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PDA智能巡检在配网电缆管理中的运用
作者：贺贤华
来源：《城市建设理论研究》2013年第23期
摘要: 建立一套基于GIS的电缆动态维护模式：以手持PDA为载体，将地下电缆及管沟道数据采集成果落实到PDA上；结合电子标签的应用，融合移动GIS与GPS技术，实现对现场设备的定位与智能巡检；进一步开发通信通道，实现PDA数据与中心服务器数据的交互，达到PDA数据与服务器数据的动态实时同步；通过表格、图形、图像等多种方式对设备各项数据进行描述和交换，解决信息的现场复原问题，提高工作的准确性和效率，进一步提高配网智能化水平。
关键词: GIS；PDA；智能化；巡检
中图分类号： TN915.5 文献标识码： A 文章编号： 0 引言
电力电缆在城市运行中起着举足轻重的作用，被誉为城市的生命线，因此地下电缆管理水平的高低，不仅决定供电可靠性，而且还影响城市公共安全。近十年来，城市建设的快速发展和社会经济的高速运行，加快了电网建设速度，尤其在经济发达的东南沿海省份城市，比如宁波市，城区线路电缆化率超过90%，基本承担了城市电力的输送和供应，而且每天都在增加和变动，电缆运行的状态和管理水平的高低对城市的政治、经济和群众生活处于决定性的地位。如何建设和管理好城市的电力电缆，已经成为当前工作中亟需解决的问题。
从2010年下半年开始，镇海局开始着手全区地下电缆数字化管理工作，主要包括地下电缆管线排摸、数据普查、数字化管理平台搭建、数据导入及后期的PDA智能巡检系统、城市地下电缆智能监测系统、安全评估系统的开发等工作。截至2011年9月份，已完成全区四个街道两个乡镇的电缆管线排摸及数据普查工作，涉及电缆井2458个，电缆长度近500公里，电缆管线205公里；完成数字化管理平台建设及数据导入工作；完成PDA智能巡检系统开发。目前，镇海的地下电缆管线已进入数字化管理、智能化巡检阶段，管理手段的改变进一步提高了电缆运维管理水平。本文主要介绍镇海局目前所用的PDA智能巡检系统。 1 系统组成
智能巡检系统主要由射频识别、参数记录、数据上传等三个模块组成[]【1】。其中，射频识别模块主要用于识别特定的设备，进入相应的巡检项目填写界面；而参数记录主要用于处理记录的数据，包括对记录数据进行编码和加密等过程。数据上传模块可以不断扫描是否有已记录但未发送的数据，并通过GPRS网络将记录后的数据上传到服务器。其工作过程如图1所示。
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图1 智能巡检系统工作过程示意图 图1 系统组成模拟图 1.1 PDA的操作系统
嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它能够有效管理复杂的系统资源，完成进程管理、处理器调度、存储管理、设备管理、中断处理等操作系统任务。本文所使用的PDA采用的是WINCE6.0系统，WindowsCE是微软公司的嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类电子设备的操作系统， 该系统的图形用户界面相当出色。Windows CE是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，其操作界面虽来源于Windows 95/98，但WindowsCE是基于WIN32 API重新开发的新型信息设备平台。Windows CE 具有模块化、结构化和基于Win32 应用程序接口且与处理器无关等特点。
Windows CE不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在Windows CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具(如Visual Basic、Visual C++等)，也可使用同样的函数和同样的界面风格，从而使绝大多数应用软件只需简单的修改和移植，就可以在Windows CE平台上继续使用。
1.2 射频识别模块
本设计中的射频识别采用的是SP-RFS-300 阅读器，其工作频段是2.4 GHz ～2.4835 GHz。该模块的特点是识别速度快，识别距离远，并采用固态封装，抗高强度跌落与振动，因此比较适用于本巡检系统的需要。系统中的标签采用有源式主动发射信号给阅读器，以便阅读器能及时收到标签信息（如图2）。 1.3 数据采集和上传模块
数据采集模块主要用于记录设备参数和检查设备状态，并将巡检后的结果保存至本地。每一个巡检设备都装有一个固定的电子标签。巡检人员到达巡检位置后，可通过识别接收卡源信息进入不同的巡检项目。再按照设备实际状态记录相应的参数后，可保存巡检结果，且在保存的同时，由系统自动激活发送线程并在后台通过GPRS将巡检结果发送至服务器。 图2 电子标签输配电线路智能检修模拟图 2 巡线数据采集系统的设计与实现
为了达到管理规范、巡检自动化的要求，基于PDA的智能巡检系统具有以下基本要求: 能够通过无线射频识别技术识别一定范围内的对象，并能获取相关数据；
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能够实时地与监控中心进行数据交互；
具有友好的人机交互界面，并具备数据处理能力； 能够保证数据传输的高效和安全。 2.1 系统设计方案与模块划分
