基于agps与4g的输电线路gis系统及实现方法
【专利摘要】本发明公开了基于AGPS与4G的输电线路GIS系统及实现方法，包括在线监测系统、传输网络及GIS平台，在线监测系统包括监测装置、AGPS模块、4G无线通信模块和信息服务器，4G无线通信模块通过Zigbee网络连接监测装置、AGPS模块和信息服务器，传输网络包括无线基站路由、公网数据采集服务器与无线公网平台；信息服务器包括输电网设备位置信息服务器、运行环境参数服务器；AGPS模块连接GPS卫星与GPS辅助服务器。通过本发明在输电线路在线监测设备的应用，不但可以大量地节省供电运维人员现场勘察录入的工作过程，还可以保证输电线路及设备所处环境参数信息的可靠性与及时性，使输电网运行管理员能够在GIS平台上看到输电设备的自动坐标更新数据与运行环境状态数据。
【专利说明】基于AGPS与4G的输电线路GIS系统及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统输电线路在线监测与通信【技术领域】，尤其涉及基于AGPS与4G的输电线路GIS系统及实现方法。
【背景技术】
[0002]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在电力系统中的应用日益广泛，在电力生产和管理上已经发挥了重要作用，为用户提供可靠的辅助决策手段与依据。
[0003]现有的电网GIS系统中变电站、输电线路等设备设施的空间坐标仍然通过人工现场测量方式获取，并手动录入GIS系统，在GIS系统中再通过人工数据对接方式与设备设施的生产属性与运行状态等信息挂接，该方式存在一定的不足之处，主要表现在:1、工作难度大。电力设施分布广、数量多，现场测量、数据对接和后续维护需要投入大量的人力与物力资源，且经常受到客观条件的限制；2、实时性差。输电线路结构复杂，杆塔及设备数量多，常规工作流程环节多、更新周期长，不能保证数据的及时性；3、关联性差。设备空间位置信息与设备固有属性信息、状态信息采用人工方式建立与维护关联关系，大大增加了工作量，也不便于后期的调整和扩展。
[0004]申请号为201410088478.4的发明公开了一种基于Web和GIS的输电线路故障可视化通报方法及系统，该系统它包括获取输电线路故障信息并把故障定位到具体杆塔，结合卫星地图提供Web服务的Web服务端(I);用于连接Web服务端(I)与客户端(3)的交换机(2);用于输电线路故障可视化展示的客户端(3);电网输电线路发生故障后触发系统工作，Web服务端经故障信息计算分析后，定位出故障杆塔位置并生成XML文件，提供Web服务，供给客户端3进行可视化展示电网故障信息，本发明实时直观展示输电线路故障信息，提高了输电网络故障的直观认知度，提高电力企业人员在大量的电力系统数据中展现重要的信息，监视电网状态的能力，保证系统可靠性。
[0005]申请号为201110290732.5的发明公开了基于三维GIS技术的输电线路可视化状态监测系统，该系统由地理信息数据展示模块，设备模型数据展示模块和状态监测数据展示模块三部分组成。该系统以三维GIS技术为基础，通过对海量空间信息的多角度、全方位展现，实现输电线路走廊的三维地景仿真和输电设备状态的三维展示，从而为提升电力设备运行管理的精细化、科学化、智能化水平提供信息支撑。
[0006]申请号为201410234057.8的发明专利公开了基于GIS空间地理信息系统的输电线路路径生成方法，它包括以下步骤:1)载入GIS地图并输入输电线路的起点与终点；2)结合GIS信息采用层次分析法对网格地图中的地块赋以权重；3)利用Dijkstra算法求取输电线路的最优路径，并进行自动生成线路路径长度、转角数量及与已有线路交叉情况的统计数据；4)现场勘查验证并结合路径所经区域复杂地形的卫片进行优化线路路径。本发明通过将GIS地理信息系统进行网格化处理并结合Dijkstra算法来完成输电线路设计中路径的生成，具有路径自动生成、路径长度、转角个数统计、线路复杂地形判断等功能。
[0007]上述方案，其目的均在于输电线路在线监测管理及应用手段的改进与提高，但为更好实现电力优质服务，节约人力与物力资源，仍需要应用新的技术手段对传统电网GIS系统进行改进，得到综合性的有益效果。
【发明内容】
