基于电气标准模型的移动端配网图数一体化建模工具设计与应用
时间：2023-02-11 22:30:04 来源：千叶帆 本文已影响人
张旭东，陈星明
（南京南瑞信息通信科技有限公司，南京 210000）
随着科学技术不断发展、智能设备不断普及，手机、平板等电子产品已经成为人们生活和工作的必需品。国家电网设备部、运检部、互联网部当前重点工作任务是加快治理配网数据，因此，配网中低压设备数据建设和治理成为了重点工作内容之一。
国家电网数字化班组以业务在线化、作业移动化、信息透明化、支撑智能化为方向聚焦基层班组员工常态业务、核心业务。坚持中台战略，遵循“促共享，强应用”的工作路线，贯通专业信息系统，深化移动终端应用，强化智能分析支撑，挖掘数据资产价值，开展基于移动应用的数字化班组建设，支撑公司设备管理、营销服务数字化转型，全面提升基层班组及员工数字化水平，实现班组减负和提质增效，切实打通班组应用的“最后一公里”。数字化班组坚持以班组需求为导向，从效率、质量、安全等维度，持续深化移动终端应用功能整合，推进班组移动业务APP适应性改造，进一步提升实用性、便捷性和可操作性。
数字化班组通过走访基层及移动化应用场景相关调研，决定开展图模维护工具的移动化作业建设。同时，在国家电网PMS2.5系统建设过程中，配网移动端图数一体化是实现移动化作业的关键环节。现有的配网PC客户端建模工具已经不能满足当前的移动作业需求，存在诸多问题。比如：①对于配网设备台账数据的维护只能依赖原始导入数据，且仅限于PC客户端人工操作，初始数据来源也依赖人工录入，数据准确性存在较大的误差；
②设备的图形数据需要专职人员根据纸质图纸在PC端进行手动绘制，无法与现场勘测的实际设备图形做对比，若专职人员巡检时发现现场图形错误，并不能及时维护；
③设备地理坐标信息及图片信息无法精准获取，同样只能专职人员手动维护，设备坐标的准确度无法保证，等等。
配网中低压设备建模包含以下设备类型：线路、杆塔、站房（配电室、箱式变电站、环网柜、开关站、电缆分支箱）、柱上设备（柱上变压器、柱上断路器、柱上隔离开关、柱上负荷开关、柱上跌落式熔断器）、电缆终端、电缆段等。每种设备类型拓扑连接关系存在先后顺序约束规则，例如：线路下只能跟随杆塔、站房、电缆等设备，而不能拥有柱上设备；
电缆终端后只能连接故障指示器、杆塔和站房等。除了拓扑关系存在约束规则，设备与设备之间的连接也有特定的约束规则，例如：杆塔与杆塔间用档距段相连；
杆塔与柱上设备之间用连接线相连；
杆塔与站房之间又根据不同的站房类型情况变得复杂，如：杆塔与环网柜之间用电缆相连，而杆塔与开关站之间则用超连接线相连等。这些约束规则增加了系统的复杂度和实现难度，所以，在资源有限的移动端建模难度不言而喻。
对于配网中低压设备维护主要包括图形拓扑关系维护和资源资产台账维护。拓扑关系具体是指配网设备之间的连接、从属、对应等关系信息，而拓扑关系的操作包含设备退役、设备新增、设备更新、设备切改等。设备退役是将选择的设备进行删除，然后重新建立剩余设备间新的图形拓扑关系；
设备新增操作同理；
而对于设备更新则需要进行设备退役和设备新增两步操作来完成；
设备切改则是选择某个特定设备，将此设备之后的所有设备添加到另一条线路上并删除原来线路上设备。设备台账信息记录着设备的所有信息，包括生产日期、生产厂家、投用日期、材质等基本资源信息，也包括设备所属线路、维护班组、电压等级等核心资源信息。
现有的配网PC客户端设备建模工具主要是以图元拖拽、划线连接等操作方式为主。PC客户端具体操作流程如下：①专职人员拿到工程师设计图纸的纸质稿；
