王子凌，周金輝，蘇毅方，張一航

電網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)模統(tǒng)一化自動(dòng)采集校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王子凌1，周金輝1，蘇毅方2，張一航3

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007；3.國網(wǎng)浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華 321000)

針對電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測和停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的規(guī)范、錄入效率低且數(shù)據(jù)可靠性差的問題，搭建了基于數(shù)模規(guī)范化的電網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集校驗(yàn)系統(tǒng)。首先，提出了電網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)和接口通信的規(guī)范化模型，包括規(guī)約自動(dòng)識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K和規(guī)約調(diào)度模塊。并設(shè)計(jì)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和分析流程，實(shí)現(xiàn)儀器儀表與數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)交換。然后，考慮電網(wǎng)設(shè)備檢測試驗(yàn)現(xiàn)場圖像特點(diǎn)，利用基于內(nèi)容分析的視頻高倍率壓縮編碼技術(shù)，適應(yīng)成像環(huán)境差異，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像。給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件配置和功能實(shí)現(xiàn)。最后，通過平臺(tái)可視化應(yīng)用，證明了所提設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性。

數(shù)據(jù)規(guī)范；自動(dòng)采集；壓縮編碼技術(shù)；接口規(guī)范；模塊化

0 引言

電網(wǎng)設(shè)備需要開展大量的帶電檢測和停電試驗(yàn)工作，是診斷設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷隱患不可缺少的手段，也是設(shè)備交接試驗(yàn)、運(yùn)維、檢修、試驗(yàn)人員的主要工作之一[1-4]。電網(wǎng)設(shè)備基建階段的現(xiàn)場試驗(yàn)和交接試驗(yàn)基本還是采用傳統(tǒng)人工模式，導(dǎo)致運(yùn)維人力成本高，工作效率較低，且數(shù)據(jù)利用效率不高，在設(shè)備數(shù)量大幅增加、工作標(biāo)準(zhǔn)和要求越來越高、人員數(shù)量越來越少的發(fā)展趨勢下已很難持續(xù)下去?；跀?shù)模規(guī)范化的電網(wǎng)設(shè)備[5-7]試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集校驗(yàn)研究有一定的實(shí)際意義。

目前，對電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集已有相關(guān)研究。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集裝置的軟硬件結(jié)構(gòu)，采用處理器嵌入式安裝，改善了信號(hào)問題，制定指令，提高了數(shù)據(jù)采集的精度。文獻(xiàn)[9]利用振動(dòng)信號(hào)典型特征，監(jiān)測變電站振動(dòng)信號(hào)，利用實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)傳輸振動(dòng)信號(hào)。文獻(xiàn)[10]改進(jìn)了母差采樣誤差對保護(hù)動(dòng)作的影響，研究不同因素對采樣誤差的影響。文獻(xiàn)[11]為保證調(diào)度與變電站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，在IEC104協(xié)議的基礎(chǔ)上擴(kuò)展協(xié)議安全域，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。上述研究主要集中在提高?shù)據(jù)采集的精確度和數(shù)據(jù)安全可靠傳輸方面，而對電網(wǎng)不同設(shè)備數(shù)據(jù)模型不一致和通信規(guī)約不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以規(guī)范化處理的問題很少研究。

針對上述問題，文中設(shè)計(jì)了基于數(shù)模規(guī)范化的電網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集校驗(yàn)系統(tǒng)。首先，建立了設(shè)備檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)和通信規(guī)范化模型，統(tǒng)一化變電站不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)和不同設(shè)備的通信接口。在數(shù)據(jù)采集終端，開發(fā)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)解析程序，與現(xiàn)場的檢測試驗(yàn)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)儀器儀表與數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)交換。針對電力作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)，研究環(huán)境自適應(yīng)的高質(zhì)量成像技術(shù)。最后，給出了采集裝置的配置和對應(yīng)的應(yīng)用平臺(tái)。

1 設(shè)備檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)通信規(guī)范化和模塊化

1.1 電網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化

電網(wǎng)設(shè)備眾多，其帶電作業(yè)和停電檢測的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也千差萬別，有數(shù)字指標(biāo)、是非狀態(tài)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有波形圖譜、圖像圖譜等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將設(shè)備物理量、化學(xué)量、波形、圖譜、數(shù)值等數(shù)據(jù)全部規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件[12]，為檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范化采集奠定基礎(chǔ)。