[0008]本发明目的在于提供基于AGPS与4G的输电线路GIS系统及实现方法，针对传统电网GIS系统中的不足，将AGPS技术与成熟的4G无线传输技术有机地融合在电网GIS系统之中，提高系统的定位精度，实现信息的快捷便利传输，有效节约人力与物力资源。
[0009]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，包括在线监测系统、传输网络及GIS平台，所述在线监测系统包括监测装置、AGPS模块、4G无线通信模块和信息服务器，所述4G无线通信模块通过Zigbee网络连接所述监测装置、所述AGPS模块和所述信息服务器，所述传输网络包括无线基站路由、公网数据采集服务器与无线公网平台。
[0010]所述信息服务器包括输电网设备位置信息服务器、运行环境参数服务器。
[0011]所述监测装置包括微气象监控装置、视频监控装置、覆冰在线监测装置、绝缘子泄露电流在线监测装置、盐密在线监测装置、氧化锌避雷器计数器远传装置。
[0012]所述在线监测系统与所述传输网络之间通过无线蜂窝数据网络连接，所述传输网络与所述Gis平台间通过有线传输通道连接。
[0013]所述AGPS模块连接GPS卫星与GPS辅助服务器。
[0014]基于AGPS与4G的输电线路GIS系统的实现方法，包括如下步骤:
1)建立在线监测系统，将AGPS模块与监测装置的中央控制单元进行集成，并分别连接至4G无线通信模块，由监测装置进行AGPS模块与4G无线通信模块的直流供源；
2)将AGPS模块连接GPS卫星与GPS辅助服务器，接收卫星信号与辅助服务器信号，并通过无线蜂窝数据网络获取监测装置的精确定位数据，利用Zigbee网络将其传递给4G无线通信模块；
3)监测装置对输电线路的温度、弧垂、微风振动、覆冰、气象参数、风偏及图像视频等信号量进行采集与分析，并将测量数据以数字信号方式，通过Zigbee网络传递给4G无线通信模块；
4)由信息服务器将输电线路设备的位置信息和运行环境信息传递给4G无线通信模块，并由4G无线通信模块将接收到的所有信息通过无线基站路由传递给公网数据采集服务器，并汇集于无线公网平台；
5)无线公网平台将信息传递于供电企业输电网调度端的GIS平台中，与PMS(生产管理)系统进行数据交互，并在GIS图上展示出远方输电设备的确切位置信息和运行环境数据。
[0015]本发明针对传统电网GIS系统中的不足,将AGPS技术与成熟的4G无线传输技术有机地融合在电网GIS系统之中，其中，基于AGPS技术的自动定位，是利用无线通信基站信息来辅助GPS模块进行定位，具有定位盲区小、定位精度高、定位速度快等特点；基于4G技术的无线数据传输，即频率范围在900?1800MHz之间的数字移动电话系统，支持100?150 Mbit/s的下行网络带宽，具有通信速度快、网络频谱宽、业务丰富、智能化程度高、兼容性好、频率效率高等特点，这样，以AGPS的高精度定位技术确定输电线路中设备设施的地理位置信息，以4G无线网络技术实现设备空间位置信息、设备固有信息及设备运行环境信息的一体化、远程化、实时化传输，有效地节约人力与物力资源。
[0016]地理信息系统GIS在电网系统上的应用方式，是将电力企业的电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产及管理等核心业务连接形成电力信息化的生产管理的综合信息系统。它提供的电力设备设施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系统中，通过GIS可查询有关数据、图片、图象、地图、技术资料、管理知识等。而在线监测系统中所运用的Zigbee网络，是IEEE 802.15.4协议的无线个域网络，具有低功耗、短时延、高安全性等特点。
[0017]本发明所提出的基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，是鉴于目前的输电网GIS系统的信息录入高度依赖人工操作，且输电网存在分布范围广、电气及杆塔设备数量繁多、运行环境复杂等特点，具有自动更新坐标信息与输电网设备运行环境数据的功能，其有益效果在于:通过将AGPS模块与4G通信模块集成安装在输电线路在线监测设备中，不但可以将输电线路杆塔及设备的位置信息以无线方式及时地传送到供电企业的GIS展示平台，并且可以完成相应位置设备运行环境信息的远程传送，使输电网运行管理员在供电企业的GIS展示平台上能够清晰地查看处于任何位置的输电设备的空间位置信息以及运行环境信肩、O
