一種多系統(tǒng)融合的移動(dòng)電力巡檢系統(tǒng)

一種多系統(tǒng)融合的移動(dòng)電力巡檢系統(tǒng)

0網(wǎng)電設(shè)備巡檢現(xiàn)在，電氣系統(tǒng)中的電氣設(shè)備數(shù)量眾多、種類繁多、位置分散，新的電氣設(shè)備不斷增加，導(dǎo)致電氣工程救援人員難以快速、正確地到達(dá)故障設(shè)備的位置。如果依靠傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)辨別故障電力設(shè)備,不僅費(fèi)時(shí)檢修效率低下,而且很可能因辨別失誤導(dǎo)致復(fù)電時(shí)間延長,影響其他正常工作的電力設(shè)備,造成居民用電質(zhì)量下降。此外,國網(wǎng)電力系統(tǒng)龐大且復(fù)雜,停電次數(shù)的多少、停電時(shí)間的長短可以基本反映出國網(wǎng)電力企業(yè)的電力輸送管理水平。目前大部分的電力線路復(fù)雜、電力設(shè)備繁多,容易產(chǎn)生故障點(diǎn)也多,這就需要加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備的巡檢力度來減少各種設(shè)備突發(fā)故障的可能,從而讓設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。但傳統(tǒng)的巡檢方式通常是由管理人員制定好巡檢的規(guī)章制度,巡檢工作人員填寫紙質(zhì)的巡檢計(jì)劃以及巡檢申請(qǐng)表格,然后將巡檢內(nèi)容填好匯總到Excel表格,從而統(tǒng)計(jì)出相關(guān)的報(bào)表。這樣的方式存在以下幾個(gè)問題:(1)無法確定巡檢人員有沒有按照巡檢計(jì)劃以及巡檢步驟進(jìn)行有效的巡檢;(2)無法確定巡檢人員是否真的進(jìn)行了巡檢;(3)巡檢過程中需要查閱相關(guān)的文檔或知識(shí)庫,很不方便查詢;(4)巡檢真的發(fā)現(xiàn)問題后,無法及時(shí)反饋,無法進(jìn)行有效的搶修;(5)由于設(shè)備種類很多,設(shè)備量大,巡檢的計(jì)劃和表格多樣,對(duì)巡檢的結(jié)果不好分類,不好匯總,甚至無法產(chǎn)出有效的報(bào)表報(bào)告。因此,一套可靠有效的電力巡檢系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)觀測設(shè)備運(yùn)行狀況,減少綜合維護(hù)成本,應(yīng)對(duì)突發(fā)故障,緩解供電壓力,提高綜合管理水平。1傳統(tǒng)電力電網(wǎng)巡檢向“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代轉(zhuǎn)變隨著電力技術(shù)發(fā)展,與各發(fā)展階段相適應(yīng)的電力巡檢系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)。尤其是在云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)大發(fā)展的背景下,諸多優(yōu)勢各異的電力巡檢系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來,并大量的在實(shí)際電力巡檢過程中應(yīng)用。文獻(xiàn)當(dāng)前電力電網(wǎng)系統(tǒng)體量大,依靠功能單一或針對(duì)電力系統(tǒng)特定問題而開發(fā)的巡檢系統(tǒng)很難應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。目前云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展給社會(huì)帶來極大便利,“互聯(lián)網(wǎng)+”的思想也讓傳統(tǒng)電力電網(wǎng)巡檢進(jìn)入“智能時(shí)代”。尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用,傳統(tǒng)電力電網(wǎng)巡檢開始向“智慧電力巡檢”。因此,本文根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀,依托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù),整合移動(dòng)智能終端設(shè)備和電力巡檢業(yè)務(wù)流程,提出一種多系統(tǒng)融合的電力移動(dòng)巡檢系統(tǒng),以此來有效地巡檢電力設(shè)備,應(yīng)對(duì)突發(fā)事故。2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析本文提出的多系統(tǒng)融合的電力移動(dòng)巡檢系統(tǒng)是使用移動(dòng)智能終端系統(tǒng)采集現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù),定位電力設(shè)備和巡檢人員位置信息,并依托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到基于云服務(wù)器的巡檢平臺(tái)中心系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析,并通過系統(tǒng)的接口平臺(tái)將分析結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給現(xiàn)場巡檢人員。