CC BY
37
Применение технологий геоинформатики и QR-кодирования для поддержки работы оперативных выездных бригад электросетевых компаний
Н.А. Устинов, Intergraph Россия [email protected], Д.Е. Намиот, МГУ им. М.В. Ломоносова,Факультет ВМК МГУ, старший научный сотрудник, [email protected]
В работе рассматриваются практические аспекты применения технологии QR-кодов. Основой для статьи послужила квалификационная работа, выполненная Н.А. Устиновым в Лаборатории Открытых Информационных технологий факультета ВМК МГУ им. М.В.Ломоносова. Автором решалась практическая задача поддержки обслуживания и ремонта электрооборудования, установленного в географически разнесенных местах. Результатом работы является новая модель применения QR-кодов для поддержки работы технологического оборудования. Предложенная модель опробована на реальных системах.
Введение
После реформы электроэнергетической отрасли, призванной разделить государственную монополию РАО «Единая Энергетическая Система России» (РАО «ЕЭС России») в нашей стране было организовано 12 Межрегиональных Сетевых Компаний (МРСК), на сегодняшний день являющихся основой структуры распределения электроэнергии. Имея в управлении огромные динамичные и постоянно меняющиеся электросетевые хозяйства, эти компании сталкиваются с необходимостью сбора и поддержания в актуальном состоянии данных по обслуживаемому оборудованию, а также обеспечения этой информацией ремонтных выездных бригад на месте проведения работ.
Для выполнения этих задач предлагается простое и не требующее масштабных капиталовложений решение на основе технологий геоинформатики и двухмерного символьного кодирования. Использование Геоинформационных систем (ГИС) обусловлено рядом их преимуществ по сравнению с классическими алфавитно-цифровыми системами, такими как: продвинутые средства визуализации, упрощающие восприятие большого объема информации, и инструменты пространственного анализа. Среди современных ГИС выделяются, так называемые, Инженерные ГИС, ориентированные на управление пространственно распределенной инфраструктурой и ресурсами. К сожалению, подобный класс систем, обладая огромным набором функциональных возможностей для
работы с данными, ориентирован в большей степени на высококвалифицированного инженера и не содержит простых и готовых средств для предоставления этих данных в виде электронных карт и технологических схем удаленным ремонтным выездным бригадам.
Для поддержки бригад на местах выполнения работ необходимо обеспечить публикацию в сети Интернет актуальных кар и схем, которые ведутся в инженерной ГИС, а также реализовать клиентскую часть, обеспечивающую простой и интуитивно понятный процесс получения публикуемой информации на портативные устройства мастеров -электромонтеров, такие как, например, мобильные смартфоны или планшетные ПК.
Модель
Предложенная модель системы представлена на рис. 1
Рис.1 Модель системы
Идея состоит в присвоении объектам ЭСХ уникальных кодов, которые будут являться поисковыми ключами для корпоративной системы управления техническими объектами. С помощью такого кода (ключа) в базе данных системы можно будет подобрать всю информацию, необходимую ремонтной бригаде, находящейся непосредственно на объекте (рядом с объектом ЭСХ).
Такого рода код может быть размещен непосредственно на объекте ЭСХ. Для этого и нужен QR-код. QR-код, представленный на объекте, по сути, содержит закодированный URL для доступа к корпоративной базе данных. В параметрах этого URL (в параметрах запроса) и передается уникальный код объекта.
Соответственно, ремонтная бригада, находясь непосредственно на объекте, может получить доступ к нужному разделу корпоративной базы данных - сканировав QR-код, открыв соответствующую вебстраницу и авторизовавшись на ней.
При этом подготовка (печать) кодов для размещения на объектах ЭСХ в такой системе должна проводиться централизованно. Отметим также, что в такой модели не требуется хранить в центральной базе данных точные координаты объектов (что может быть ограничено регламентами безопасности). Достаточно просто иметь уникальный идентификатор объекта.