首先，針對圖像、圖譜等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，研究特征提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的規(guī)范化轉(zhuǎn)化。本項(xiàng)目主要是利用圖像處理技術(shù)，從圖像、圖譜等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中提取結(jié)構(gòu)化的特征量。如對于紅外熱像，研究圖像自適應(yīng)分割技術(shù)，自動(dòng)提取高溫區(qū)域，并計(jì)算高溫區(qū)域的中心位置、面積、溫度極值等特征量。對于局部放電圖譜，提取相位統(tǒng)計(jì)特征、脈沖波形特征、放電統(tǒng)計(jì)特征、分形特征、矩特征、小波變換系數(shù)及分形混和特征等特征量。接著，對不同類型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類和描述，建立規(guī)范化的數(shù)據(jù)表示與描述模型。建立設(shè)備檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化模型流程如圖1所示。

1.2 檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸通信規(guī)范化

由于檢測試驗(yàn)儀器儀表的生產(chǎn)廠家很多，不同廠家的儀器儀表的數(shù)據(jù)輸出接口、傳輸規(guī)約各不相同，給數(shù)據(jù)接口規(guī)約制定帶來很大困難[13-15]，具體情況如表1所示。

圖1 設(shè)備檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化模型流程

表1 部分儀器儀表的數(shù)據(jù)輸出接口

基于不同儀器儀表的數(shù)據(jù)類型特點(diǎn)和數(shù)據(jù)輸出接口形態(tài)，針對當(dāng)前電網(wǎng)設(shè)備的各類檢測試驗(yàn)項(xiàng)目要求，研究和制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)無線采集和試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，將規(guī)范化后的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件依據(jù)制定的數(shù)據(jù)通信協(xié)議傳輸規(guī)約轉(zhuǎn)換為規(guī)范化的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)不同儀器通用數(shù)據(jù)的交換。結(jié)合儀器儀表常用的串口、USB等有線傳輸和藍(lán)牙、WIFI等無線傳輸技術(shù)特點(diǎn)，對比分析并選擇適用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的無線通信技術(shù)方式[16-17]，研制兼容性的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集接口，并開展抗干擾和低功耗設(shè)計(jì)，降低數(shù)據(jù)采集干擾，提高數(shù)據(jù)采集可靠性。為了兼容不同的儀器儀表數(shù)據(jù)傳輸要求，開發(fā)儀器儀表與采集裝置之間的數(shù)據(jù)交互兼容的通用平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間通信接口以及規(guī)約的統(tǒng)一性。為解決不同設(shè)備帶來的多規(guī)約問題，使用信道服務(wù)核心模塊，組成部分包括規(guī)約自動(dòng)判別、數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K、規(guī)約調(diào)度、規(guī)約語法庫、規(guī)約計(jì)算解析等子模塊。

1.3 規(guī)約模塊

規(guī)約自動(dòng)識(shí)別模塊能夠根據(jù)前置的調(diào)用申請，給用戶端提供接口以用于識(shí)別不同的規(guī)約報(bào)文，以降低外部調(diào)用規(guī)約的復(fù)雜度?，F(xiàn)場試驗(yàn)測試人員在使用時(shí)更多關(guān)注的是功能的實(shí)現(xiàn)，而對服務(wù)層等結(jié)構(gòu)不甚關(guān)注，因此，通過模塊化很好地實(shí)現(xiàn)了功能的分割，也更有利于系統(tǒng)的維護(hù)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，需對?bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，合格的才會(huì)進(jìn)行下一步的操作。

不同的規(guī)約解析規(guī)則存儲(chǔ)在規(guī)約語法庫中，依次來實(shí)現(xiàn)不同廠家之間不同的規(guī)約接口的統(tǒng)一性。同時(shí)，其還有很好的擴(kuò)展性，對于變電站或者配網(wǎng)中如果有新增的設(shè)備，且該設(shè)備在原有的規(guī)約庫中并不存在，只需將其添加進(jìn)規(guī)約庫中即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一接入。規(guī)約算法則統(tǒng)一封裝調(diào)用。為實(shí)現(xiàn)規(guī)約的自動(dòng)識(shí)別，規(guī)約自動(dòng)識(shí)別模塊自動(dòng)為設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)測試人員提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，并計(jì)算得到規(guī)約的特征值，以便其他模塊的利用。不同規(guī)約特征如表2所示。

