基于北斗定位的变电站运维路径规划导航系统及导航方法与流程

本发明属于变电站设备定位及路径导航领域，尤其涉及一种基于北斗定位的变电站运维路径规划导航系统及导航方法。

背景技术：

变电站中有大量的电气设备，由于长期受到电、热、机械的负荷作用，以及环境的影响，会逐渐引起不同类型、不同程度的老化或故障，快速、安全、准确地对这些故障进行检修和维护对电网的安全稳定运行至关重要。

随着变电站数字化、智能化的发展，变电站逐步形成“统一平台、集中控制、集中监视、分区巡维、分步实施”的调控一体化模式，在此模式下，变电站基本实现无人值守，一组运维人员同时负责多个变电站的检修工作。由智能监视系统发现某一变电站某一设备出现问题后下达检修任务至运维人员，运维人员随即前往该变电站该设备处进行检修工作。而变电站内错综复杂的结构为运维人员及时快速到达故障设备带来困难，同时，在检修过程中因走错间隔、走错杆位、误入带电区域而引发的电力系统事故、人身事故常有发生。

尽管变电站不断向智能化发展，但当前并没有针对运维人员如何快速、安全、准确到达目的地的相关研究和措施，没有在变电站内为运维人员进行路径导航、路线指引并避开带电区域的相关方法，若运维人员走错或误入带电区域都将为电网安全和人身安全带来巨大风险。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于北斗定位的变电站运维路径规划导航系统及导航方法，便于运维人员快速直观的获悉故障设备位置信息，系统根据运维任务中的故障设备位置自动规划最优路径，在电子地图中突出显示所有的带电危险区域，并为运维人员进行实时导航，引导运维人员快速、安全、准确的到达故障设备位置。

本发明的技术方案：

一种基于北斗定位的变电站运维路径规划导航系统，它包括：

北斗定位模块：基于北斗定位技术提取系统使用者当前位置信息作为起始地，并传输到路径规划模块，北斗定位模块分别与路径规划模块和路径导航模块连接；

运维任务接收与分析模块：接收调度中心下达的运维任务，并分析提取任务中的故障设备位置信息和故障信息，将故障设备位置信息作为目的地传输到路径规划模块，运维任务接收与分析模块与路径规划模块连接；

数据库模块：存储变电站电子地图、站内设备属性信息和站内带电区域信息；数据库模块分别与路径规划模块和路径导航模块连接；

路径规划模块：依据运维任务接收与分析模块和北斗定位模块所传入的起始地与目的地信息，配合数据库内所存储的变电站电子地图、站内设备属性信息和站内带电区域，通过路径规划算法计算出一条由起始地到目的地的途径带电区域最少的最短距离路径作为最优路径；路径规划模块与路径导航模块连接；

路径导航模块：通过北斗定位模块获取使用者的实时位置，并配合路径规划模块所计算出的最优路径，为使用者提供前进、后退、左转、右转四个行进方向的语音提示，当使用者周围50米内存在带电区域或途径带电区域时路径导航模块发出语音警告提示，引导使用者安全行进。

所述变电站电子地图是与变电站内道路相关的信息内容，设备属性信息包括生产厂家、型号、生产日期、设备功能属性和设备工作环境状态，站内带电区域信息包括变电站内正在运行的带电间隔的位置范围信息。

所述的一种基于北斗定位的变电站运维路径规划导航系统的导

航方法，它包括：

步骤1、建立变电站电子地图；从电力部门获取变电站原始矢量数据，通过arcgis软件依次进行原始数据入库、数据处理、图层分级分组、属性表处理、符号化、地图标注和配图优化处理，最后发布变电站电子地图；

步骤2、划分变电站带电区域：根据变电站设备功能与运行情况，在变电站电子地图中划分并标记出带电区域；带电区域为变电站内正在运行的带电间隔，包括主变间隔、进线和出线间隔、pt间隔、站用变间隔、电容器间隔、分段间隔、电抗器间隔和旁路间隔；