[0018]通过本发明在输电线路在线监测设备的应用，不但可以大量地节省供电运维人员现场勘察录入的工作过程，还可以保证输电线路及设备所处环境参数信息的可靠性与及时性，使输电网运行管理员能够在GIS平台上看到输电设备的自动坐标更新数据与运行环境状态数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明系统传输通道示意图。
[0020]图2是本发明系统彳目息流向不意图。
[0021]图3是本发明系统信息处理流程图。
【具体实施方式】
[0022]如图1、图2、图3所示，基于AGPS与4G的输电线路GIS系统及实现方法，GIS系统包括在线监测系统、传输网络及GIS平台，在线监测系统包括监测装置、AGPS模块、4G无线通信模块和信息服务器，4G无线通信模块通过Zigbee网络连接监测装置、AGPS模块和信息服务器，传输网络包括无线基站路由、公网数据采集服务器与无线公网平台；信息服务器包括输电网设备位置信息服务器、运行环境参数服务器；监测装置包括微气象监控装置、视频监控装置、覆冰在线监测装置、绝缘子泄露电流在线监测装置、盐密在线监测装置、氧化锌避雷器计数器远传装置；在线监测系统与传输网络之间通过无线蜂窝数据网络连接，传输网络与GIS平台间通过有线传输通道连接；AGPS模块连接GPS卫星与GPS辅助服务器。
[0023]输电线路在线监测装置采集杆塔及线路设备所处位置的环境参数，并通过Zigbee个域网络将运行状态信息传递给4G无线通信模块。AGPS模块与GPS卫星和无线蜂窝网络定时交互在线监测设备的位置信息，并通过Zigbee个域网络将在线监测设备的空间位置信息传递给4G无线通信模块。4G无线通信模块在接收到Zigbee网络信号后，以4G宽带无线传输技术将一次设备的位置信息和运行状态关联性地传递给供电企业的输电网设备位置信息与运行环境参数服务器。
[0024]图1中的标号A、B、C表示传输通道的不同路径，路径A表示杆塔及设备的位置信息和运行环境参数从位于在线监测设备内的4G无线通信模块通过无线传输通道传送到4G无线蜂窝数据网络；路径B表示信息从蜂窝网络通过有线传输通道传送到公网移动运营商业务中心平台；路径C表示信息从移动运营商中心平台通过有线传输通道传送到供电企业。
[0025]图2中的标号①到⑦表示不同的信息流分类，信息流①表示监测设备采集控制单元采集杆塔及设备运行环境参数；信息流②表示AGPS模块接收到的GPS卫星信号；信息流③表示AGPS模块接收到的GPS辅助信号；信息流④表示4G通信模块接收到的精确空间位置信息；信息流⑤表示4G通信模块接收到的在线监测设备所采集处理的运行环境参数；信息流⑥表示运营商传输网络接收到的4G通信模块发出的输电线路杆塔及设备的空间位置信息和运行环境参数的集合；信息流⑦表示供电企业输电网GIS展示平台从运营商网络中接收到的集合信息。
[0026]系统的数据信息处理流程如图3所示:
1)信息量的采集:主要包括AGPS从GPS卫星、GPS辅助服务器以及无线公网蜂窝网络中获取所处空间的位置信息；监测装置中央控制单元以及信息服务器所测量的输电线路设备运行环境参数；
2)信息量的汇集传输:由4G无线通信模块接收到一次设备的空间位置信息和运行环境参数，并将其传送到位于供电公司的主站端；
3)数据通过位于供电公司主站端的防火墙，并进行数据安全认证系统的认证；
4)如果不能通过认证，则数据被丢弃，反之，则经数据采集网络上传至输电网设备位置信息与运行环境参数服务器；
5)输电网设备位置信息与运行环境参数服务器，与GIS系统和PMS系统进行数据交互，完成数据处理；
6)通过交互，完成客户端展示呈现。
[0027]本系统中采用的是AGPS技术，将AGPS模块与在线监测设备的中央控制单元进行集成，集成后的在线监测设备中央控制单元既能采集输电网设备的实时运行环境信息，也能跟踪输电线路杆塔及设备的最新空间位置信息。普通的GPS系统是由GPS卫星和GPS接受器组成，与普通的GPS不同，AGPS在系统中还有一个辅助服务器.在AGPS网络中，由于受到接收器工作功率和地理位置的影响而不能获得理想的定位效果，接受器往往与有着较高功率的辅助服务器通信并接入网络。虽然与蜂窝系统的覆盖范围有关，但由于AGPS接收器与辅助服务器间的任务共享，所以AGPS往往比普通的GPS系统处理速度更快，有更高的效率。