表2 規(guī)約幀格式特征

規(guī)約調(diào)度模塊解放試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用端，使其可以不使用具體的某種規(guī)約。所需求的規(guī)約編號(hào)主要上報(bào)或配置文件來提供。偽代碼如下所示：

為了實(shí)現(xiàn)對多種規(guī)約的支持，利用規(guī)約組件。通過語義和語法兩方面來定義。對于語法和語義單獨(dú)處理，分別通過規(guī)約語法庫和算法庫來實(shí)現(xiàn)。采用策略模式封裝各自的功能組件，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)約間的不相關(guān)性。

1.4 數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K

糾錯(cuò)算法的處理規(guī)則是在15個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)段中，在后四位添加4個(gè)字節(jié)，專門用于糾錯(cuò)處理，其他字節(jié)則作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)。將兩個(gè)糾錯(cuò)算法得到的數(shù)據(jù)拆分并按高低位排列。為了改變之前試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用端和數(shù)據(jù)加驗(yàn)?zāi)K聯(lián)系過于緊密的問題，獨(dú)立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K，前端連接規(guī)約自動(dòng)識(shí)別模塊，以降低聯(lián)系并實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和分析流程設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集流程設(shè)計(jì)

2.2 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集構(gòu)架

針對電網(wǎng)設(shè)備類型較多、不同電網(wǎng)設(shè)備的檢測試驗(yàn)項(xiàng)目和檢測試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都存在一定差異的現(xiàn)象，研究數(shù)據(jù)自動(dòng)采集[18-19]及智能分析技術(shù)模式，建立“移動(dòng)采集裝置+報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)模板+數(shù)據(jù)自動(dòng)分析平臺(tái)”的全自動(dòng)、數(shù)字化檢測數(shù)據(jù)采集管理模式?？紤]儀器儀表、無線通信裝置、數(shù)據(jù)采集終端、管理后臺(tái)等各個(gè)設(shè)備或裝置的功能定位以及相互之間的交互方式，設(shè)計(jì)了如圖2所示的整體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。

圖2 設(shè)備檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集構(gòu)架

其中，無線通信裝置擬嵌入到儀器儀表內(nèi)部，兼容不同儀器儀表的數(shù)據(jù)輸出接口。無線通信裝置與數(shù)據(jù)采集終端采用統(tǒng)一的無線傳輸接口進(jìn)行通信，安全規(guī)范。數(shù)據(jù)采集終端[20]與管理后臺(tái)采用加密無線傳輸方式進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)交互。

數(shù)據(jù)采集終端為“移動(dòng)采集裝置”，主要任務(wù)包括：① 與配網(wǎng)現(xiàn)場的檢測試驗(yàn)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)儀器儀表與數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)交換；② 按照“五通一措”規(guī)范，實(shí)現(xiàn)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的電子化規(guī)范存儲(chǔ)和報(bào)告自動(dòng)生成；③ 實(shí)現(xiàn)基于無線傳輸技術(shù)及智能識(shí)別技術(shù)的通用化移動(dòng)采集系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)采集與分析效率。

管理后臺(tái)為“數(shù)據(jù)自動(dòng)分析平臺(tái)”，部署檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理與智能分析系統(tǒng)，對檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能聯(lián)合分析與限值診斷，結(jié)合儀器儀表檢測試驗(yàn)規(guī)程中的檢測結(jié)果限值以及相關(guān)狀態(tài)分析方法，優(yōu)化配置采集裝置的計(jì)算資源和后臺(tái)的計(jì)算資源，通過現(xiàn)場采集裝置和后臺(tái)云端完成檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析診斷，實(shí)現(xiàn)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一鍵式采集、智能分析識(shí)別、數(shù)據(jù)分類管理、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)診斷分析、試驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)生成、人機(jī)交互確認(rèn)審核、試驗(yàn)人員電子簽名確認(rèn)等功能。

2.3 視頻數(shù)據(jù)的高質(zhì)量成像及高倍率壓縮編碼技術(shù)