2.1系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)本文提出的電力巡檢系統(tǒng)具體包括:移動(dòng)巡檢手機(jī)APP、巡檢平臺(tái)APP接口、巡檢平臺(tái)中心服務(wù)器、Oracle數(shù)據(jù)庫、巡檢平臺(tái)Web管理臺(tái)、巡檢平臺(tái)接口中心。為適應(yīng)業(yè)務(wù)需求,系統(tǒng)平臺(tái)劃分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)處理層、控制層以及外部子系統(tǒng)。本系統(tǒng)基本架構(gòu)原型采用星型結(jié)構(gòu),并對(duì)系統(tǒng)主干部分進(jìn)行集群部署,充分利用云計(jì)算技術(shù),對(duì)接外部各個(gè)子系統(tǒng)。具體的系統(tǒng)部署框架見圖1。2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)服務(wù)端操作系統(tǒng)選擇linux內(nèi)核的操作系統(tǒng),服務(wù)端的程序采用B/Sweb方式,使用電力系統(tǒng)主流的JavaEE開發(fā)語言,且可以部署在TOMCAT、WEBLOGIC等常見的Web容器;數(shù)據(jù)庫采用Oracle11g關(guān)系型數(shù)據(jù)庫;移動(dòng)端app采用的是C/S架構(gòu),支持市場占有量最大的Android系統(tǒng),可以很好的分發(fā)給移動(dòng)巡檢工作人員外出巡檢使用Java平臺(tái)具有很成熟的生態(tài),很好的穩(wěn)定性,且可以支持多線程并發(fā)執(zhí)行,又有很好的安全性和高效性,以及很好的分層實(shí)現(xiàn)理念,能更好的對(duì)復(fù)雜的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和二次開發(fā),能發(fā)很好的支持B/S和C/S兩種體系架構(gòu)2.3巡檢管理平臺(tái)針對(duì)電力巡檢需求,本文采用多系統(tǒng)融合的方式,對(duì)各子系統(tǒng)之間的銜接和數(shù)據(jù)流交互以及平臺(tái)管理進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。具體的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。(1)移動(dòng)巡檢APP幫助巡檢工作人員獲取當(dāng)前代辦任務(wù)、歷史任務(wù)、計(jì)劃任務(wù),提供巡視線路,分配設(shè)備檢修、機(jī)房巡視、線路檢修等任務(wù),上傳巡檢現(xiàn)場的照片、錄音、視頻等;通過APN或互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸;通過GPS定位,上傳巡檢人員實(shí)時(shí)所在位置,管理巡檢人員,提高工作效率;通過事前事中管理,規(guī)范巡檢步驟和流程,確保巡檢的施工安全。(2)WEB管理平臺(tái)實(shí)時(shí)查看巡檢APP上報(bào)的缺陷等,檢查巡檢人員當(dāng)前所在位置;匯總多個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù),查看多個(gè)來源的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)一個(gè)賬號(hào)多個(gè)平臺(tái)登錄;服務(wù)端的中心數(shù)據(jù)庫對(duì)接各平臺(tái)的數(shù)據(jù),落地到本地?cái)?shù)據(jù)庫,便于移動(dòng)APP快捷地獲取到數(shù)據(jù),無需每次獲取數(shù)據(jù)都走TMS、I6000等系統(tǒng)。(3)接口管理中心對(duì)接SG-TMS、SG-I6000、綜合網(wǎng)管系統(tǒng),以及預(yù)備將來可能會(huì)對(duì)接更多平臺(tái)的接口;管理每個(gè)平臺(tái)對(duì)應(yīng)接口的開發(fā)需求和訪問權(quán)限,對(duì)接口進(jìn)行統(tǒng)一的管理、查看、匯總、鑒權(quán)。(4)移動(dòng)巡檢APP定位進(jìn)行線路管理,新增新線路;由巡檢人員直接根據(jù)第一次的巡檢過程,實(shí)時(shí)繪制線路到后端,可以無需對(duì)接復(fù)雜的CAD圖紙;管理人員實(shí)時(shí)審批新線路,形成巡檢參考標(biāo)準(zhǔn)。(5)文件照片視頻等統(tǒng)一管理巡檢人員進(jìn)行現(xiàn)場拍照的資料,統(tǒng)一上傳到服務(wù)端。由服務(wù)端進(jìn)行統(tǒng)一的保管歸檔,以便需要的時(shí)候更快捷的調(diào)用。(6)知識(shí)庫管理建立統(tǒng)一管理的知識(shí)庫,提供知識(shí)點(diǎn)便于巡檢人員實(shí)時(shí)查閱,形成FAQ,提高施工效率。