Реализация
Публикацию карт и схем целесообразно реализовать на основе международных стандартов и протоколов, разработанных специально для обмена пространственными данными в сети Интернет консорциумом OGC (Open GIS Consortium http://www.opengeospatial.org/). В предлагаемом решении необходимо использовать два основополагающих протокола OGC WMS (Web Map Service) и WFS (Web Feature Service), работающих поверх HTTP. Протокол WMS определяет параметры запроса и предоставления картографической (пространственной) информации в среде Интернет в виде графического растрового изображения.
В отличие от WMS протокол WFS определяет условия получения и обновления пространственных объектов с использованием Geography Markup Language (GML) [1]. Веб-сервис, реализованный по стандарту WMS, при получении определенного запроса от клиента способен обратиться к БД инженерной ГИС и на основании полученных параметров сгенерировать и отправить на клиента фрагмент электронной карты или схемы в виде растрового изображения. Веб-сервис WFS, в свою очередь, на запросы клиентов генерирует XML документ, содержащий координатные и атрибутивные данные по запрашиваемым объектам.
Для отображения публикуемых в таком виде электронных карт и схем на портативных устройствах мобильных бригад и взаимодействия с приведенными веб-сервисами в соответствии запросами пользователей предлагается создать веб-сайт, содержащий клиентскую часть, реализованную с использованием встраиваемых в HTML страницы сценариев на языке JavaScript. В качестве основы такого сервиса наиболее доступной представляется часто использующаяся для подобных задач библиотека OpenLayers (www.openlayers.org). Эта библиотека содержит
готовый инструментарий, позволяющий создать сценарий, который в соответствии с действиями пользователя в окне веб-браузера генерирует запросы к веб-сервисам OGC WMS и WFS и визуализирует получаемые от них результирующие фрагменты карт и технологические схемы.
Для упрощения процесса поиска необходимой информации по обслуживаемому элементу оборудования среди огромного количества информации по электросетевому хозяйству предлагается использовать технологии двухмерного символьного кодирования, такие как QR-кодирование.
QR код - (от англ. quick response- быстрый отклик) - это двумерный штрихкод, разработанный японской фирмой Denso-Wave в 1994 году [2]. В этом штрихкоде кодируется разнообразная информация, состоящая из символов (включая кириллицу, цифры и спецсимволы).
Рис. 2 дя - код
Чаще всего на сегодняшний день QR-коды применяются для кодирования адресов сайтов (гиперссылок), номеров телефонов, электронных визиток, координат местоположения. Один QR-код может содержать 7089 цифр или 4296 букв, или 2953 байта [3]. Особенность QR-кода в том, что его легко распознать даже фотокамерой в мобильном телефоне. Бесплатные программы распознавания QR-кодов существуют практически для всех моделей современных телефонов.
Благодаря этим свойствам QR-код можно использовать для автоматической идентификации электросетевого оборудования. Наиболее значимым элементам оборудования можно присвоить уникальные QR-метки, содержащие параметры запроса к веб-сервисам, в ответ на который будет сформирован фрагмент технологической схемы, отображающей этот элемент и его окружение. На рисунках 3 и 4 приведены ре-
зультирующие схемы, получаемые после сканирования и распознавания рЯ-меток на распределительной электрической подстанции.
Рис. 3 Схема Распределительной подстанции 6-10 кВ в окне веб-браузера Google Chrome
На рисунке 3 представлена схема в окне браузера, а на рисунке 4 -элемент этой схемы в окне мобильного браузера в операционной системе Android:
Рис. 4 элемент - трехобмоточный трансформатор - в мобильном
браузере ОС
Иными словами, как и в классической модели использования QR-кодов, метка (QR-код) представляет собой URL. Этот URL содержит
обращение к веб-сервису, предназначенному для просмотра корпоративной базы данных.