在高質(zhì)量成像方面，主要是針對電力作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)，研究環(huán)境自適應(yīng)的高質(zhì)量成像技術(shù)，如圖3所示。首先，考慮到不同作業(yè)現(xiàn)場的光照差異大，需要研究寬動(dòng)態(tài)范圍的成像技術(shù)，適應(yīng)成像環(huán)境差異。然后，研究高分辨率成像設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像。此外，在手持采集的情況下，還需要研究防抖技術(shù)，避免成像模糊[21-22]。

在高倍率壓縮編碼方面，主要是針對電網(wǎng)設(shè)備檢測試驗(yàn)現(xiàn)場圖像特點(diǎn)，研究基于內(nèi)容分析的視頻高倍率壓縮編碼技術(shù)。首先，針對配網(wǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用語義分割算法實(shí)現(xiàn)圖像內(nèi)容的劃分，提取圖像中感興趣的區(qū)域；然后，在現(xiàn)有H.265視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，針對圖像中的不同內(nèi)容設(shè)計(jì)不同的量化標(biāo)準(zhǔn)，在保障感興趣區(qū)域圖像質(zhì)量的同時(shí)盡可能提高視頻數(shù)據(jù)的壓縮比，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)的高倍率壓縮編碼。目前H.265是視頻壓縮編碼的主流標(biāo)準(zhǔn)，其壓縮編解碼框架如圖3所示。該編碼框架主要包含有預(yù)測編碼、變換編碼、量化、熵編碼以及環(huán)路濾波等幾個(gè)部分。對該編碼框架進(jìn)行改進(jìn)，基本思路是：在編碼時(shí)對于前述檢測到的圖像感興趣區(qū)域采用較小的量化因子，而對于其他區(qū)域采用較大的量化因子，這樣在提高壓縮比的情況下盡可能保留感興趣區(qū)域的細(xì)節(jié)信息。

圖3 視頻數(shù)據(jù)的高質(zhì)量成像及高倍率壓縮編碼技術(shù)

2.4 數(shù)據(jù)一鍵采集傳輸及分析技術(shù)

檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一鍵采集技術(shù)是在數(shù)據(jù)規(guī)范化表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上開展的，主要研究數(shù)據(jù)采集硬件裝置的研制及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和通信規(guī)范。在數(shù)據(jù)通信接口和規(guī)約的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同儀器儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)接口現(xiàn)狀，研制兼容性強(qiáng)的無線通信模塊，滿足不同儀器儀表數(shù)據(jù)的傳輸要求，同時(shí)開發(fā)統(tǒng)一的無線通信驅(qū)動(dòng)程序和規(guī)范的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)不同儀器儀表設(shè)備的檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。此外，還將數(shù)據(jù)的規(guī)范化表達(dá)模型的實(shí)現(xiàn)程序部署到無線通信裝置上，自動(dòng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)文件格式，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信規(guī)約向數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于無線通信的檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)一鍵采集技術(shù)。

研究檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一鍵采集技術(shù)，還需要研究數(shù)據(jù)采集裝置與檢測試驗(yàn)儀器和后臺(tái)管理平臺(tái)的通信規(guī)范。數(shù)據(jù)采集裝置與檢測試驗(yàn)檢測儀器之間的通信擬通過低耦合的消息隊(duì)列(AMQP)通信，擬采用RabbitMQ具體實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 RabbitMQ的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集裝置通過APN專線接入內(nèi)網(wǎng)，連接中心側(cè)的后臺(tái)管理平臺(tái)，系統(tǒng)部署拓?fù)鋱D如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)部署拓?fù)鋱D

(1) 安全接入終端層。安全接入終端層即數(shù)據(jù)采集裝置，它帶有安全軟、硬件模塊。

(2) 安全通道層。作為應(yīng)用端和平臺(tái)之間連接需要的通道主要有各類無線和專線等傳輸方式。通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需采用加密算法加密。

(3) 接入系統(tǒng)層。其包括安全接入網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、身份認(rèn)證系統(tǒng)、安全數(shù)據(jù)過濾系統(tǒng)、集中監(jiān)管系統(tǒng)四大組成部分，通過高速總線進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)核心功能。

(4) 業(yè)務(wù)服務(wù)層主要包括各應(yīng)用后臺(tái)、前置等。

2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析技術(shù)