(7)二維碼管理將相關(guān)設(shè)備信息錄入到WEB平臺(tái),由系統(tǒng)生成指定的二維碼,便于移動(dòng)端APP掃描二維碼,獲取到相關(guān)設(shè)備信息,自動(dòng)填入APP,減少人工輸入的錯(cuò)誤。(8)電子標(biāo)簽二維碼存在事先拍照的可能性,但電子標(biāo)簽,必須親自到現(xiàn)場去近距離接觸,才可以獲取到相關(guān)信息,這樣可以更有效的進(jìn)行巡檢管理。2.4系統(tǒng)框架分析2.4.1系統(tǒng)總體架構(gòu)本文電力移動(dòng)巡檢系統(tǒng)是基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)多個(gè)巡檢業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合,涉及到多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。(1)云計(jì)算云計(jì)算具有大規(guī)模、虛擬化、通用性、高可靠性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)?；谠朴?jì)算的特點(diǎn),本文的移動(dòng)巡檢系統(tǒng)協(xié)同移動(dòng)終端系統(tǒng)、web服務(wù)系統(tǒng)、接口管理系統(tǒng),把移動(dòng)終端采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到web服務(wù)數(shù)據(jù)端進(jìn)行統(tǒng)一管理,對(duì)巡檢任務(wù)進(jìn)行細(xì)化,調(diào)度各系統(tǒng)接口向巡檢人員分配任務(wù)并提供支持,做到了數(shù)據(jù)資源隨時(shí)獲取、隨時(shí)使用、隨時(shí)擴(kuò)展。(2)多系統(tǒng)多作業(yè)模式本文移動(dòng)巡檢系統(tǒng)基于云計(jì)算技術(shù)采用多系統(tǒng)融合多作業(yè)模式,以Web平臺(tái)服務(wù)端為主,接入移動(dòng)端系統(tǒng)、SG-TMS、SG-I6000和關(guān)聯(lián)系統(tǒng),利用接口管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流跨平臺(tái)的協(xié)同處理和數(shù)據(jù)同步。與傳統(tǒng)的電力巡檢系統(tǒng)相比,本文系統(tǒng)將各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)平臺(tái)接入到云服務(wù)器上,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度,使得各子系統(tǒng)的作業(yè)互不影響,從而實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)多作業(yè)模式,解決了多種技術(shù)組件的業(yè)務(wù)問題。(3)平臺(tái)開發(fā)技術(shù)本文移動(dòng)巡檢系統(tǒng)使用企業(yè)級(jí)的中間件weblogic11g做集群處理,使用企業(yè)級(jí)J2EE體系開發(fā)架構(gòu),可實(shí)現(xiàn)不依賴于任何特定操作系統(tǒng),在異構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行跨平臺(tái)部署,優(yōu)化負(fù)載平衡策略,實(shí)現(xiàn)可高度伸縮地服務(wù)器集成部署,具有穩(wěn)定的可用性,能支持長期使用,提供簡潔直觀的系統(tǒng)頁面、簡單方便的操控方式,方便用戶使用。(4)多接口設(shè)計(jì)模式本文移動(dòng)巡檢系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)流主要有:移動(dòng)設(shè)備端與Web平臺(tái)端之間的數(shù)據(jù)流,Web平臺(tái)端與TMS、I6000、綜合網(wǎng)管系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流。各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流需要進(jìn)行無縫切換和傳輸,為此提出并實(shí)現(xiàn)多接口設(shè)計(jì)模式。在數(shù)據(jù)層對(duì)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一管理,設(shè)計(jì),將子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成格式一致的數(shù)據(jù)流形式,方便各系統(tǒng)之間頻繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。2.4.2穩(wěn)定性統(tǒng)計(jì)的一般方法由于本文提出的移動(dòng)巡檢系統(tǒng)是采用多系統(tǒng)融合的框架,就需要考慮各子系統(tǒng)之間的穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)平臺(tái)性能的影響。