0 引言

    據(jù)統(tǒng)計，電網(wǎng)企業(yè)主配網(wǎng)每年有近20%～30%的設備信息變更量,，極大的電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)變化導致電網(wǎng)企業(yè)需要一套規(guī)范,、安全、高效的移動采集設備,，確保電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,，GIS)數(shù)據(jù)獲取的完整性、準確性和及時性^[1],。目前,，現(xiàn)有電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)移動采集終端功能相對單一，需要多種采集設備協(xié)同工作,，導致內外業(yè)采集過程復雜,，使用局限性大，且存在電網(wǎng)敏感數(shù)據(jù)外泄的信息安全風險,使其無法有效推廣至電網(wǎng)企業(yè)全部業(yè)務應用,。

    本文通過研究移動終端外業(yè)采集技術,、功能模塊集成技術、數(shù)據(jù)加密技術,，提出一套移動終端采集流程及方法,，將自動幾何解算方法、完整性合理性校驗,、拓撲連通性校驗功能等集成在移動終端,，現(xiàn)場解算數(shù)據(jù)坐標并校驗點距、線路拐角合理性以及拓撲連通性^[2-3],。同時,，還能在現(xiàn)場及時發(fā)現(xiàn)坐標采集問題，提高數(shù)據(jù)質量,，簡化作業(yè)流程,。移動采集終端設備內置強大的嵌入式操作系統(tǒng)，提供多功能接口與PC及相關設備(GNSS,、全站儀等)連接,。移動終端中選擇帶密碼算法的SD密碼存儲卡,，提供鏈路、內容加密的雙層保護,，實現(xiàn)移動終端與業(yè)務應用系統(tǒng)的安全訪問和數(shù)據(jù)傳輸^[4],。

1 移動終端總體設計架構

    電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)移動采集終端應用范圍涵蓋業(yè)務支撐、數(shù)據(jù)管控,、現(xiàn)場作業(yè)等內容,，其總體設計架構分為基于移動終端的研發(fā)與移動終端的數(shù)據(jù)安全加密體系研究兩部分。移動采集終端總體設計架構如圖1所示,。

1.1 基于移動終端的研發(fā)

    研制了一個高安全性,、高精度、高效率,、能自動完成數(shù)據(jù)處理,、匹配和檢查的一體化數(shù)據(jù)采集終端設備，移動終端具備身份驗證,、任務處理,、高精度數(shù)據(jù)采集等功能，集成并優(yōu)化多種數(shù)據(jù)采集手段,，在確保獲取數(shù)據(jù)質量的同時,，有效降低數(shù)據(jù)采集難度，并省去數(shù)據(jù)內業(yè)環(huán)節(jié),，提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢查功能,，使外業(yè)人員能在現(xiàn)場及時發(fā)現(xiàn)問題，避免返回補測,，降低對電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)獲取的難度^[5],。通過移動終端規(guī)范數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)采集過程,、數(shù)據(jù)采集質量,，有效保障采集數(shù)據(jù)的完整性、準確性,、及時性,。

1.2 移動終端信息安全加密體系

    依據(jù)最小使用原則，制定涉及硬件,、軟件,、傳輸通道層面的GIS采集終端信息安全保障方法，實現(xiàn)電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)的全過程保密,。移動終端中選擇帶密碼算法的SD密碼存儲卡,，實現(xiàn)移動終端與業(yè)務應用系統(tǒng)之間的安全數(shù)據(jù)傳輸。移動終端所配備SD卡基于國密SM2加密算法的身份認證與密鑰交換,，基于國密SM1,、SM2加密算法的數(shù)據(jù)加密,，一次一密。支持文件的訪問權限控制,，支持密鑰的全生命周期管理^[6-7]。移動終端信息安全防護技術的應用,，一方面保證現(xiàn)場作業(yè)及檢查人員安全的使用移動終端,，攜帶作業(yè)數(shù)據(jù)以及地圖數(shù)據(jù)輔助作業(yè)及校驗；另一方面保證獲取到坐標數(shù)據(jù),、照片數(shù)據(jù),、基礎臺賬信息等數(shù)據(jù)的安全。在確保數(shù)據(jù)安全的前提下,，保證獲取數(shù)據(jù)的質量,，提高作業(yè)效率。

1.3 移動終端使用流程

    使用移動終端進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集,，主要分為前期準備,、現(xiàn)場采集和任務完成三個階段。前期準備階段主要是使用移動采集終端接收GIS下發(fā)的采集任務,，根據(jù)任務內容收集所需測繪資料,，現(xiàn)場進行勘察，制定數(shù)據(jù)采集方案,。制定采集方案后進入數(shù)據(jù)采集階段,，使用移動終端配合其他采集設備進行采集，并進行數(shù)據(jù)完整性,、合理性,、拓撲連通性校驗，檢查無誤后經(jīng)過數(shù)據(jù)的自動化處理直接填充至基礎數(shù)據(jù)臺賬模板,，形成數(shù)據(jù)成果并提交,，成果數(shù)據(jù)將上傳至相關業(yè)務平臺，完成整個任務,。對于需要繪制地形圖的任務,，在采集現(xiàn)場將使用移動采集終端并配合其他采集設備進行數(shù)據(jù)采集，再將地形數(shù)據(jù)導入企業(yè)內部計算機進行地形圖繪制,。移動終端數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示,。

2 移動終端功能模塊設計

    電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)移動采集終端是在傳統(tǒng)移動終端設備的基礎上，集成安全加密芯片,、空間定位,、屬性信息采集、照片拍攝,、二維碼掃描等功能模塊,，確保移動終端使用過程中準確接收任務,、統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源和格式，實現(xiàn)電網(wǎng)設備資產(chǎn)信息采集全覆蓋以及自動化處理,，提高采集精度和工作效率^[8],。移動采集終端硬件集成功能模塊如圖3所示。

