基于GPS—RTK導航定位的變電站智能機器人尋跡方法研究

摘 要：變電站是整個電網的主要樞紐，為了確保變電站電氣設備的安全運行，需要對變電站進行定期巡視。智能機器人在變電站的應用，有效減輕了人工巡檢的負擔，彌補了人工巡檢的不足。傳統的智能機器人導航定位方法大多采用磁導航，但磁導航系統在實際運用中經常出現機器人跑離既定軌道的現象，不利于變電站的安全穩定運行。GPS-RTK導航定位技術有著厘米級的精度、不受天氣限制等優點，因此，文章變電站智能機器人尋跡方法上采用GPS-RTK導航定位技術，具體的研究方法如下。

關鍵詞：GPS-RTK；導航定位；變電站；智能機器人；尋跡方法

前言

文章對GPS-RTK導航定位技術進行分析，并在此基礎上研究變電站智能機器人尋跡方法，主要目的在于提高智能機器人運行的可靠性，以此保障變電站電氣設備的安全運行，同時提高電網運行的穩定性。

1 變電站智能機器人傳統磁導航尋跡方法

導航定位系統是變電站智能機器人的重要部分，直接關系到智能機器人的自主運行，智能機器人在獲取到相關的信息后會進行直行、拐彎以及停止等動作，而導航便是提供給智能機器人既定路線信息的重要設備。目前，智能機器人導航系統大多使用的是磁導航方法，此方法從上世紀70年代起就已廣泛運用于工業生產，在智能機器人應用的過程中，主要依靠磁條和RFID技術，其基礎硬件磁軌道的鋪設主要有以下幾種方式：新修道路與原有道路需要鋪設熱縮管磁條、電纜蓋板上鋪設ABS磁條、轉彎處用AGV磁帶鋪設。傳統的磁導航尋跡方法在建設初期工程量較大、成本相對較高，且智能機器人后期的改造以及維護也很困難，在變電站應用現場經常出現智能機器人跑離既定軌道的現象，這說明磁導航尋跡方法在運行過程中精度不高，可靠性低，嚴重影響了智能機器人的正常運作。

2 GPS-RTK導航定位技術

GPS全球定位系統能實時提供全球任意位置，現如今被廣泛應用于軍事、民用等領域，其原理是對衛星發出的偽距信號，采用GPS接收機對信號進行解碼，然后計算出地球上的絕對位置，從而獲得定位信息。一般來說，GPS定位系統可以分為單點以及差分定位兩種方式。單點定位會受到衛星、大氣傳播延遲等因素的影響，定位精度不高。差分定位又包括偽距以及載波相位實時動態差分（GPS-RTK）定位，其中GPS-RTK導航定位的技術原理是，實時處理兩臺接收機載波相位觀測量的差分方法，兩臺接收機分別為基準站和移動站，基準站采集載波相位發給移動站計算坐標，此方法能有效提高定位精度，定位精度可達厘米級，且不受惡劣天氣的干擾。

GPS-RTK技術即實時動態差分導航定位技術，由于其定位精度高，可靠性高，長期運行穩定性好，目前已經有應用于智能駕考系統的成功案例，在未來應用的領域將更加廣泛，它可以進行海空導航、車輛引行及精密定位等，將GPS-RTK導航定位技術與電子地圖相結合，可用于對各種車輛、飛行器等的調度和監控。

因此，在變電站智能機器人尋跡方法的研究過程中，可以充分利用GPS-RTK導航定位技術，確定智能機器人在變電站中的具體位置，對巡檢道路進行識別，且自主尋跡行走，完成變電站的巡檢工作。

3 GPS-RTK導航定位尋跡方法研究

3.1 硬件支撐

實時動態差分導航定位方法，需要兩臺GPS信號接收機作為硬件基礎，分別為基準站和移動站，基準站可以架設在變電站主控樓樓頂，移動站安裝于智能機器人內部。GPS-RTK導航定位系統中的基準站將采集的載波相位發送給移動站，移動站在收到基準站發出的改正數后才能進入差分定位狀態，因此，基準站需要使用串口將定時發送的改正數通過無線的方式發送給移動站，移動站通過串口收到基準站的改正數即進入差分定位狀態，然后，移動站根據接收到的衛星信號和基準站改正數解算出以經緯度表示的坐標系。