步骤3、标注变电站主要设备属性信息：在变电站电子地图中标注设备的属性信息，系统使用人员在电子地图中点击某设备时，在该设备上方显示出属性信息；设备包括变压器、高压开关电器、高压绝缘子、互感器、补偿装置、保护电器、继电保护、电主接线和配电装置，属性信息包括生产厂家、型号、生产日期、设备功能属性和设备工作环境状态；

步骤4、建立变电站主要设备间的拓扑关系：在空间关系中，变电站设备属于点目标，变电站道路属于线目标，变电站设备间的拓扑关系包含点与点的关系、点与线的关系；

步骤5、故障设备位置识别；后台设备监测系统对设备状态监测数据进行分析，得到故障设备识别结果后，通过北斗定位设施获取故障设备位置信息，并生成运维任务发送到运维人员手持终端中；

步骤6、接收与分析变电站运维任务：运维人员手持终端接收调度中心下达的运维任务，终端提取出待检修设备的位置信息和故障信息，并关联到系统中的变电站电子地图上；

步骤7、规划前往待检修设备的最优路径；将步骤5的故障设备位置信息作为目的地，通过北斗定位获取运维人员的当前位置信息作为起始地，通过路径规划算法计算一条途径带电区域最少的前提下的最短距离路径；

步骤8、对运维人员进行实时路径导航与语音提示。

步骤4所述建立变电站主要设备间的拓扑关系的方法包括：

步骤4.1、建立点与点的关系；

通过点之间的距离来判断点与点之间的重合、分离两种关系；

(1)重合：对于点p1(x1,y1),p2(x2,y2),若有x1＝x2且有y1＝y2，则认为两点重合；

(2)分离：对于不满足(1)中两点则确定是分离的；

步骤4.2建立点与线的关系；

点与线之间的基本关系有相接、包含和分离三种；

(1)相接：点与直线段两端点之一重合；

(2)包含：若点到线的距离d为0，且根据线的单调性，此点的点坐标位于两端点之间，此时为包含关系，即线包含了点；

(3)分离：点到线的距离不等于0。

步骤8所述对运维人员进行实时路径导航与语音提示的方法为：通过步骤6计算出最优路径后，为运维人员提供实时的路径导航与语音提示，具体包括前进、后退、左转、右转四个行进方向提示，以及所途径带电区域提示、周围50米内带电区域提示。

本发明有益效果：

本发明基于北斗定位技术和移动地理信息技术，开发基于变电站电子地图服务的故障点位置可视化与线路导航，便于运维人员快速直观的获悉故障设备位置信息，系统根据运维任务中的故障设备位置自动规划最优路径，在电子地图中突出显示所有的带电危险区域，并为运维人员进行实时导航，引导运维人员快速、安全、准确的到达故障设备位置；有效地解决了变电站运维人员走错间隔、误入带电区域的问题，从而避免了因此引发的电力系统事故和人身事故，为变电站乃至整个电网的安全稳定运行提供了保障，具有较强的实用价值和现实意义。

附图说明

图1是本发明导航方法流程示意图；

图2是本发明系统框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述，应理解这些实施例子仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1示出了本发明一种实施例提供的一种基于北斗定位的变电站运维路径规划导航方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1、建立变电站电子地图；

从电力部门获取变电站原始矢量数据，通过arcgis软件依次进行原始数据入库、数据处理、图层分级分组、属性表处理、符号化、地图标注、配图优化等处理，最后发布电子地图，完成变电站电子地图建立。

步骤2、划分变电站带电区域；

根据变电站设备功能与运行情况，在变电站电子地图中划分并标记出带电区域。带电区域主要为变电站内正在运行的带电间隔，包括主变间隔、进线(出线)间隔、pt间隔、站用变间隔、电容器间隔、分段(母联、桥)间隔、电抗器间隔、旁路间隔。

