大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统

摘要

本发明提供了大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，包括手持控制端和数据发送端，所述手持控制端包括MCU处理器以及分别与其连接的数据交互界面、数据库存储器和位置探测器，所述数据发送端包括载波信号发送装置和报警器。本发明通过及时调取各灾害地讯息并对信息进行加工，做出对应决策，制定紧急抢修预案，综合有效调配抢修物资，使抢修人员在终端教程指引下轻松完成诸如抢修塔安装、路线制定等现场作业，为电力企业节省人力成本，为及时恢复电力供应争取时间，从而为社会抢险提供电力保障，具有很强的社会效益和经济效益。

权利要求

1.大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，其特征在于：包括手持控制端和数据发送端，所述手持控制端包括MCU处理器以及分别与其连接的数据交互界面、数据库存储器和位置探测器，所述数据发送端包括载波信号发送装置和报警器；所述位置探测器包括接收天线、红外接收器和超声波接收器，所述接收天线包括定向增益天线和全向旋转天线；所述定向增益天线为螺旋臂偶极子天线，所述全向旋转天线是在法向方向为全向的小螺旋天线。

2.如权利要求1所述的大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，其特征在于：所述数据发送端设置于电力设施本体上，发送端外部设置防护罩，所述防护罩包括钛合金钢板及绝热抗压保护层。

3.如权利要求1所述的大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，其特征在于：所述载波信号发送装置包括无线信号发射装置、数据寄存器和数据编码器，所述数据编码器与所述无线信号发射装置之间连接功率放大装置。

4.如权利要求1所述的大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，其特征在于：所述报警器包括传感器组以及与其连接的红外信号发射器、超声波发射器，所述传感器组包括压力传感器、振动传感器以及与输电线路连接的电气信号故障检测装置。

5.如权利要求1所述的大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，其特征在于：所述数据库存储器包括嵌入式数据库，存储三维组件式GIS模型和电力抢险物资调配模型。

6.如权利要求1所述的大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，其特征在于：所述手持控制端设置GPS定位模块。

说明书

大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力调度指挥设备技术领域，尤其涉及大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统。

背景技术

[0002] 近年来，自然环境变化恶劣，自然灾害频发，南方大范围持续低温雨雪冰冻灾害天气，四川雅安地震，黑龙江流域的洪水等自然灾害，对电网安全造成极大危害。大面积、长时间、高强度的自然灾害将会导致发生电网输电线路倒塔、断线和导线闪络事故，对电网的安全运行造成极大的危害。由于电力系统是社会的经济发展、秩序及公益性的稳定性基础，通常要求必须在最短的时间内恢复电力的供应。如何能在自然灾害发生后第一时间恢复供电，快速的对遭到损毁的电力设施进行抢修，是电力行业必须面对的课题。而在组织抢险、抗险、抢修的大前提，必须制定出合理全面的抢险预案，以及对诸如抢修塔和电力设施等储备抢修物资的合理调配使用。

[0003] 电网GIS系统是将电网企业的发、输、变、配、用电各环节的设备设施的地理位置、生产运行、经营管理等信息与二/三维地形、地貌、地物等基本地理信息进行有机整合与发布展示的统一系统，近年来电网GIS技术在电力行业的生产、设计、运行和管理方面已得到深入广泛的应用，并取得较好的效果。然而，在突发大面积自然灾害时，如何合理有序利用各地现已有电力抢修物资诸如抢修塔、抢修车队、抢修工作组等资源，并结合不同地理环境的实际，迅速拟定救援方案采取合理措施，是一个值得深入研究的论题。

[0004] 为此我们可以提出一种大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，便于在灾害抢修时，能够为工作人员提供最优抢修交通运输路线，为抢修调度决策者提供全方位综合服务，从而实现抢修物资调配管理的可视化、动态化，提高事故抢修效率，为尽快恢复供电提供技术支撑和帮助。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，通过及时调取各灾害地讯息并对信息进行加工，做出对应决策，制定紧急抢修预案，综合有效调配抢修物资。