通常情况下，一个标准的GPS设备需要一个清晰的视线传播并且需要至少3颗GPS卫星才能定位。另外，还需要有足够的处理功率来把卫星的数据转换成坐标.而使用AGPS,接收GPS信号，计算定位的任务都由辅助服务器完成。所以在本实施例中，通过无线蜂窝数据网络，AGPS通过移动定位服务器作为辅助服务器来协助GPS接收器完成测距和定位服务。辅助服务器有比GPS接收器强大得多的功率来接受GPS信号。在这种情况下，辅助服务器通过网络与GPS接收器通信.由于有了移动网络的协助，接收器的效率比没有协助的时候有了很大的提高，因为有部分原本由接收器处理的任务被辅助服务器所处理。
[0028]数据流通过与GIS系统和PMS系统进行交互，不仅可以完成地理位置信息与状态信息的快速定位显示，还可以结合生产管理系统，通过数据归集与分析，为电力系统的生产管理提供合理化建议。系统有效解决目前的人工现场录入输电网GIS信息，采用4G无线通信技术将设备空间位置信息远程传输到输电网监测端的控制平台；大幅提升输电网GIS信息的更新度与可信度；结合输电线路在线监测装置，可将输电线路设备及杆塔的空间位置信息和所处位置的运行环境信息建立起关联关系，通过4G无线通信模块处理后，以远程方式传送到输电线路在线监测控制平台，不仅大大降低了工作量，并且有利于及时发布预警信息，提高电网的安全运行水平。
【权利要求】
1.基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，其特征在于:包括在线监测系统、传输网络及GIS平台，所述在线监测系统包括监测装置、AGPS模块、4G无线通信模块和信息服务器，所述4G无线通信模块通过Zigbee网络连接所述监测装置、所述AGPS模块和所述信息服务器，所述传输网络包括无线基站路由、公网数据采集服务器与无线公网平台。
2.如权利要求1所述的基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，其特征在于:所述信息服务器包括输电网设备位置信息服务器、运行环境参数服务器。
3.如权利要求1所述的基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，其特征在于:所述监测装置包括微气象监控装置、视频监控装置、覆冰在线监测装置、绝缘子泄露电流在线监测装置、盐密在线监测装置、氧化锌避雷器计数器远传装置。
4.如权利要求1所述的基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，其特征在于:所述在线监测系统与所述传输网络之间通过无线蜂窝数据网络连接，所述传输网络与所述GIS平台间通过有线传输通道连接。
5.如权利要求1所述的基于AGPS与4G的输电线路GIS系统，其特征在于:所述AGPS模块连接GPS卫星与GPS辅助服务器。
6.基于AGPS与4G的输电线路GIS系统的实现方法，包括如下步骤: 1)建立在线监测系统，将AGPS模块与监测装置的中央控制单元进行集成，并分别连接至4G无线通信模块，由监测装置进行AGPS模块与4G无线通信模块的直流供源； 2)将AGPS模块连接GPS卫星与GPS辅助服务器，接收卫星信号与辅助服务器信号，并通过无线蜂窝数据网络获取监测装置的精确定位数据，利用Zigbee网络将其传递给4G无线通信模块； 3)监测装置对输电线路的温度、弧垂、微风振动、覆冰、气象参数、风偏及图像视频等信号量进行采集与分析，并将测量数据以数字信号方式，通过Zigbee网络传递给4G无线通信模块； 4)由信息服务器将输电线路设备的位置信息和运行环境信息传递给4G无线通信模块，并由4G无线通信模块将接收到的所有信息通过无线基站路由传递给公网数据采集服务器，并汇集于无线公网平台； 5)无线公网平台将信息传递于供电企业输电网调度端的GIS平台中，与PMS(生产管理)系统进行数据交互，并在GIS图上展示出远方输电设备的确切位置信息和运行环境数据。
【文档编号】H02J13/00GK104319893SQ201410632032
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】邱超, 张平, 狄立 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司经济技术研究院