步骤3、标注变电站主要设备属性信息；

在变电站电子地图中标注主要设备的属性信息，系统使用人员在电子地图中点击某设备时，在该设备上方显示出其属性信息。主要设备包括变压器、高压开关电器、高压绝缘子、互感器、补偿装置、保护电器、继电保护、电主接线、配电装置，属性信息包括生产厂家、型号、生产日期、设备功能属性、设备工作环境状态。

步骤4、建立变电站主要设备间的拓扑关系；

在空间关系中，变电站设备属于点目标，变电站道路属于线目标，变电站主要设备间的拓扑关系包含点与点的关系、点与线的关系，其建立方法如下：

步骤4.1建立点与点的关系；

通过点之间的距离来判断点与点之间的重合、分离两种关系。

(1)重合：对于点p1(x1,y1),p2(x2,y2),若有x1＝x2且有y1＝y2，则认为两点重合。

(2)分离：对于不满足以上的两点则认为是分离的。

步骤4.2建立点与线的关系；

点与线之间的基本关系有相接、包含、分离三种。

(1)相接：点与直线段两端点之一重合。

(2)包含：若点到线的距离d为0，且根据线的单调性，此点的点坐标位于两端点之间，此时为包含关系，即线包含了点。

(3)分离：点到线的距离不等于0。

步骤5、故障设备位置识别；

后台设备监测系统采用大数据分析算法对设备状态监测数据进行分析，得到故障设备识别结果后，依据装置在设备上的北斗定位设施获取其位置信息，并生成运维任务发送到运维人员手持终端中。

步骤6、接收与分析变电站运维任务；

运维人员手持终端接收调度中心下达的运维任务，终端系统自动分析运维任务，提取出待检修设备的位置信息和故障信息，并自动关联到系统中的电子地图上。

步骤7、规划前往待检修设备的最优路径；

将步骤5所分析提取出的故障设备位置信息作为目的地，通过北斗定位获取运维人员的当前位置信息作为起始地，通过路径规划算法计算一条途径带电区域最少的前提下的最短距离路径。

所述的路径规划算法采用现有技术的人工势场法、模糊规则法、遗传算法、神经网络、模拟退火算法或蚁群优化算法等。

步骤8、对运维人员进行实时路径导航与语音提示；

通过步骤6计算出最优路径后，为运维人员提供实时的路径导航与语音提示，具体包括前进、后退、左转、右转四个行进方向提示，以及所途径带电区域提示、周围50米内带电区域提示。

图2示出了本发明一种实施例提供的基于北斗定位的变电站运维路径规划导航系统的结构框图，具体包括以下部分：

其包括一信息接收与分析模块、一北斗定位模块、一数据库、一路径规划模块、一路径导航模块。当路径规划导航系统执行时，信息接收与分析模块接收调度中心下达的运维任务，并自动分析提取任务中的故障设备位置信息和故障信息，将位置信息作为目的地传输到路径规划模块，北斗定位模块基于北斗定位技术提取系统使用者当前位置信息作为起始地，并传输到路径规划模块。

数据库模块存储变电站电子地图、站内主要设备属性信息、站内带电区域信息，变电站电子地图是与变电站内道路相关的信息内容，主要设备属性信息包括生产厂家、型号、生产日期、设备功能属性、设备工作环境状态，带电区域信息包括变电站内正在运行的带电间隔的位置范围信息。

路径规划模块依据信息接收与分析模块和北斗定位模块所传入的起始地与目的地，再配合数据库内所存储的变电站电子地图、站内主要设备属性信息、站内带电区域，通过路径规划算法计算出一条由起始地到目的地的途径带电区域最少的最短距离路径作为最优路径。

路径导航模块通过定位模块获取使用者的实时位置，并配合路径规划模块所计算出的最优路径，为使用者提供前进、后退、左转、右转四个行进方向的语音提示，当使用者周围50米内存在带电区域或途径带电区域时路径导航模块发出语音警告提示，引导使用者安全行进。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。