[0006] 为实现本发明的目的所采用的技术方案是：大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，包括手持控制端和数据发送端，所述手持控制端包括MCU处理器以及分别与其连接的数据交互界面、数据库存储器和位置探测器，所述数据发送端包括载波信号发送装置和报警器。

[0007] 所述数据发送端设置于电力设施本体上，发送端外部设置防护罩，所述防护罩包括钛合金钢板及绝热抗压保护层。

[0008] 所述载波信号发送装置包括无线信号发射装置、数据寄存器和数据编码器，所述数据编码器与所述无线信号发射装置之间连接功率放大装置。

[0009] 所述报警器包括传感器组以及与其连接的红外信号发射器、超声波发射器，所述传感器组包括压力传感器、振动传感器以及与输电线路连接的电气信号故障检测装置。

[0010] 所述位置探测器包括接收天线、红外接收器和超声波接收器，所述接收天线包括定向增益天线和全向旋转天线。

[0011] 所述数据库存储器包括嵌入式数据库，存储三维组件式GIS模型和电力抢险物资调配模型。

[0012] 所述手持控制端设置GPS定位模块。

[0013] 在大面积自然灾害中，电力设施尤其是电网输电线塔极易受到破坏，而且受到破坏后的救援修复难度较大，其主要难度来自于两个方面，一是受损坏地理方位和具体受损部位不易确定，二是救援方式难以确定、同时物资难以进行合理调配。所以，本方案的智能系统主要是依靠手持控制端以及与其进行通讯连接的数据发送端来实现的。数据发送端设置于电力设施本体上，常见设置于电网输电线塔上，发送端外部设置防护罩，防护罩包括钛合金钢板及绝热抗压保护层，保护层可以采用合金纤维和硅胶缓冲层相结合，其主要目的在于保护内部电子元件，使大面积自然灾害发生时，仍能够实现数据传送、位置指向等功能。

[0014] 数据发送端包括载波信号发送装置和报警器；报警器包括传感器组以及与其连接的红外信号发射器、超声波发射器；传感器组包括压力传感器、振动传感器以及与输电线路连接的电气信号故障检测装置。自然灾害发生时，尤其是输电线塔等电力设备受到损坏时，根据其线路损毁程度、受压程度、震荡程度，可以初步做出对灾情大小及受损程度大小的预判断，此时，一方面报警器启动应急报警装置，即红外信号发射器、超声波发射器，发送红外信号和超声波信号，这主要是保证在近距离探测救援，纯电子信号收到干扰时，可以依靠物理手段迅速定位，另一方面，报警状态下的传感器组受损数据可处于待发送状态，进入载波信号发送装置的数据寄存器中，数据寄存器中还存储有电力设施的地理方位信息，两者经过数据编码之后，以无线信号形式发送出去，供特定的手持控制端接收。为了加强在灾害恶劣环境下的接收效率和准确率，数据编码器与无线信号发射装置之间可以连接功率放大装置，以期加大收发功率，更便于抢修工作的开展。

[0015] 数据发送端的常规电源供应可以采用输电线路取源，在灾害发生时，尤其是线路供源阻碍时，采用内置的锂电池供电，以供数据信号的发送，所以，输电线路取源信号也可以替代电气信号故障检测装置，作为判断是否出现线路故障的重要参考信号，这里的输电线路取源可以采用两种方式，一方面，供源可以采取AC/DC变压器及整流稳压电路，另一方面，可以采用平板电容器、整流稳压电路和蓄电池供源的方式，采用后一种方式时，平板电容器设置于输电线路的交变电场中。

