基于iOS设备的配电网现场作业管控系统的实现

明庆云

基于iOS设备的配电网现场作业管控系统的实现

明庆云

明庆云1吴莹辉2张红宇1张冠一1黄春佑2刘 珺2张九铭2何 博2

1.云南电网普洱供电局；2.华北电力大学

明庆云（1976- ）男，普洱供电局，长期从事农电管理工作，致力研究配电网作业全过程安全管控工作；吴莹辉（1990- ）男，在读硕士，主要从事计算机技术应用方面的研究工作；张红宇（1976- ）男，普洱供电局农电部农网基础管理专责，长期从事农电管理工作；张冠一（1988- ）女，普洱供电局科技管理专责，主要从事科技管理、系统应用方面的研究工作；黄春佑（1988- ）男，在读工学硕士，主要从事计算机技术应用方面的研究工作；刘珺（1990- ）女，在读工学硕士，主要从事计算机技术应用方面的研究工作；张九铭（1990- ）男，在读工学硕士，主要从事计算机技术应用方面的研究工作；何博（1989- ）男，在读工学硕士，主要从事计算机技术应用方面的研究工作。

随着无线通信以及移动终端技术的不断发展，利用手持终端设备管理配电网现场作业成为了可能。本文通过分析得出了配电网现场作业流程，并将该流程固化于iOS设备和后台管理系统中，建立了一套基于iOS设备的配电网现场作业管控系统。

引言

配电网作为电力系统中电力网络向用户供电的最终环节，对电网来说其重要性是不言而喻的，其运行管理的效率高低直接影响到电网运行的安全性和可靠性。然而，目前的配电网运行管理工作，传统的纸质作业文件仍然被绝大多数单位所采用，手工填写、纸质传递习以为常。传统的配电网运行管理方式暴露出了诸多问题，例如：人为因素教多、数据不易保存以及检索交接费时等。不仅如此，传统的配电网运行管理方式工作效率低、工作周期长，不利于建立针对紧急事故的快速反应机制。因此，利用现代化信息手段逐步提高配电网运行管理工作效率和规范性显得尤为重要。

目前，尽管一些专家学者在研究解决传统的配电网现场作业管理不规范、效率低等问题上取得了一些很有意义的研究成果。然而就目前的管理水平来看，仍然有许多不足之处：第一，传统的工作方式仍占主导地位，配电网信息化管理还未延伸到工作现场；第二，管理人员不能实时了解施工人员的作业位置，缺乏人员调度的灵活性；第三，现有的很多配电网现场作业管控系统缺乏现场与一体化办公室信息双向交互，复杂情况和紧急事故处理能力不足。

随着现代科技的不断发展，iOS设备软件和硬件功能越来越强大，体积小、功能强、反应速度快和使用简单的特点使其应用越来越广泛。本文结合iOS终端设备、GPS定位技术以及GPRS网络技术等技术手段，针对传统配电网现场作业管控方式存在的不足之处，建立了集信息采集、数据传输、存储以及实时定位等功能于一体的实用型新型配电网现场作业管控系统，使现场施工人员能够与一体化办公室进行实时、双向信息交互。最大程度规范了数据的录入，提高了工作效率以及紧急情况的响应能力。

系统设计

本系统以iPad和iPhone为移动应用终端，以Windows平台为后台终端，移动终端和服务器的通信链路为GPRS/3G/4G无线网络。此外，整个系统通过GPS定位技术，后台管理平台系统电子地图上能够实时看到施工人员的操作位置。构建了配电网现场作业调度和信息管理相结合的高效信息化管理平台，解决了传统的配电网现场作业管理效率低下、不规范等问题。