②按照图纸要求根据设备类型逐一拖拽图元至画布并连接图元；
③待所有图元绘制完毕后点击一键成图按钮进行图形拓扑关系的校验，检查是否存在连接规则不匹配或者存在孤立图元等问题；
④在图形拓扑关系校验通过后，专职人员还要逐一手工维护每种设备类型的资源资产台账信息；
⑤所有设备类型台账维护完成后，再进行台账数据校验，确保数据的基本属性都已得到维护；
⑥所有数据校验通过后才可以提交图形和台账数据，最终完成一张设计图纸的建模过程。上述的数据校验仅限于数据类型的校验，而无法提供对数据准确性的校验，若校验不通过，则不能进行数据保存操作，此外PC端建模过程与现场施工完全分开，也无法进行现场图模数据核对。图1是PC客户端建模操作界面，右侧区域是电气标准模型图元库，左侧区域是画板，图2是拓扑关系及台账信息校验界面。
图1 PC客户端操作界面
图2 数据校验
这种复杂逻辑业务系统，由于PC客户端有较大的屏幕展示和较强的处理器性能，从设计上和用户使用性上来说具有一定的优势，但数据的准确性都是建立在专职人员手工绘制的基础上，所以仍存在不少问题，例如：①PC客户端建模过程与现场施工完全分开，无法进行现场图模数据核对，数据无法实时校验；
②拖拽图元式建模对作业环境有一定要求，只能在有专有网络的办公室，而且需要逐一拖拽，费时费力，效率较低；
③人工绘图对数据准确性无法保证，误差较大；
④对于现场设备的更换，很难进行实时数据更新，数据闭环管理较难；
⑤设备的空间信息无法得到实时的采集，仅限于专职人员手工维护；
⑥无法对设备照片进行实时采集上报。
2.1 配网移动端图数一体化设计方案
对于上述诸多问题，本文设计一款移动端配网图数一体化建模工具。移动端优点显而易见，不受地理环境、工作条件等影响，方便用户随身携带。专职人员可以随时开展户外现场作业，在移动端就可以全部完成整个建模流程及设备台账维护。该工具支持对配网设备的拓扑关系进行现场退役、新增、更新和切改及设备台账信息现场维护，最终通过国网专有网络实时将数据保存至移动作业数据库。
根据前一节分析，设备图形拓扑具有先后顺序关系和连接关系，所以在移动端建模选择采用层次树模式结合移动端数据库缓存实现。层次树规定了设备之间的先后顺序关系，数据库缓存存储了设备间的连接关系，二者结合便可以限定一张完整的图形拓扑结构图，层次树结构如图3所示。移动端数据库缓存选择使用Android系统自带的嵌入式SQLite数据库，采用SQLite数据库缓存方式还有一个优点，对于一些网络信号不好的偏远地区，设备数据的采集可以采用缓存模式，先将采集到的数据缓存到SQLite数据库中，待网络条件允许后再进行数据提交。数据库设计部分核心属性如图4所示。其中equipmentContainer字段表示当前设备的连接点，connectivityNodes字段表示当前设备的前后连接关系。
图3 层次树结构
图4 SQLite数据库部分核心属性
对于层次树的层次关系，需要在服务数据库中编写特定的脚本来规定主干节点上具体有哪些设备，然后根据主干节点逐层递归查询下属子节点。通过用户选择的不同节点类型来限定不同的约束规则，页面底部弹出不同的交互界面。例如选择线路节点时，页面底部弹框新增设备按钮只会存在杆塔、站房、电缆等设备选项，而两种设备间的连接线会根据选择的两种设备类型进行自动补全，并将两设备相连，对于相同设备类型的设备支持批量新增，并支持移动端实时预览新的拓扑关系。随着国家电网实物资产标签化的深入进行，现在对于设备台账的维护可以通过移动端扫描设备唯一标识二维码来实现数据的实时对比及采集，更方便了设备资源资产信息维护，对于相同设备类型的设备也支持批量台账维护。对于设备坐标位置信息，使用高德地图定位服务实时获取设备的坐标信息并更新入数据库。对于设备图像的采集，通过移动设备相机拍照功能进行现场拍照，并实时进行数据传输。待采集的馈线或台区采录完成后，最终可以对所采馈线或台区进行采集数据分析与统计。