[0016] 手持控制端包括MCU处理器以及分别与其连接的数据交互界面、数据库存储器和位置探测器；数据库存储器是系统核心，包括嵌入式数据库，存储三维组件式GIS模型和电力抢险物资调配模型，三维组件式GIS模型按照电网主管地域的差别分为三个层级，各个层级之间采用混合精度配比，并根据具体数据模型要素来实现待定义GIS属性信息的三维虚拟装配，得到完整的电网GIS模型，该GIS属性信息是根据国家标准和国网GIS标准，对电力设施进行树状结构分类，采用面向对象程序设计中的类继承机制，在基于三维GIS技术的电网建设、运行虚拟场景中，将电网及其电力设施间的拓扑关系从传统的二维转向了三维，从平面转向了立体；电网主管地域层级分为全国地域、省级地域和县市地域，并根据层级类码级别进行数据编码，其中，GIS模型中的全国地域采用1:400万比例精度、省级地域采用1：25万矢量精度、县市地域采用1：5万高程矢量精度。GIS数据库模型根据大面积自然灾害环境下的电力抢修调度指挥系统特点，通过数据加密算法对于含有空间位置地理坐标的数据进行处理,同时对模型数据信息进行优化处理，满足在智能终端上的快速显示及流畅运行，优化处理包括以下步骤：将基础数据转换文件形式输出；转换过程中满足国家对数据及其他地理信息的保密要求；转换过程中组织数据使其满足动态调度与存取要求。

[0017] 电力抢险物资调配模型主要是根据电力抢险物资调配关系，结合地理位置信息，所建立的调配方案模型，包括最优路径分析、重要性评价及物资调配之间的关系，通过对称三角模糊数刻画物资运输期间的不确定性因素，建立模糊运输网络模型，搜索物资运输的最高保障率路径；最优路径分析通过对比抢修地地域特点和抢修资源分布特点，在GIS模型上进行网络路径分析,将网络路径转换成有向图，包括最短路径分析与最省路径分析,其分析区别在于有向图中每条弧的权值设置，其中，计算最短路径,权值设置为两个节点的实际距离；计算最佳路径,权值设置为从起点到终点的综合时间或费用。

[0018] 数据交互界面主要是可以采用全液晶触摸式显示界面，也可以采用键盘加显示屏结合的方式，交互界面一方面可以显示接收到的数据信息，包括传感器组信息和受灾设施位置信息，另一方面，对信息进行归类和汇总，交互界面通过连接数据库存储器，将信息导入电力抢险物资调配模型中，交互界面可以提供不同的方案优化配比方式供决策者选择，这种方案配比方式与模型路径分析相对应，如最短路径方案选择与最省路径方案选择；MCU处理器所载入的是Google公司的Android操作系统，它是首个专门为智能终端打造的真正意义上的开源且系统完整的移动平台，而且不存在不同设备上的兼容性问题。Android提供丰富的类库支持且大部分为开源代码，如采用嵌入式数据库SQLite。利用Android操作系统作为使用终端的应用平台，由于操作系统与软件免费，终端更便宜；同一平台克服格式问题，功能更多元化；使用者决定功能，比个人电脑更人性化、更贴近使用者。

[0019] 位置探测器包括接收天线、红外接收器和超声波接收器，红外接收器和超声波接收器主要是为近距离抢险救援时，接收报警器端的物理信号；接收天线是本方案中联系无线发射装置与无线接收装置的重要工具，为了加大无线传输距离，采用提高天线的增益和性能，增大无线装置发射功率和接收灵敏度。探测器天线工作在429MHz至436MHz公用波段，由于国家规定该波段的信号发射功率不得超过10mV，所以天线灵敏度到达一定程度后就很难提升，故选用可以明显改善无线装置的性能接收天线，包括定向增益天线和全向旋转天线，定向增益天线为螺旋臂偶极子天线，通过屏蔽信号线与MCU处理器相连，能起到接收并调取参数指令、传输、反馈信号的作用，从而降低了工程上调整天线之间方向性对准的难度，全向旋转天线是在法向方向为全向的小螺旋天线，其安装位置可以在规定范围内随意调整，主要是为了方便在比较狭小的范围，且在各个方向上都能够满足信号接收需求。

[0020] 本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

[0021] 1. 本发明系统包括手持控制端和数据发送端，通过报警收发装置和抢修GIS数据库的合理利用，解决了在发生大面积自然灾害环境下，电力设施受损坏地理方位和具体受损部位不易确定、救援方式难以确定、物资难以进行合理调配等难题。

