基于GPS的电网安全检查定位系统的研究

2018-03-27徐敏

电气技术与经济 2018年1期

徐敏

（云南电网有限责任公司玉溪供电局安全监管部）

0 引言

定位及导航软件在我国最早应用于车载系统（例如，构建全市区车辆实时监控和应急反应的神经网络，实现车辆的智能监控和指挥调度），而随着智能手机的快速发展，利用智能手机来满足不同用户的定位及导航需求将具有广阔的市场前景。就玉溪电网而言，现阶段使用的软件因不包含电网基础设施的位置信息，查询及导航功能无法使用，为此，构建基于GPS的电网安全检查定位系统将具有十分重要的现实意义及经济价值。

1 基于GPS的电网安全检查定位系统的总体设计

1.1 基于GPS的电网安全检查定位系统的功能划分

根据电网安全检查和任务观察的实际需求，并针对各级管理人员及安全监察人员在工作中可能遇到的状况，电网安全检查定位系统可以分为如下几个功能模块：

第一，电网设备信息的显示模块。对杆塔、变压器、变电站等电网设备的信息进行显示（如：生产厂家、建设日期、历史检修记录等），并在实际地理地图中完成定位。用户可以根据需要实现地图的放大缩小、拖拽移动功能，通过直观的图形显示给使用者提供指导，是使用者直观获取电网设备位置信息和路径提示的主要功能模块。

第二，定位模块。用户有时在野外等地作业时难以确定自身所在的位置，此时可以通过对 GPS硬件的信息采集，确定自身的经纬度信息。

第三，路径导航模块。系统提供两种导航模式，一是通过对 GPS硬件的信息采集，确定用户所在位置为起点，然后由用户指定终点位置（用户可以直接将界面中的具体电网设备设定为终点），系统根据路径规划算法来显示出起点到终点的最佳路线，并在路径的转折点处提供相应的操作提示。二是用户在智能手机上打开系统，通过手动输入起点位置和终点位置，然后由系统提供最佳路线。

第四，电网设备位置信息的查询模块。系统提供如表1所示的两种查询方式。

表1 电网设备位置信息的查询方式

第五，系统管理模块。基于 GPS的电网安全检查定位系统是面向特定用户的，这意味着只有被赋予权限的用户才能登陆系统并对个人数据进行修改（如：修改登陆密码、更新个人资料等）；不同用户能够执行的操作是有差异的，为此系统管理员应该对不同用户进行权限管理；系统管理员对数据进行存储、备份及备份。下面以权限管理为例来说明具体操作（如图1所示）：系统管理员登陆主界面后进入权限管理界面，此时系统会对登陆用户的操作管理权限进行判断，如果判定用户非系统管理员，那么界面上会提示“此用户无权限”，然后退回主界面；如果判定用户为系统管理员，那么进入权限管理界面，此时就可以对用户权限执行添加、删除及修改等操作。

图1 权限管理流程图

1.2 基于GPS的电网安全检查定位系统的软件架构

图2为基于GPS的电网安全检查定位系统的软件架构，自上而下形成了包含界面、应用数据和地图渲染导航库在内的三层纵向层次结构。

图2 手机导航软件定位子系统的软件架构

在调用协议实现层进行网络请求的时候，涉及到很多网络请求的基础库服务，SOAP库和基础库服务就提供了这样的服务。通过调用它们，进行正确的网络请求，对网络请求过程中的各种状态进行控制和管理，返回网络请求的结果。

对地图数据进行操作时，就需要访问地图渲染导航库层。这一层次提供了对地图数据的管理、地图浏览、导航、路线规划、位置搜索、地图设置等与地图相关的各项操作，相关的库函数提供对应的操作，这是整个系统最底层也是最核心的层次。

2 系统实现的关键技术

2.1 定位技术的选择

（1）定位技术的对比与选择

表2为几种定位技术的对比。本课题的应用对象为电网基础设施，故作者认为 GPS定位技术应用效果将最优。

表2 几种定位技术优缺点的对比

（2）定位精度与实时性的分析

需要注意的是，GPS的定位精度受到许多因素的影响，包括：GPS卫星相关因素、传播途径相关因素、接收机相关因素和其他因素等。提高 GPS定位精度的方法也有不少，如：采用地面辅助导航系统和空间导航系统间的合作、绝对定位、相对定位和差分定位等方式。其中，差分定位的原理就是在一个观测站对两个目标的观测量、两个观测站对一个目标的观测量或一个观测站对一个目标的两次观测量之间进行求差，这样就可以消除公共项，如公共误差和公共参数等。

从被定位用户的GPS数据产生到通过GPRS网络上传至后台定位服务器，再到被定位用户通过Internet访问本系统显示在地图中，整个过程的每一个步骤势必存在着时延，如：传输时延、处理时延和显示时延等。这些问题都是不可避免的，可以通过提高系统中软硬件的性能和网络传输效率等方式，减小时延，从而满足系统的要求。

2.2 数据传输技术的选择

当用户使用手机终端与后台管理系统进行数据传输时，可以采用的数据传输方式有多种，本文选择了GPRS技术。图3为用户和后台定位服务器的通讯流程图。用户将通过移动公司唯一分配的手机号码和SIM卡以及特定的APN接入标识接入到GPRS网络，后台使用Internet接入CMNET并连接到GGSN，实现GPRS专网接入；后台的认证服务器负责实现用户的合法性验证。

图3 用户和后台定位服务器的通讯流程

2.3 数据库的设计

（1）数据库设计

通过对功能需求的实际分析，本系统确定采用SQL sever2008，表3和表4为用户信息表和变电站位置查询表。

表3 用户信息表

表4 变电站位置查询表

（2）数据库安全设计

作为一个共享的数据资源，数据库中存放了大量数据（既包含可公开数据，也包含机密数据），为了防止数据外泄、非法用户恶意更改破坏数据库中的数据，本系统采取了如下措施：

一是数据库备份。基于安全及速度考虑，对数据库中的数据进行定期备份，将过期不用的数据进行删除；同时定期备份还可保证数据的安全，一旦数据库数据混乱，则可用最近的备份数据进行恢复。

二是数据库访问控制。安全账户认证方面，采用SQL Server和Windows操作系统双重认证模式；访问许可确认方面，通过数据库用户名和口令进行确认验证，防止非法登录用户连接到SQL Server数据库；设置访问许可后，针对不同用户行使的职能赋予不同的权限及角色，角色分为服务器级及数据库级；赋予不同用户不同的权限，限制用户操作数据库中数据的权限；同时可对数据库中的表，根据用户账号及角色指定一定的动作，使对数据库的查询与写入分离开，整体确保数据稳定。