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1、Trimble GPS在电力公司电力设施GIS数据采集系统解决方案建议方案北京望邦天鑫科技发展有限公司2011年11月1 项目背景电力行业是国民经济发展的基础行业，同时，它又是一个技术密集、资产密集的行业。近年来，我国已经开始规划和实施电力行业的信息化发展战略，其重点就是实现电力资产管理的信息化，建设“数字电网”。采用GIS技术可以显著提高以空间数据为基础的电力信息处理分析的能力，因此建立电力GIS应用系统进行电力设施数据采集和分析处理成为电力信息化的重要手段。借助GIS应用平台，可实现电力设施的设计和更改管理、运行维护管理、故障停电管理、服务和市场分析、网络分析和企业信息访问及更新等。不仅如
2、此，GIS系统还能提供多空间数字电网模型、实用化电网数据维护工具、丰富的电网分析工具，达到构筑企业协同工作环境、提高服务质量、完善业务流程指导生产、提高决策效率的目的。不同企业有不同的工作流程和业务逻辑，不同电力企业的GIS系统对数据提取、分析和处理可能有不同的思路，或偏重于某些方面的应用，但是几乎所有的电力GIS都包括以下一些基本功能：l 基本GIS功能：包括工作环境设置、图层操作、图形浏览、打印输出、长度面积量算等基本功能；l 自动成图功能：包括GPS数据文件接收、输电设备维护、变电设备维护、相位图的编辑、注记层的编辑生成等功能；l 设备管理功能：包括查询统计、单线图提取、线路模拟追踪等功
3、能；l 污区管理功能：包括历年污区图的调阅和打印、记录大气环境和典型气象资料、记录污源分布信息、记录盐密点档案信息、记录线路污闪信息、进行污区图的编辑、各种专题图的产生、设备防污、污区查询统计等；l 巡线管理：GPS数据录入接口、图形数据输入、危险点数据录入、危险点查询等功能所有这些功能都是以大量的电力设施的数据为基础的，因此，建立和完善电力GIS必须首先解决电力设施数据采集维护问题，包括设施的属性数据和空间数据。其中属性信息涉及设备的编号、名称、型号、缺陷记录、检修记录、设备台帐、缺陷通知单、设备档案、线路条图和图片等；空间数据则包括以各种形式表达的电力设施的空间坐标，这些空间坐标一方面将作
4、为电力设施的重要基础数据，另一方面用来检验人员到位情况，起到监督工作的作用。采用GPS/GIS产品可以很好的解决数据采集问题：1. GPS/GIS产品具备的快速、高精度定位以及自动数据记录功能，与传统的手动记录相比，能够大大提高数据采集效率。2. 可以配合激光测距仪使用，只要外业人员走到设备周围，无须靠近即可实现数据采集，可以保证巡检人员的安全。3. 系统可以结合视频图像采集系统，在采集位置数据和一般属性数据的同时，采集相应的图像信息，形成丰富和直观的GIS属性数据库。4. 它不依赖附加在电力设备上的信息设备，因此无需另行安装信息设备，可以节省大量投资。5. 现场采集的数据可以通过蓝牙、数据线
5、缆等方式，甚至可以通过移动通信方式即时进入数据处理系统，为内业处理节省了时间。6. GPS轨迹数据和原始观测数据无法或者难以更改，可以作为考察外业人员工作到位情况的一种手段，从而较好地解决了人员管理的问题。2 需求分析2.1 采集位置数据电力用户主要应用GPS测定输电、变电设施如线杆、变压器等的位置信息，所有这些位置数据将被导入GIS系统中，显示在背景地图上。在需要的时候，用户可以依据位置数据进行事故分析、最佳抢修方案设计等各种应用。上述目标有的呈点状，如线杆、井盖等；有的呈线状，如110KV线路走向等；有的呈面状，如供电区域，测定目标的多种状态要求GPS设备能十分方便的进行点状、线状和面状地