综上所述，整个配网图数一体化工具涵盖图形拓扑关系维护及同步、数据采集治理、数据质量检查和综合查询统计等功能，具体结构如图5所示。
图5 一体化工具功能结构
2.2 配网移动端图数一体化建模流程
配网移动端图数一体化建模工具是通过智能移动终端完成对现场设备数据采录、图形拓扑维护等操作。工具利用Android内嵌的小型数据库SQLite结合层次树来实现图形的拓扑连接关系，同时使用高德地图完成设备坐标采集。该工具首先需要在移动端创建维护变更申请单，并关联所需维护的馈线与台区，对于完全新增的馈线或台区，需要从0到1创建整条线路和设备，而对于存量数据，需要先拉取图形拓扑关系，并存入移动端本地SQLite数据库缓存中，再通过移动端页面操作来更新维护设备与设备之间的连接关系及台账信息，最终将现场维护好的数据发送到电网资源中台，完成电网设备图数一体化建模任务，其具体实施流程如图6所示。
图6 图数一体化流程图
2.3 配网移动端图数一体化建模工具效果
配网移动端图数一体化建模工具设计及开发基于Android操作系统，并针对Android6以上系统做了较好的兼容适配，具有较好的用户体验和交互效果。
核心操作步骤及页面如下：首先，根据需要创建任务变更申请单（图7），并关联将要采集的馈线和台区名称（图8），确定采集对象后，便可进入采录范围列表页面（图9），在该页面中选择相应的馈线或台区会拉取层次树拓扑数据，进入对应的馈线和台区层次树操作页面（图10），在该页面可以选择层次树上的设备节点进行新增、退役及台账维护操作，点击不同的设备类型底部弹框界面不完全相同（如图11），在该层次树页面右上角存在四个按钮，从上到下的作用分别是：①实时查看图形拓扑图形（图12）；
②查看当前节点详细名称，并以Toast方式弹出；
③对层次树进行折叠和展开操作；
④点击提交按钮即可进行数据校验及图形拓扑的重新生成，并可以实时查看图形拓扑，再展示图形拓扑效果页面（图12），可以放大、缩小页面并选择相应的设备图元进入台账维护页面（图13），在该页面允许对设备的资源资产信息进行维护，提供了实物ID扫码、地理坐标采集（图14）、图片采集及批量维护等功能。
图7 变更申请单
图8 选择馈线/台区
图9 采录范围列表
图10 层次树
图11 层次树操作
图12 图形预览
图13 台账维护
图14 地理信息定位
本文首先通过对配网PC客户端图模维护工具进行分析，发现其在实际使用场景及数据准确性方面存在诸多缺点，工作效率较低、数据准确度差且无法形成闭环管理，专职人员工作不能保证所有数据全程无错误录入与执行，较大的工作量给其造成一定工作压力。基于此，本文设计一款配网移动端图数一体化建模工具，该工具基于层次树并结合数据库缓存方式，解决了图形复杂的拓扑关系问题。配网移动端图数一体化建模工具的落地改进了配网传统PC客户端图形建模方式和数据维护模式，提高了数据的正确性和数据源的可靠性，改变了传统的人工手录模式。在时间有限的情况下，专职人员大大增加了馈线及台区的数据采集量，节省了成本和时间，为国网PMS2.5系统的移动化建设奠定了坚实的基础，具有一定的里程碑意义。
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