3.2 數據采集

對于智能機器人來說，變電站的巡檢路線是固定的，在選取最佳路徑之后，需要對巡檢道路進行數據采集，形成基礎數據，便于智能機器人進行路徑判斷。相比較磁導航方法中的磁導軌單一路線，GPS-RTK方法所采集的數據是針對整條巡檢道路的，其基礎數據主要包括道路兩側邊緣的定點坐標位置，智能機器人可以在定點范圍以內寬闊的巡檢道路上任意行進，且精度可達厘米級，有效避免了跑離既定軌道的現象。

3.3 軟件服務

在智能機器人監控后臺，使用功能軟件進行實時數據分析，實現對智能機器人的導航定位、控制等功能，包括設定最佳巡檢路徑，比較實時定位坐標數據與基礎數據，判斷是否在巡檢道路內，設定靠近巡檢道路邊緣距離的報警值，設定多條正常行進的既定軌道，設定跑離巡檢道路時返回最佳路徑的動態參數，設定路徑自適應功能等，有了更完善的軟件服務，智能機器人的工作將更加順暢。

3.4 變電站電子地圖

在智能機器人監控后臺添加“變電站電子地圖”的功能應用，使用軟件程序固化智能機器人的運動軌道，讓智能機器人按照設定的軌道開展工作，當行駛靠近道路邊緣時立即報警并調整方向，駛離既定路線時找回最佳路徑，路徑和運動軌跡通過地圖的形式展示開來。變電站電子地圖最大的優勢是可以實現實時動態的軌跡跟蹤，智能機器人的位置一目了然，其軌跡在電子地圖上可以得到更簡單明了的顯示，且可以通過軟件調取高精度的位置坐標信息，提高了工作效率。

4 推廣應用前景

變電站一二次設備的安全可靠運行是電網穩定運行的前提，巡檢是一項保證變電站正常運作的重要工作，智能機器人巡檢彌補了許多運行人員巡檢的不足，但傳統的磁導航尋跡方法經常出現跑離既定軌道的問題，一旦出現問題，就需要專業維護，這就給工作人員增加了工作量。

伴隨電網的快速發展，變電站的數量逐年增加，其中電壓等級較高的變電站多數配置了智能機器人，GPS-RTK導航定位尋跡方法有望在廣大配備智能機器人的變電站推廣應用，一方面，可以解決跑離既定軌道的問題，另一方面，可以減小維護量，節約建設成本，還可以提高智能機器人工作的可靠性。新技術的推廣應用必將帶來巨大的效益，可謂前景廣闊。

5 結束語

綜上所述，相對于傳統的磁導航尋跡方法來說，基于GPS-RTK導航定位的智能機器人尋跡方法技術成熟，精度更高，尋跡更精確，運動半徑更大，靈敏度更高，具有較高的應用價值，可以解決傳統方法出現的問題，有效提高智能機器人運行的可靠性，保障變電站一二次設備的安全運行。

參考文獻

[1]謝黎明，姚曉燕，李廣民，等.GPS定位系統在管線巡檢中的應用研究[J].新技術新工藝，2010，16（3）：27-28.

[2]姚曉燕.巡線機器人GPS網絡RTK定位系統在線路巡檢中的應用研究[D].蘭州理工大學，2010，22（9）：111-112.

[3]鄔小華.GPS在室外地圖構建上的應用探析[J].城市建設，2012，17（22）：67-68.

[4]郎咸龍.GPS-RTK技術在鐵路測量中的應用與研究[J].科技視界，2014，22（10）：336-336.

[5]鄭毅.GPS在移動機器人定位系統中的應用研究[D].南京理工大學，2011，16（33）：147-148.

作者簡介：羅宏波（1989-），男，云南大理人，本科學歷，畢業于昆明理工大學，助理工程師。