结构设计

基于以上的分析，本文将配电网现场作业管理系统结构分为三个部分：一体化办公室后台管理平台系统、基于iOS设备的移动终端系统、通信网络3个部分，如图1所示。

由于iOS设备软件和硬件功能越来越强大，体积小、功能强、反应速度快和使用简单的特点，系统客户端应用软件的搭载平台为iPad和iPhone手机。客户端通过GPRS/3G/4G 网络访问的服务器，后台管理平台系统通过Internet访问服务器。客户端和后台管理平台通过服务器进行数据交换。尽管3G/4G网络传输速率优于GPRS网络，但在部分地区3G/4G网络信号还未完全覆盖或信号较弱，不利于数据的传输。其次，GPRS网络具有数据传输速率高、接入范围广以及永远在线等优点。因此，考虑到现场作业数据传输的实时性要求以及目前iPad和iPhone网络数据传输技术成熟度，本系统中选择GPRS/3G/4G网络进行数据传输。所有移动终端设备均配备4G卡，当现场作业地点没有3G/4G信号覆盖时，通过GPRS网络传输作业数据。

图1 系统结构

功能设计

根据以上需求分析，系统核心功能主要为五个部分，即现场勘查、作业文件编制、作业文件审核、现场作业执行和作业人员操作位置实时定位。

现场勘查摒弃了传统纸质勘查文件和电脑照片处理，采用信息化手段，集基础数据（工作任务、位置、人员等）、图片数据、施工工器具和风险数据等数据采集系统于一体，勘查人员通过系统固化的勘查流程能够精确的确定每一个勘查点的详细情况（工作内容、位置、施工人员、施工工器具、风险防控措施等），真正做到配电网现场作业管理精益化。勘查人员对整个作业勘查结束后，系统自动生成施工示意图和作业文件初稿。

作业文件编制主要是根据实际情况对现场勘查生成的作业文件以及施工示意图进行适当修改，修改完成后施工人员将勘查数据通过GPRS/3G/4G网络上传至一体化办公室服务器。

作业文件审核主要内容是管理人员通过系统对已经编制好的文件进行审核，审核通过即可进行现场作业执行，审核不通过则驳回，重新编制。

现场作业执行是指工作人员通过系统固化的作业流程逐步操作，不允许跳步操作，并实时回传作业数据至一体化办公室服务器。

现场工作人员位置实时定位是本系统的一大特色，对配电网管理人员管理现场作业具有重大的意义。现场作业勘查过程中，iOS设备通过自带的获取装置获取GPS 数据保存于本地数据库中，待勘查工作结束时与勘查数据一并上传至服务器，然后后台管理平台系统通过算法将所获数据通过Web页面电子地图实时显示出来，即为施工人员的操作位置。

关键技术实现

本文设计的配电网现场作业管控系统主要为两部分：第一，配电网现场作业管控系统客户端，运行平台为iOS设备；第二，一体化办公室后台管理平台系统，运行平台为Windows设备。系统采用C/S与B/S模式相结合的方式实现，总体运行流程及功能模块如图2所示。

图2 系统功能结构和总体运行流程

其中iOS设备客户端系统采用了C/S模式，采用Object C语言和SQLite轻量级数据库编程实现。施工人员通过客户端管理现场勘查数据、GPS 数据以及图像数据采集，并采用Webservice及RDA实现客户端与服务器之间的数据交换；一体化办公室后台管理平台系统采用了B/S模式，采用PHP脚本语言和MySQL数据库编程实现。管理人员通过浏览器访问服务器，管理作业数据，跟踪作业位置以及查看现场图像信息。

自动生成施工示意图

由供电局现有的施工示意图可知，图以点线为框架，因此首先应该实现手持移动终端上任意位置生成点线结合的效果图。基于以上思想设计了传入坐标参数生成点和给定两个坐标生成直线的方法，通过这两个方法可以基本上实现屏幕上任意多点连线。

现场勘查过程中，勘查人员需要填写的信息有结点名称、与当前结点有连接关系的上游结点等关键信息，系统自动获取勘查点GPS信息。勘查完成后，系统通过高斯正交算法将经纬度坐标（x0，y0）转化直角坐标系坐标（x1，y1），再由直角坐标系坐标转化为屏幕坐标系坐标（x2，y2）。系统根据勘查点类型在屏幕（x2，y2）处绘制相应的标识，然后与其上游结点连线，通过这些信息汇总分析后自动生成一张施工示意图。如图3所示。