6、物的测量和记录。定位精度方面，大致有三种精度要求，一是10米精度，用于线路的日常巡检和工作监督。一是要求在1米以内，如线杆、变压器等；部分点位如对市内线缆工区的设施密集区的电力设施要求达到定位精度达到0.5米以内。由于GPS单点定位精度在10米左右，采用Trimble产品，单点定位精度一般可以稳定在5m（RMS）左右。对于要求达到亚米级定位精度的点位，必须采用差分定位技术才能满足。差分定位可以分为实时差分和后处理差分两种系统及作业方式。实时差分需要在基准站和流动站之间建立通信链路，用于实时传输RTCM差分改正数据，使用实时差分可以在观测时即得到高精度的定位结果，具有很好的时效性，但是实时差分设
7、备一般相对比较昂贵，或者需要缴纳一定数额的服务费才能使用。后处理差分在外业观测阶段仅能达到510米的精度，但是经过内业软件处理后可以达到亚米级甚至更高的精度，且操作简单，易学易用，工作灵活，而且无需缴纳服务费。如果同一种设备既能够进行后处理又能进行实时差分，会更加理想。2.2 采集属性数据属性数据是除位置数据之外的另一种重要数据，它包含了用户所关心的与行业应用直接相关的重要信息。如变压器的名称、编号、规格、等级、功率、设备损坏情况等等。属性数据涉及到两方面的应用，一是作为电力GIS系统的基础数据；二是作为管理和决策的依据。不同地物有不同的属性项，不同的属性项又有不同的存储、显示方式，如变压器的
8、属性项有编号、名称、类型、规格、功率、损坏情况、上次维护时间、维修记录等。其中编号属于数字形式，可以由用户手动输入，也可以由系统自动生成；名称属于文本形式，适于手写输入，而类型和规格可能更适于菜单选择；上次维护时间则属于日期格式，以系统日期对话框方式选择输入。用户要求所采用的GIS数据采集设备能够非常方便的进行属性数据的采集。一个有效的方法是建立和使用行业数据字典，如电力行业的数据字典应该包含线杆、变压器、变电站、电闸等地物目标，每个地物目标应预设了相关的属性项目，例如用户采集线杆目标数据，在采集该目标位置数据的同时，设备界面应自动出现该目标对应的属性项目，供用户填写和选择输入，这样当目标的位
9、置数据采集完毕时，其对应的属性数据也被记录下来。在采集下一个线杆目标时，设备会重复上述过程。这样做的好处在于，你不会遗漏任何一项属性信息，因为设备上的数据字典显示出所有你需要记录的属性项，如果事先规定了缺省值，有些属性项目甚至不需要用户输入，系统会自动将其赋为缺省值。2.3 采集视频数据有时仅有数字或文字信息是不够的，因为不够直观，这时需要采集图像信息，但是使用数码相机直接拍照的弊端是难以跟具体的地理位置相对应，借助RedHen系统可以将静态图片，甚至将动态图像信息与地理位置相对应，生成具有丰富视觉信息的多媒体地理信息数据库。通过该系统，可以导出为GIS平台能够识别的数据格式。2.4 路线规划
10、导航在突发事件爆发时，需要抢修人员在第一时间赶赴出事地点，这时GPS设备应该能够为抢修人员导航，由于事先已经采集了所有电力设施的位置信息，可以根据现场其他信息很快找到出事地点对应的设备信息，或者根据巡视队员的GPS位置报告，快速锁定故障设备，并将该事发地点设置为导航目标，GPS设备可以引导抢修队员快速到达现场。前期数据采集阶段，常常需要根据工作计划对作业路线进行事先规划，若干作业点作为航点，若干航点组成航线，在野外作业时启用航线导航，GPS就可以为外业人员带路，直观地显示出距离下一个作业点的距离、方位等，如果接近预定点到足够距离，GPS会报警提醒。后期数据更新维护时，需要将前期采集的、待更新的
11、数据上传到GPS设备上，启用这些数据作为导航目标后，GPS设备会带领外业人员到目的地。如果能够导入背景地图，使得在显示实际轨迹的同时显示背景图，则不仅有利于规划航点，而且方便野外导航，那就更完美了！2.5 巡检轨迹记录配备GPS设备的目的除用于数据采集和维护以外，还有一个用途就是记录日常巡检轨迹，这些轨迹不能手动创建和更改，只有亲到实地才能记录巡检地点的轨迹，巡检完毕后上传到内业软件上，可以直观的显示在背景地图上，所有巡检轨迹均存贮和分析，作为日常工作记录，能够有效的监督巡检人员的工作。用于记录巡检轨迹的GPS设备的定位精度不要求太高，但数据存贮空间应足够大，电池电量也应该足够大，可以适应较长