[0022] 2. 手持控制端集成的嵌入式数据库，是在三维环境中针对不同层次的电力GIS模型和物资调配模型加载、渲染并进行控制，不仅可以实现传统意义上的电力设施地理位置信息建模，还根据电力物资抢修塔等建立多物资供应点、多物资需求点的电力物资筹集调配模型，通过引入对称三角模糊数描述现实世界的不确定性因素，并通过保障率指标对模糊目标的进行转化求解，利用线性规划快速得到抢修塔物资调配方案，提高电网故障或灾变后的恢复供电的效率，可以便于搭载在便携设施上，实现层级间的可控电力抢修调度简易指挥平台，提高模型数据库复用度和系统运行效率。

[0023] 3. 数据发送端搭载多种传感监控装置和报警装置，可以在大面积自然灾害发生时，仍能够实现数据传送、位置指向等功能，将传感器组受损数据可处于待发送状态进入载波信号发送装置的数据寄存器中，数据寄存器中还存储有电力设施的地理方位信息，两者经过数据编码之后，以无线信号形式发送出去，供特定的手持控制端接收。

[0024] 4.通过手持控制端，也可实现常规状态下对数据库中存储的各地抢修塔资源存储点、杆塔位置、交通路线等进行查询，可以提高电网故障或灾变后的恢复供电的效率，节约成本，工作人员也能够通过数据库及时了解已有抢修物资的情况、事故区域杆塔情况、道路情况等，便于现场信息实时查阅，制定最优抢修方案，通过系统分析及时的安排调度抢修。

[0025] 5.本发明的便携式智能终端供决策及抢修工作人员随身携带，使抢修人员在终端教程指引下轻松完成诸如抢修塔安装、路线制定等现场作业，为电力企业节省人力成本，为及时恢复电力供应争取时间，从而为社会抢险提供电力保障，具有很强的社会效益和经济效益。

附图说明

[0026] 图1是本发明的便携式智能系统的组成结构图。

[0027] 图2是本发明的嵌入式数据库建立流程图。

具体实施方式

[0028] 实施例一

[0029] 如图1、图2所示，大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，包括手持控制端1和数据发送端2，手持控制端包括MCU处理器3以及分别与其连接的数据交互界面4、数据库存储器5和位置探测器6，数据发送端包括载波信号发送装置7和报警器；数据发送端设置于电力设施本体上，发送端外部设置防护罩，防护罩包括钛合金钢板及绝热抗压保护层；载波信号发送装置包括无线信号发射装置、数据寄存器和数据编码器，数据编码器与无线信号发射装置之间连接功率放大装置；报警器包括传感器组8以及与其连接的红外信号发射器9、超声波发射器10，传感器组包括压力传感器、振动传感器以及与输电线路连接的电气信号故障检测装置；位置探测器包括接收天线11、红外接收器12和超声波接收器13，接收天线包括定向增益天线和全向旋转天线；数据库存储器包括嵌入式数据库，存储三维组件式GIS模型和电力抢险物资调配模型。

[0030] 手持控制端设置GPS定位模块，可以实现日常及应急时的GPS准确定位，同时，在实际应用中，控制端可以搭载多种便捷模块，如天线可以搭载GSM传输模块，便于在灾害发生、抢修方案制定出后，能够及时根据方案内容呼叫方案中涉及到的各物资调配组，提高对于突发事件应急情况的解决速度，进一步来确保电力供应的安全运行水平，形成的现代化监测、控制、管理手段。

[0031] 手持控制端也可以设置特定的无线传输模块，实现与营销MIS系统连接，实现用户实时监控信息与用户号、缴费信息、电费电价，所在台区及线路信息的有效互联，从而实现配网在线监控系统互联，联查并获得详细线路及台变设备运行状况，这样设计的指导思想，是建设一个以供电公司为核心，通过采用先进的计算机信息技术、网络技术和软件技术实现从客户服务、业务处理到工作质量监督、辅助决策支持的全过程的现代化的营销管理体系，实现营销业务处理的自动化、网络化，达到提高工作效率、提高管理水平和服务质量的目的，实现国家电力公司对营销现代化工作提出的“技术性、实用性、安全性、可扩展性”的要求。