研究檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析技術(shù)，主要結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)的分析診斷，通過不同信息融合的方式提高分析的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析技術(shù)路線如圖6所示。通過在線監(jiān)測等獲取設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并結(jié)合典型的事故案例，判斷設(shè)備狀態(tài)是否“故障停運(yùn)”，若判斷“是”則定位故障點(diǎn)，若“否”則進(jìn)行故障預(yù)測，利用歷史數(shù)據(jù)結(jié)合歷史故障信息，建立基于歷史數(shù)據(jù)的故障用戶側(cè)模型，實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)測。

圖6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析技術(shù)路線

3 設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和校驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)采集裝置

數(shù)據(jù)采集傳輸終端，支持通過串口、USB、SD卡、藍(lán)牙、RJ45、LoRa、NFC、RFID、ZigBee方式采集變電設(shè)備的檢測/試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和傳輸功能以及現(xiàn)場作業(yè)視頻的采集、存儲(chǔ)和傳輸。設(shè)計(jì)方案如圖7所示，主要組成包括：核心板卡、擴(kuò)展板卡、數(shù)傳模塊和視頻終端。

圖7 數(shù)據(jù)采集裝置結(jié)構(gòu)

核心板卡：主要包括CPU、SDRAM、USB、網(wǎng)卡、WIFI和藍(lán)牙接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸。

擴(kuò)展板卡：提供4G通信服務(wù)；數(shù)據(jù)模塊：擴(kuò)展核心板卡的數(shù)據(jù)采集接口。

核心板卡通過WIFI接口與移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)通信。

視頻終端負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場作業(yè)視頻，通過4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

最終實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集傳輸終端采用便攜式模塊化設(shè)計(jì)，通過多種兼容性接口采集變電設(shè)備檢測/試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場作業(yè)視頻，主要包括4款數(shù)據(jù)采集傳輸終端、7款數(shù)傳模塊，如圖8所示。

圖8 數(shù)據(jù)采集傳輸終端采用便攜式終端實(shí)物圖

數(shù)據(jù)采集傳輸終端名稱和功能如表3所示。

其核心板卡主要由電源模塊、CPU最小系統(tǒng)模塊、千兆網(wǎng)絡(luò)模塊、WIFI和藍(lán)牙模塊、USB和GPIO模塊組成，如圖9所示，主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

采集方式有兩種：(1) 可以通過串口、USB、藍(lán)牙、RJ45等方式將電網(wǎng)設(shè)備的檢測、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接發(fā)送給采集傳輸終端；(2) 可以通過數(shù)傳模塊間接發(fā)送給采集傳輸終端。運(yùn)維管理檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集傳輸終端的通信方式為：采集傳輸終端通過WIFI接口將數(shù)據(jù)傳給移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)，之后由移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)通過加密無線網(wǎng)絡(luò)上傳給專用服務(wù)器。

圖9 數(shù)據(jù)采集傳輸終端核心板卡實(shí)物圖

表3 數(shù)據(jù)采集傳輸終端名稱和功能

表4 技術(shù)參數(shù)

3.2 可視化應(yīng)用

在檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析管理軟件研制方面主要完成了移動(dòng)作業(yè)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理子模塊和運(yùn)維管理檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)兩個(gè)部分[23-24]。

移動(dòng)作業(yè)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理子模塊在移動(dòng)作業(yè)端接收采集傳輸終端獲取的變電設(shè)備檢測/試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。移動(dòng)作業(yè)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理子模塊集成在運(yùn)維管理檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，如圖10所示，可以部署在PAD、手機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上[25-26]，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備各項(xiàng)檢測/試驗(yàn)數(shù)據(jù)的快速查詢查看功能，提高作業(yè)效率。

圖10 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)

“數(shù)據(jù)管理”是對采集設(shè)備終端上接收的原始數(shù)據(jù)文件進(jìn)行管理，包括原始數(shù)據(jù)文件的篩選、顯示、查看、刪除，隨著篩選條件的變化，文本、圖片、視頻等圖標(biāo)下方總的數(shù)目也發(fā)生變化，長按數(shù)據(jù)可以刪除。