因此,本文的移動(dòng)巡檢系統(tǒng)考慮每個(gè)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)整體系統(tǒng)性能的影響,從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制,以便優(yōu)化系統(tǒng)平臺(tái),方便系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)資源的調(diào)度。根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),移動(dòng)巡檢系統(tǒng)從系統(tǒng)的吞吐量、事件處理量、內(nèi)存利用率三個(gè)方屬性入手,做整體和局部的系統(tǒng)性能分析,進(jìn)而控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性吞吐量(T):在單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)成功地傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量。事件處理量(E):在單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)響應(yīng)事件并處理事件的個(gè)數(shù)。內(nèi)存利用率(A):在單位時(shí)間內(nèi),系統(tǒng)處理事件的所占內(nèi)存與系統(tǒng)總內(nèi)存的比值。設(shè)定每個(gè)子系統(tǒng)的單位時(shí)間內(nèi)的性能為P每個(gè)系統(tǒng)的性能由吞吐量、事件處理量和內(nèi)存利用率表示,即有:其中i表示第i個(gè)子系統(tǒng),參數(shù)uf061,uf062,uf067是常數(shù),T,E,A均已歸一化。在單位時(shí)間內(nèi),整個(gè)系統(tǒng)的性能定義為:其中,w是規(guī)則化參數(shù),n表示接入的子系統(tǒng)個(gè)數(shù)。為了獲取系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及保證統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的變異系數(shù)(cv)進(jìn)行性能分析。變異系數(shù)的數(shù)學(xué)意義是標(biāo)準(zhǔn)差和平均值的比值,主要用于表示數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況,定義為:其中,Sd表示標(biāo)準(zhǔn)差,Mean表示平均值,m表示運(yùn)行時(shí)間段。本系統(tǒng)通過日志文件記錄上述參數(shù),并分析系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi),以及在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的性能。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來看,變異系數(shù)增大時(shí),判斷為系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的概率增大。當(dāng)系統(tǒng)不穩(wěn)定的概率增大時(shí),需要對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。子系統(tǒng)的性能評(píng)估依據(jù)上述三個(gè)屬性按照公式(3)分別計(jì)算變異系數(shù):cv3原型設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)3.1系統(tǒng)的響應(yīng)能力和安全性分析通過模擬和現(xiàn)場調(diào)試,本文提出的多系統(tǒng)融合的電力移動(dòng)巡檢系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好,在巡視管理、巡檢管理、缺陷管理、搶修管理、工單(巡檢、缺陷單)管理等標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方面均已滿足企業(yè)要求,具備了可靠有效的巡檢能力。具體測試結(jié)果如下:(1)管理能力:系統(tǒng)無故障時(shí)間超過7*24,支持同時(shí)在線用戶數(shù)量超過500個(gè),支持同時(shí)巡檢操作的用戶數(shù)量超過50個(gè),并且每秒處理用戶數(shù)據(jù)量至少100條,數(shù)據(jù)保存時(shí)間至少在6個(gè)月以上。(2)響應(yīng)能力:在測試環(huán)境下,平臺(tái)首頁訪問平均響應(yīng)時(shí)間≤3s;系統(tǒng)登錄平均響應(yīng)時(shí)間,執(zhí)行簡單查詢、添加和刪除業(yè)務(wù)時(shí),平均響應(yīng)時(shí)間≤5s;執(zhí)行復(fù)雜的綜合業(yè)務(wù)時(shí),平均響應(yīng)時(shí)間也在8s內(nèi);在執(zhí)行統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)時(shí),月統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間≤20s,年統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間≤30s。