Таким образом, ремонтная бригада, прибыв на место проведения, работ, при помощи встроенной в мобильный смартфон или планшет камеры отсканирует QR-метку на интересующем оборудовании, содержащую гиперссылку с запросом к описанным ранее веб-сервисам. После чего будет автоматически сформирован и отправлен на мобильное устройство бригады фрагмент технологической схемы или карты, содержащий данный элемент, а также его паспортные характеристики. Также можно получить и любую другую информацию об объекте из БД инженерной ГИС системы. Визуализация полученной информации будет осуществлена в мобильном веб-браузере.
Важно также отметить, что технология QR-кодирования позволяет однозначно распознать QR-метку даже при частичном ее повреждении. Применяющиеся алгоритмы позволяют закодировать в небольшой по размерам метке большое количество информации, при этом результирующая графическая символика является черно-белой и не требует дорогостоящего оборудования для цветной печати. Все это дает технологии QR-кодирования дополнительные преимущества перед другими технологиями двухмерного символьного кодирования.
Подход с использованием QR-меток для автоматической идентификации позволяет также попутно решить задачу позиционирования бригад относительно обслуживаемого оборудования, особенно в условиях плотной городской застройки и внутри помещений больших подстанции, где традиционные средства позиционирования малоэффективны. Бригада, отсканировав метку на элементе оборудования, может однозначно определить, рядом с каким оборудованием она сейчас находится, и проследить его связь с другими элементами. Например, отсканировав метку на трансформаторе на РП и загрузив технологическую схему, мастер-электромонтер может проследить, к какому центру питания подключен данный трансформатор в текущий момент, и какие и сколько потребителей подключено к нему ниже по цепи.
Также следует отметить, что данный подход не использует навигационное оборудование и, следовательно, не требует определения реальных географических координат объектов электроэнергетики. Благодаря этому снимается необходимость в проведении сложных процедур, регламентированных российским законодательством в сфере картографии и охраны государственной тайны.
Последнее замечание является очень интересным. Описываемое приложение является, по существу LBS приложением [4]. Данные предоставляются в соответствии с географией запросов. В то же самое время, подобный подход позволяет избежать прямого хранения коорди-
нат места установки оборудования. Достаточно знать уникальный код, что и обеспечивается с помощью QR-кодов. Это вполне соответствует современному взгляду на построение LBS приложений. Довольно малому числу приложений в действительности нужны географические координаты. В большинстве случаев интересным является информационный контекст, привязанный к местоположению. Именно это и происходит в описываемой системе. Географические координаты не содержатся в системе хранения. Пользователь получает непосредственно контекст (схемы подключения, в данном конкретном случае).
Заключение
В статье описывается практический подход к использованию QR-кодов. Предложенное решение для поддержки работы оперативных выездных бригад электросетевых компаний не требует масштабных капиталовложений в навигационное оборудование и информационно-коммуникационную инфраструктуру и может быть реализовано на общедоступных каналах связи, таких как GPRS EDGE и 3G. Описанный подход для получения необходимой информации по оборудованию электросетевого хозяйства ориентирован на мастеров мобильных бригад и не требует профессиональных знаний в ИТ. Реализация клиентской части с использованием сценариев на языке JavaScript обеспечивает независимость от платформы, используемой в портативных устройствах мобильных бригад.
Предложенный подход может быть легко обобщен и применен к любым системам, связанным с обслуживанием географически разнесенных объектов. Определяющим моментом для применения является наличие уникального контента, привязанного к точке установки.
Литература
[1] OGC веб-сервисы WMS и WFS http://gis-lab.info
[2] QR code http://en.wikipedia.org/wiki/QR_code
[3] BS ISO/IEC 18004:2006. Information technology. Automatic identification and
data capture techniques. QR Code 2005 bar code symbology specification.
London: BSI. 2007. pp. 126. ISBN 978-0-580-67368-9
[4] LBS service http://en.wikipedia.org/wiki/Location-based_service