图片文件处理

作为现场勘查的核心部分，图片文件处理需要实现的功能是：裁剪图片；图片加标注；图片上粘贴新的图片；图片上添加文字。

经过对比分析，决定使用CLImageEditor来实现。CLImageEditor软件的核心在于代码重用。所有的画图工具都引用了同一个头文件，目的在于调用其中的函数，将其作为一个标准来定义这个软件的框架。标准相同，不管怎样修改引用标准之后的类，都不会影响到当初设定的标准。

实现思路是在底层的view上添加用于绘图的imageview，使这个imageview的大小形状随着手指的拖动而变化。随着手指的拖动，不断地在imageview中绘制矩形或椭圆，从而做到改变矩形或椭圆的大小和形状。

绘制直线的思路与绘制椭圆和矩形的思路有所不同，因为直线没有高和宽，只有长度和方向，所以我让imageview随着手指的拖动而旋转和放大，进而改变了直线的方向和长度。

图3 自动生成施工示意图流程

在手指拖动了拖动旋钮之后，由拖动触发器触发的事件执行imageview中的重绘效果。现将imageview中的图片清除，再根据imageview的大小来绘制一个需要的形状（矩形、圆形、直线），同时保证imageview的长和宽不为负数。如果长或宽变味了附属，ios系统的计算会出现问题，导致imageview的大小变化受控制，程序失败。

实时定位技术

实时跟踪定位施工人员现场作业所处的位置，对于确保配电网现场作业施工人员到达正确的作业地点来说非常重要。为了实现对配电网现场作业施工人员达到实时定位的目的，本系统基于GPS技术以及Google Maps基本实现了对配电网现场作业施工人员作业操作地理位置的实时跟踪与定位，满足了系统对于配电网现场作业时实时管控的目的。

iOS设备集成GPS接收器、GPS数据获取接口和解析采用了GPSID接口。GPS数据采集首先采用startUpdatingLocation接口函数打开GPS设备，然后通过代理函数-（void）locationM anager:didUpdateLocations获取GPS信息。

一体办服务器上部署有接收GPS信息的Webservice服务，该服务的任务是将经度、纬度信息及其他基础信息保存到服务器MySQL数据库中。具体应用过程中，现场施工人员首先通过客户端获取GPS数据，然后通过远程调用Webservice服务来上传GPS数据。

GPS数据上传后，后台管理平台系统通过Google Maps Javascript API应用接口，实现电子地图坐标定位。考虑到配电网现场作业过程中施工人员的位置发生改变时，系统需要自动更新Google Maps标记点的特点，系统使用了PHP强大的后台动态数据处理技术和XML的Ajax技术以及Javascript脚本语言。具体实现过程如图4所示。

图4 Google Maps 动态定位实现过程

结语

配电网现场作业实时管理是未来配电网管理的主要发展方向，本系统从配电网现场作业现实需求出发，进行了设计研究与实现。构建基于iOS设备的系统，基本实现了作业现场与一体化办公室数据的实时交互，并解决了施工人员工作位置实时定位的问题，同时也避免了传统方式作业文件管理效率低下以及不规范的问题，基本实现了配电网检修和运行作业的信息化管理。从该系统在云南电网普洱供电局的运行情况来看，系统是稳定的、可靠的，极大的提高了施工人员的工作热情以及工作人员的工作的效率，实现了现场作业过程在线式管控，降低了作业风险，系统的运用给其带来了巨大的经济效益。尽管如此，由于目前通信技术的发展水平以及时间关系的因素，系统功能还不能尽如人意。但是，随着通信技术的逐渐成熟和系统后续的不断完善，以上问题将会得到妥善解决。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.052