12、时期巡检轨迹记录的要求。另外这种设备应该轻便、小巧，易于携带。2.6 内业数据处理l 外业数据存贮在GPS设备上，首先要通过数传线缆或蓝牙无线方式下载到用作数据处理的PC机或工作站上。l 对于后处理差分方式，应用GPS后处理软件，对基准站和流动站数据进行差分后处理，提高精度至亚米级。l 对于实时差分方式或已经差分后处理的数据，包括位置数据和属性数据，图像数据，下载后可以直接导入地理信息系统。l 第三就是利用该地理信息系统做进一步的处理，根据需要生成一系列的成果数据和图表。l 如果需要对数据进行定期更新，则需进行与上述相反的操作，即从用户GIS系统中导出GIS数据，上传到GPS设备上，进行目标导
13、航，以便于快速找到更新目标。3 解决方案3.1 差分作业对于精度要求在1米以内的设施，必须采用差分定位方式，按照工作程序的不同，可以分为后处理差分和实时差分。常见的实时差分系统有信标差分、单基站、VRS和卫星差分等。后处理差分利用两台或多台GPS接收机，在同一时段对同一组卫星星座进行观测，观测结束后分别将基准站和流动站观测数据导入后处理软件，通过软件解算方式进行数据改正，得到较高的定位精度。电力设施的定位，在前期数据采集阶段的定位结果，主要用来导入GIS系统进行分析处理，因此用户并不在意高精度定位结果是实时得到还是后处理得到，因此可以采用灵活方便的后处理差分方式进行采集；而在事故抢修等实际应用
14、时，需要实时精确导航功能，这时可以采用实时差分定位方式，以下对各种差分作业方式逐一介绍：3.1.1 公共VRS虚拟参考站（Virtual Reference Station）是在一定的区域(如：一个城市、一个省或一个国家)建立的永久性的连续运行GPS参考站，通过网络技术把它们连接到控制中心，控制中心接收和处理所有参考站的原始观测值，建立动态数据库，用户在作业过程中只要通过GSM、GPRS等方式访问控制中心，控制中心根据用户的位置，在用户附近模拟一组基准站数据（包括基准站坐标和GPS观测值），通过GSM网发给用户，用户利用接收到控制中心的数据进行GPS位置改正解算，在初始化时间和精度方面很好的效
15、果。利用VRS用户不需要建立自己的基准站，节省了费用和人力。VRS既可以提供后处理原始数据，同时又发布实时高精度载波相位差分信号和伪距差分信号，因此GPS流动站用户既可以Internet或FTP下载的方式获取基准站数据进行后处理差分，也可以采用GSM、GPRS方式直接访问控制中心服务器，获取RTK或DGPS差分数据进行实时差分。如果采用实时VRS服务，要求流动站设备具备GSM/GPRS通信功能，或者与可充当外置Modem的手机连接，通过GSM或GPRS方式访问控制中心服务器。GSM方式接入需要采用中国移动全球通或动感地带SIM卡，并开通数据业务。如果采用GPRS方式，则需要开通GPRS服务。V
16、RS是一种收费的公共服务系统，能够为用户提供不同精度级别的定位服务，如亚米级的伪距差分服务（DGPS）和厘米级的载波相位差分服务（RTK）。目前，北京、上海、天津、武汉、成都、深圳等城市相继建成了Trimble VRS系统，其他地市和省区也有许多正在酝酿建立VRS系统。用户在已经开通VRS服务的地区使用Trimble GPS接收机可以进行实时差分或后处理差分，得到符合标称精度的位置数据。3.1.2 信标信标差分系统一般是由国家投资，在沿海地区建设的GPS基准站和差分数据发布系统，供GPS用户免费使用。信标系统建设的意义起初是为船舶导航服务，其采用调频电台广播方式，覆盖范围较大，因此沿海地区的其他GPS用户同样可以受益。对于海岸线较长的国家，需要建立多个信标台站才能实现信标信号的完全覆盖。用户需要借助专门的信标