    (1)采集終端集成安全加密芯片,，為現(xiàn)場采集作業(yè)提供數(shù)據(jù)存儲,、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^程中的信息安全防護,，有效避免電網(wǎng)敏感數(shù)據(jù)外泄,。

    (2)采集終端集成照片拍攝功能、二維碼掃描功能,、RFID射頻自動識別等功能,，能夠自動識別電網(wǎng)設備銘牌信息并自動添加至臺賬數(shù)據(jù)模板中。

    (3)采集設備加裝“無線路由器增益天線”提高采集設備精度,，滿足絕大多數(shù)條件下電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)的采集需求,，在提高作業(yè)質量的同時，節(jié)省大量人員與設備成本投入,。

    (4)基于應用加載大比例尺的電子地圖,、高精度影像和存量低壓數(shù)據(jù)，結合北斗/GPS位置定位,，參照設備在地圖上的周邊參照物,，進行設備圖形標繪并自動添加至臺賬數(shù)據(jù)模板中。

    (5)采集終端集成WiFi,、3G,、藍牙和有線數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)移動終端與RTK,、全站儀等采集終端設備之間的數(shù)據(jù)傳輸,，并轉換為本終端可讀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)采集源的全覆蓋,。

3 移動終端信息安全防護設計

    在電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)管理過程中,，移動終端需要進行頻繁的任務下達、數(shù)據(jù)導入,、數(shù)據(jù)導出等工作,，存在嚴重的敏感數(shù)據(jù)泄露隱患，導致傳統(tǒng)移動終端設備無法存儲地圖信息和電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù),。移動終端信息安全防護機制的介入,，有效解決了移動終端的安全問題，即保障了采集成果的安全，同時使數(shù)據(jù)管理人員可以安全地攜帶電網(wǎng)資源設備信息,，實現(xiàn)在現(xiàn)場對電網(wǎng)資源設備信息進行核查,。移動終端從終端側、傳輸通道,、數(shù)據(jù)交換平臺3個層面開展信息安全防護設計,，移動終端整體安全防護如圖4所示。

    (1)終端

    依據(jù)最小使用原則,，對終端設備的硬件,、軟件進行信息安全改造，去除多余卡槽,、接口等無用硬件，去除移動終端多余的APP程序,，關閉不必要的端口及服務,。采用白名單機制，制定非法APP程序安裝限制策略,。

    移動終端選擇帶密碼算法的SD密碼存儲卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲,，實現(xiàn)移動終端與業(yè)務應用系統(tǒng)的在線安全訪問和數(shù)據(jù)傳輸。移動終端的SD卡安全防護可以提供鏈路層,、內容加密的雙層保護,，基于國密SM2加密算法的身份認證與密鑰交換，基于國密SM1,、SM2加密算法的數(shù)據(jù)加密,，支持文件的訪問權限控制以及密鑰的全生命周期管理。

    (2)傳輸通道

    研發(fā)針對GIS傳輸通道層面的硬件集成及加解密模塊,，通過終端側SD密碼卡和平臺側密碼機/PCI密碼卡實現(xiàn)傳輸通道的雙向身份認證和“一次一密”,，實現(xiàn)實際資源數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜^程保密。其中,，地圖數(shù)據(jù)下載及采集數(shù)據(jù)上傳僅允許通過USB數(shù)據(jù)線離線的方式進行傳輸,，采集任務下達等單項數(shù)據(jù)傳輸可通過在線方式進行。

    (3)數(shù)據(jù)交換平臺

    采用密碼機或服務器中插入PCI密碼卡,，密碼機/PCI密碼卡支持身份認證和數(shù)據(jù)加解密,，以及密鑰存儲管理。

4 移動終端應用效果分析    

    與傳統(tǒng)方法采集相比,，電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)移動采集終端設備的研發(fā),，極大降低了數(shù)據(jù)采集難度，同時提供數(shù)據(jù)完整性,、合理性,、拓撲連通性檢查功能，外業(yè)人員在現(xiàn)場可以實時檢查數(shù)據(jù)質量，及時發(fā)現(xiàn)問題并當場解決,，省去了電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)采集業(yè)務的內外業(yè)交接環(huán)節(jié)和外業(yè)來回補測,、重測的時間。以某市為例,，該市現(xiàn)有輸電桿塔6 307基,、配電桿塔5 558基、配電電纜145 km,、輸電電纜78 km,、站房類設備856座、柱上設備1 456個,。在投入相同工作人員的情況下,，從前期準備、數(shù)據(jù)采集,、內業(yè)處理3個階段進行該市電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)采集工作量對比分析,，全過程累計節(jié)省成本投入960人天，占整體工作量的40%,。移動采集終端在各階段應用效果對比分析如圖5所示,。

5 結論

    本項目研究成果實現(xiàn)了移動終端與GIS平臺等相關業(yè)務系統(tǒng)的集成，在保障企業(yè)敏感信息安全的前提下實現(xiàn)對各項任務的接收,、上傳,、地圖數(shù)據(jù)的下載以及與各業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，規(guī)避傳統(tǒng)電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)處理方法缺陷,，大大降低對電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)獲取的難度,。本文所研究的關鍵技術及終端設備可以在整個電力行業(yè)推廣應用，起到規(guī)范數(shù)據(jù)源,、提高工作效率和數(shù)據(jù)質量的目的,。

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作者信息：

林永峰1,，王  穎2,，陳  亮1

(1.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學研究院，天津300384,；2.天津市電力公司路燈管理處，天津300151）