基于PDA的智能巡检系统可由带有GPRS模块和射频识别模块的PDA以及数据处理软件组成。系统设计方案是首先由射频识别模块识别设备，并进入相应的巡检界面，然后由现场巡线员记录相应设备的数据信息后，再将巡检结果保存至本机。同时，系统后台将自动检测待发送的数据，并实时上传到服务器，以供上级部门进一步统计、分析和处理。该系统的通信内容主要由PDA与射频识别模块的通信和PDA与服务器端主机的通信两部分组成。
在巡检工作中，客户端PDA不需要与服务器端实时交互。因此，本系统采用C/S模式， 其系统总体架构如图3所示。 图3 系统总体构架图
2.2 PDA与射频识别模块的串口通信
本系统采用射频识别技术，其射频识别范围只有1~5米。因此，要求巡线员必须到达设备所在地后才能进行相关设备的巡检工作，从而保证巡线员的到位率。射频识别模块安装在PDA机身内部。PDA内部有一个串行端口和射频识别模块相接。串行端口的功能是作为芯片和串行设备之间的编码转换器。当数据从芯片经过串行端口发送出去时，字节数据被转换为串行位，然后在一根数据信号线上一位一位地传输。在到达数据接收端后，串行位又将被转换为字节数据。由于应用程序不断的从射频识别模块的串口中读取数据，而且读取数据的速度相对较慢，因此应创建单独的线程来读取串口中的数据，以避免阻塞主线程。 2.3 PDA数据采集的实现
基于PDA的智能巡检系统具有身份验证模式，因此巡线员使用PDA时，要按照严格要求输入用户名和密码后方能进入系统继续操作（如图4）。另外，本系统还具有自检功能，在数据记录过程中，一旦有漏检现象发生，系统会立即提醒巡线员并且禁止巡检员的下一步操作，从而保证了数据记录的完整性，图3所示是本系统中的无线抄表界面图。在数据记录后，系统将自动对巡检数据进行加密处理，服务器端接收数据后再自动解密，这样可以保证敏感数据的安全性。
图4 用户登录界面图
2.4 PDA与服务器端主机的通信
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PDA与服务器之间的数据传输可通过GPRS无线网络来完成，所以在传输文件之前，需要将插有SIM卡的PDA开通GPRS服务。PDA通过GPRS登陆公网后，即可获得一个IP地址。由于PDA登陆公网所获得的IP地址是随机的，因此，要求服务器的IP地址或者域名必须是固定的。为了保证数据传输的完整性，本系统的传输形式应以面向连接TCP/IP方式进行。而其程序则可用基于TCP的socket编程实现，具体步骤如下：
(1) 初始化Socket，并建立客户端的Socket，确定要连接的服务器的主机名和端口； (2) 发送连接请求到服务器，并等待服务器的回馈信息； (3) 连接成功后，与服务器进行数据交互；
(4) 数据读取可通过Receive()来完成，数据的发送则通过Send()来实现； (5) 数据处理完毕后，关闭自身的Socket连接。
由于数据要通过传输，而服务器则放置在内网中。因此，出于安全的考虑，设计时要进行内隔离。具体过程是在服务器接收PDA发送的数据后，通过PC机的串口将数据转发至内网服务器，从而在物理层上实现内的隔离，从而成功完成数据传输。 3 使用实例
3.1导入当地地图，如图为镇海地图 （图5-1-1） 地图显示 3.2 添加轨迹图
点击“添加轨迹图”之后，才会在主界面显示轨迹图，如图5-1-2所示，现在便可对地图进行实地的操作。
（图5-1-2） 轨迹图显示 3.3 电气显示
树状显示电气信息，点击左上角的图标操作： （图5-1-3）电气窗口 3.3.1定位
点击定位，则在地图中定位到该地物，如图5-1-4。
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（图5-1-4） 定位 3.3.2导航
控制GPS的开启和停止，开启GPS之后能地图随动。 （图5-1-5）导航 3.4添加巡检记录
采集巡检过程中的RFID信息，并将设备巡视情况记录在备注栏中。 （图5-1-6） 添加巡检记录窗口
将光标定位在RFID文本框中，点击一下该文本框即可让其获得焦点。 （图5-1-7） 文本框获取焦点
点击“获取RFID值”或按PDA的黄色按键，读取RFID值，如图5-1-8所示。 （图5-1-8） 获取RFID值操作 刺点：获取经纬度坐标。
点击“刺点”，回到地图主界面点击主界面“刺点”地图中选取坐标（十字指针显示）点击“结束刺点”返回“添加巡检记录”窗口。 （图5-1- 9） 刺点操作 3.5 查看巡检记录
用户可在PDA中查看巡检记录，也可先将巡检记录上传至服务器或电脑再查看。 4 结束语
基于PDA的智能巡检系统在我局推广应用以后，运行人员在巡视过程中可以动态查看电缆管线信息，如有不符可以现场及时修正，较好地解决了以往出现频率最高的图实不符的问题，使得电缆运维管理水平得到显著提升。该系统不仅提高了运行人员的巡视效率，还可保证运行人员的到位率，同时为检修人员在处理电缆故障中快速定位故障点提供了技术支持，为地下电缆的安全可靠运行提供了有力支撑。
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参考文献
【1】南文康．PDA智能巡检系统在电力设备巡视中的应用．中国科技信息，2009(8)． 作者简介
贺贤华（1982年10月——）：宁波电业局职工，浙江大学工学硕士（电力系统及其自动化方向）在读，工程师、技师，长期从事变配电工作。