當(dāng)移動(dòng)終端APP進(jìn)行多用戶并發(fā)操作時(shí),APP安全啟動(dòng)時(shí)間≤5s;掃描二維碼或識(shí)別電子標(biāo)簽信息的平均響應(yīng)時(shí)間≤3s;執(zhí)行簡單查詢、添加和刪除業(yè)務(wù)時(shí),平均響應(yīng)時(shí)間≤5s。(3)安全性:經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)壓力測試,系統(tǒng)未出現(xiàn)異常和崩潰,用戶密碼和授權(quán)信息未被破解;系統(tǒng)存儲(chǔ)了系統(tǒng)訪問日志和操作日志;(4)負(fù)載能力:經(jīng)測試,支持移動(dòng)終端測試應(yīng)用設(shè)備超過了30臺(tái),其中移動(dòng)終端設(shè)備支持識(shí)別電子標(biāo)簽功能,電子標(biāo)簽數(shù)量約為30個(gè)。3.2資源調(diào)度理論通過對(duì)本系統(tǒng)運(yùn)行情況的日志數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到某段時(shí)間內(nèi)的吞吐量、處理事件量和內(nèi)存利用率。以1天24小時(shí)為例,設(shè)定參數(shù)觀察變異系數(shù)在24小時(shí)的變化情況,分析情況如下:在[0-10h]這個(gè)時(shí)間段內(nèi)。整體系統(tǒng)的變異系數(shù)平均水平小于0.5,表明保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。通過觀察子系統(tǒng)的三個(gè)分量,可看出事件處理量對(duì)整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較大的影響。針對(duì)這個(gè)分量,容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,通過控制各子系統(tǒng)的吞吐量均衡系統(tǒng)平臺(tái)的負(fù)載,進(jìn)行合理的資源調(diào)度,使得系統(tǒng)繼續(xù)維持穩(wěn)定。[10-20h]是巡檢業(yè)務(wù)操作最為頻繁的時(shí)間段,系統(tǒng)需要對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行事件響應(yīng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析以對(duì)接各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流,使得整體系統(tǒng)的變異系數(shù)維持在較高的水平。在處于這種狀態(tài)下,系統(tǒng)很容易出現(xiàn)崩潰的現(xiàn)象。由圖3可以看出整體系統(tǒng)的變異系數(shù)偏高,這就需要對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)控制。通過對(duì)三個(gè)屬性的分析和觀察,系統(tǒng)的吞吐量在這段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)波峰狀態(tài)。因此對(duì)系統(tǒng)而言,降低內(nèi)存利用率和減緩單位時(shí)間內(nèi)處理事件量,才能使系統(tǒng)不會(huì)一直保持在峰值狀態(tài)下運(yùn)行,從而達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)的目的。在[20-24h]這段時(shí)間內(nèi),整體系統(tǒng)的變異系數(shù)逐漸減小。由于巡檢業(yè)務(wù)減少,系統(tǒng)處理事件量減少,而系統(tǒng)大部分資源處理空閑狀態(tài)。為了使系統(tǒng)充分利用空閑時(shí)間和資源處理巡檢內(nèi)部業(yè)務(wù),通過控制系統(tǒng)提高吞吐量和內(nèi)存利用率,使整個(gè)系統(tǒng)維穩(wěn),從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)了對(duì)資源的調(diào)度。通過對(duì)上述實(shí)驗(yàn)分析,由系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控吞吐量、事件處理量、內(nèi)存利用率以及變異系數(shù)的變化,可以使得基于云計(jì)算的多系統(tǒng)融合的電力移動(dòng)巡檢系統(tǒng)保持穩(wěn)定,并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源的充分調(diào)度。5基于新一代交互方式的系統(tǒng)穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了系