決策，包括自動生成設備缺陷等級，自動進行設備評級、對設備缺陷隱患進行預測，從而指導巡檢工作等。分析過程會自動隨著數據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實現無線數據通信，利用定位衛(wèi)星傳來的數據，可以在PDA上得到物體的實時位置、速度等參數。通過與巡檢嵌入式GIS系統(tǒng)的集成，可以在PDA上實現數字導航和設備定位，很直觀地在地圖上了解設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， 易于識別和應用。在試驗中， 不需要了解NMEA0183通信協議的全部信息，僅需要從中挑選出需要的那部分定位數據，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條數據。實際導航應用讀取GPS的空間定位數據時，可以根據需要每隔幾秒鐘更新一次經緯度和時間數據，不必頻繁地更新數據，否則，會浪費掌上設備有限的電能。
一個完整的NEMA0183語句是從起始符“$GPGGA”到終止符“<CR> <LF> ”為止的一段字符串。需要掌握的信息是經緯度、經緯度方向、GPS定位狀態(tài)和接收信號的時間。所以當接收到這樣一個完整的NEMA0183語句時，提取有用信息的方法是：先判定起始符$GPC,GA的位置，從起始符開始讀入數據，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)獲得所關心的數據，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，找尋經緯度所在的逗號位置，讀出經緯度坐標，再將經緯度坐標根據需要進行相應的地圖坐標轉換。
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換器接收到與白條和黑條相應的強弱不同的反射光信號，并轉換成相應的電信號輸出到條碼掃描器的放大整形電路，把模擬信號轉換成數字電信號，根據碼制所對應的編碼規(guī)則，條碼掃描器便可將條形符號換成相應的數字、字符信息，形成物體的編號。
近年來，無線射頻識別(RFID)技術逐漸成為一種主流應用技術，該技術使快速物品識別成為可能。RFID技術與早期的條形碼識別技術不同，它不需要近距離使用讀碼器，通過射頻信號，可以實現遠距離識別。RFID標簽還可以將產品生產商、產品類型以及環(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，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，并獲取相關數據。標簽是RFID技術的關鍵部分，RFID標簽含有一個發(fā)送應答機，可以向RFID閱讀器發(fā)送特定信號，絕大多數的RFID標簽都有一個ID序列號(如SKU碼)。閱讀器在收到ID號后可以從數據庫中檢索相關數據，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)基礎的支撐系統(tǒng)。嵌入式GIS是在嵌入式設備上運行的地理信息系統(tǒng)。它通過手機或PDA等嵌入式設備結合GPS或GSM定位向個人提供隨時隨地的位置服務，不僅可以知道自己的位置，還可以隨時查詢附近的各種設施或單位在哪里。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，包括數據格式的剪裁、功能剪裁和數據剪裁。不同的用戶對巡檢任務的要求不同，裁剪可顧及巡檢任務內容的精確性、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，包括地圖數據格式轉換和預處理、巡檢任務的安排等。
1．4．1嵌入式GIS系統(tǒng)的體系結構
嵌入式GIS系統(tǒng)應用軟件的系統(tǒng)結構因具體應用的不同而有所增減。如圖2所示為嵌入式GIS系統(tǒng)應用軟件所應具備的幾個基本功能模塊。通常該類系統(tǒng)最底層應為嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE，然后上面依次為核心處理層和應用邏輯層。整個體系結構與GIS工作站和WebGis系統(tǒng)進行數據交互，便于進行業(yè)務裁剪和對外發(fā)布。
圖2嵌入式GIS系統(tǒng)體系結構
1．4．2空間數據的管理方式
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據。如圖3。
圖3空間數據管理方式
2 電力智能巡檢系統(tǒng)設計
2．1 系統(tǒng)結構
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)布服務器和數據庫服務器組成如圖4。方便靈活的插件式設計可以和第三方系統(tǒng)如輸配電GIS系統(tǒng)和生產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用。
圖4系統(tǒng)結構圖
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)由巡檢專責在工作站平臺進行巡檢任務的創(chuàng)建并下載任務到相應巡檢員的PDA上，和巡檢任務相關的線路設備、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選擇相應的巡線定位方式，通過GPS或RFID或條碼進行設備的定位采集，并可根據GPS坐標或編號進行設備的自動匹配，匹配成功將自動調出符合該信息的設備，同時在地圖上醒目標識該設備，如果沒有匹配到設備，則進行新設備的采集操作；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)自動將巡檢結果傳人后臺數據庫。巡檢專責會根據巡視人員所傳人的數據進行集中處理，生成巡視記錄和設備缺陷數據；可以對巡視人員的巡視次數、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；可以對缺陷數據進行數據挖掘深度分析，對設備缺陷發(fā)生率進行合理預測，對缺陷等級進行合理評定，而且隨著數據積累的越來越多，這種預測和評定將會愈來愈準確。
3關鍵技術
3．1信號獲取或解析
采集終端(GPS接收器、RFID和條碼閱讀器)采集的數據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據進行解析，GPS每秒鐘發(fā)送1O條數據，軟件設置每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數據進行平滑，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據，PDA的藍牙處理模塊負責解析傳來的標簽信息(設備編號)。
3．2坐標變換
GPS定位所得出的結果屬于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上形成的， 因此，GPS定位結果的使用中就有與國家坐標系間的坐標轉換問題。一般要通過2步轉換：首先將WGS84的大地坐標(L，B)轉換為對應于WGS84橢球的高斯平面坐標，然后再經過平面坐標轉換，將高斯平面坐標轉換為我國通用的西安8O或北京54平面坐標系統(tǒng)。
3．3數據挖掘
數據挖掘在應用時主要經過確定挖掘主題、建立數據連接、建立數據挖掘結構、建立挖掘模型、實現數據挖掘幾步，才能實現一個比較完整的數據分析過程。在本文所述的電力智能巡檢系統(tǒng)中，數據挖掘的主題主要是設備缺陷等級評定和缺陷預測；數據連接主要是利用DOTNET平臺提供的數據挖掘專用函數或語言ADOMD．NET、ADO．NET提供的MDX語言來實現；數據結構主要是和缺陷相關的缺陷結構；建立數據挖掘模型的關鍵是維度的選取、維度的分割、維度屬性的選取、實事數據項的選取，當完成基本框架的建立后，就可以進行維度體系的設計。在維度體系設計中，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、設備維、缺陷模板維、環(huán)境因素維和缺陷等級維。
4結束語
電力智能巡檢系統(tǒng)通過全方位、智能化的設計，融合當前先進的計算機技術，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。
(煙臺東方電子技術中心,煙臺清泉外國語學校,喬寶進 ，康迎華，高貞彥 ，劉東波)