[0032] 实施例二

[0033] 如图1、图2所示，大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，包括手持控制端和数据发送端，手持控制端包括MCU处理器以及分别与其连接的数据交互界面、数据库存储器和位置探测器，数据发送端包括载波信号发送装置和报警器；数据发送端设置于电力设施本体上，发送端外部设置防护罩，防护罩包括钛合金钢板及绝热抗压保护层；载波信号发送装置包括无线信号发射装置、数据寄存器和数据编码器，数据编码器与无线信号发射装置之间连接功率放大装置；报警器包括传感器组以及与其连接的红外信号发射器、超声波发射器，传感器组包括压力传感器、振动传感器以及与输电线路连接的电气信号故障检测装置；位置探测器包括接收天线、红外接收器和超声波接收器，接收天线包括定向增益天线和全向旋转天线；数据库存储器包括嵌入式数据库，存储三维组件式GIS模型和电力抢险物资调配模型。

[0034] 数据发送端的常规电源供应可以采用输电线路取源，在灾害发生时，尤其是线路供源阻碍时，采用内置的锂电池供电，以供数据信号的发送，所以，输电线路取源信号也可以替代电气信号故障检测装置，作为判断是否出现线路故障的重要参考信号，在未发生故障时，可以保持为锂电池充电。这里的输电线路取源采取AC/DC变压器及整流稳压电路，采用AC/DC变压器引源，AC/DC变压器利用线路交流电源通过变压器变换为低压交流电，再经过整流整流后输出12V的直流电，供整个数据发送端需要，其中，整流稳压电路包括瓷片电容器和有极性大容量电解电容器，可以起到很好的整流滤波作用，经过稳压电路后，还可以为数据发送端中的报警器提供5V的直流电源。当灾害发生，致使供源信号中断时，就可以触发报警器的报警信号，直接将当前故障数据编码输出。

[0035] 实施例三

[0036] 如图1、图2所示，大面积自然灾害环境下电力抢修调度指挥便携式智能系统，包括手持控制端和数据发送端，手持控制端包括MCU处理器以及分别与其连接的数据交互界面、数据库存储器和位置探测器，数据发送端包括载波信号发送装置和报警器；数据发送端设置于电力设施本体上，发送端外部设置防护罩，防护罩包括钛合金钢板及绝热抗压保护层；载波信号发送装置包括无线信号发射装置、数据寄存器和数据编码器，数据编码器与无线信号发射装置之间连接功率放大装置；报警器包括传感器组以及与其连接的红外信号发射器、超声波发射器，传感器组包括压力传感器、振动传感器以及与输电线路连接的电气信号故障检测装置；位置探测器包括接收天线、红外接收器和超声波接收器，接收天线包括定向增益天线和全向旋转天线；数据库存储器包括嵌入式数据库，存储三维组件式GIS模型和电力抢险物资调配模型。

[0037] 数据发送端的常规电源供应可以采用输电线路取源，在灾害发生时，尤其是线路供源阻碍时，采用内置的锂电池供电，以供数据信号的发送，所以，输电线路取源信号也可以替代电气信号故障检测装置，作为判断是否出现线路故障的重要参考信号，在未发生故障时，可以保持为锂电池充电。这里的输电线路取源采用平板电容器产生交变感应来引源，平板电容器处于进线交变电场中，此时的供源模块包括平板电容器、整流稳压电路和蓄电池，整流稳压电路包括整流器和降压转换器，整流器包括功率放大器与频率控制器，功率放大器包括前端输入型OTL放大电路；频率控制器由三相不可控整流电路、H桥逆变电路、输出滤波器和串联谐振电路组成。无源感应取能器件直接安装在电力环境的高压电场中，以平板电容器取能，并将感生电能经整流、降压等一系列转换最终输入蓄电池。当灾害发生，致使供源信号中断时，就可以触发报警器的报警信号，直接将当前故障数据编码输出。