運(yùn)維管理檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)部署在移動(dòng)作業(yè)端和專網(wǎng)服務(wù)器上，采用WIFI通信方式與采集傳輸終端交互數(shù)據(jù)，采用加密無線通信方式與專網(wǎng)服務(wù)器交互數(shù)據(jù)，項(xiàng)目要求該模塊實(shí)現(xiàn)采集模塊檢測/試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)錄入、自動(dòng)生成報(bào)告、查詢統(tǒng)計(jì)、報(bào)告管理、視頻通信功能。大幅提高檢測/試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性、規(guī)范性，有效提高工作效率。進(jìn)入首頁，彈窗選擇進(jìn)入檢測模塊還是試驗(yàn)?zāi)K，選擇檢測，跳轉(zhuǎn)到檢測界面，選擇試驗(yàn)，跳轉(zhuǎn)到試驗(yàn)界面。不選擇，點(diǎn)擊彈窗外部，彈窗消失，默認(rèn)當(dāng)前界面(試驗(yàn)界面)。新增試驗(yàn)任務(wù)。任務(wù)池是年計(jì)劃、月計(jì)劃、周計(jì)劃、工作任務(wù)單的數(shù)據(jù)來源，可按單臺(tái)設(shè)備或一個(gè)間隔下的所有設(shè)備編制任務(wù)。從操作主界面點(diǎn)擊新增按鈕，進(jìn)入試驗(yàn)任務(wù)信息新增窗口；填寫相關(guān)信息后，點(diǎn)擊保存按鈕，可保存新增加的試驗(yàn)任務(wù)信息。在設(shè)備信息下，選擇一個(gè)設(shè)備，點(diǎn)擊生成試驗(yàn)報(bào)告紅色字體，會(huì)自動(dòng)跳到報(bào)告信息TAB頁，并顯示報(bào)告，數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以向APP發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送后數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)錄入報(bào)告，點(diǎn)擊保存，自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告，如圖11所示。

圖11 自動(dòng)錄入報(bào)告界面

4 結(jié)論

為解決電網(wǎng)設(shè)備帶電作業(yè)和停電檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，錄入效率低且數(shù)據(jù)可靠性差的問題，文中搭建了基于數(shù)模規(guī)范化的電網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集校驗(yàn)的系統(tǒng)。主要得到了如下結(jié)論。

(1) 對圖像、圖譜等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，研究特征提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的規(guī)范化轉(zhuǎn)化。編制統(tǒng)一的檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸通信規(guī)范。

(2) 提出了現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和分析流程。利用視頻數(shù)據(jù)的高質(zhì)量成像及高倍率壓縮編碼技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場視頻成像，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一鍵采集傳輸及分析。

(3) 設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集裝置硬件配置和功能實(shí)現(xiàn)，并對檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)生成檢測報(bào)告，實(shí)際應(yīng)用證明了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性。

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Design of an automatic collection and verification system for digital and analog unified test data of power grid equipment

WANG Ziling1, ZHOU Jinhui1, SU Yifang2, ZHANG Yihang3

(1. State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd. Research Institute, Hangzhou 310014, China;2. State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Hangzhou 310007, China;3. Jinhua Power Supply Company, State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Jinhua 321000, China)

There are problems of the lack of unified specifications for the live detection and power outage test data of power grid equipment, low input efficiency and poor data reliability. Thus a system for automatic collection and verification of power grid equipment test data based on digital-analog normalization is built in this paper. First, a standardized model of power grid equipment test data and interface communication is proposed, including protocol automatic identification, data verification and protocol dispatch modules. The process of automatic collection and analysis of field data is designed to realize data exchange between instruments and data collection terminals. Considering the image characteristics of the power grid equipment detection test site, a high-magnification video compression coding technology based on content analysis is used to adapt to the differences in the imaging environment and achieve high-quality imaging. The hardware configuration and function realization of the data acquisition system are given. Finally, the feasibility of the design system is proved through the platform visualization application.

data specification; automatic collection; compression coding technology; interface specification; modular

10.19783/j.cnki.pspc.211727

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助(5211DS20008H)

This work is supported by the Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (No. 5211DS20008H).

2021-12-17；

2022-02-15

王子凌(1987—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)設(shè)備及配電網(wǎng)技術(shù)；E-mail: wangzilin116@ 163.com

周金輝(1983—)，男，博士，教授級(jí)高工，主要研究方向?yàn)榉植际侥茉聪{及配電網(wǎng)技術(shù)；

蘇毅方(1974—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榕潆娮詣?dòng)化。

(編輯 張愛琴)