基于GPS定位技術(shù)的導(dǎo)線弧垂測量系統(tǒng)

胡成城，劉　波，李　凱（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

基于GPS定位技術(shù)的導(dǎo)線弧垂測量系統(tǒng)

胡成城，劉波，李凱（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

目前在輸電線路弧垂的檢測方法有兩種：架空輸電線路導(dǎo)線緊線時一般在塔山采用綁扎弧垂板的方法進(jìn)行平行四邊線法觀測弧垂；山區(qū)在地面采用經(jīng)緯儀角度進(jìn)行弧垂觀測，這兩種方法都是采用光學(xué)觀測，對能見度要求較高，遇到濃霧、夜間等能見度差狀態(tài)下無法進(jìn)行弧垂觀測，傳統(tǒng)的觀測方法在能見度差的情況下只能停工等待。

GPS定位；導(dǎo)線；弧垂；測量；系統(tǒng)

隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，新建的輸電線路越來越多，特別是特高塔輸電線路和跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)輸電線路等工程建設(shè)規(guī)模大，使得輸電線路穿越高山、大江、大河、高海拔地區(qū)、長期大霧地區(qū)、無人區(qū)等，工施工條件越來復(fù)雜，施工難度越來越大，高壓架空輸電線路的弧垂是線路設(shè)計、施工、運行的主要指標(biāo)，關(guān)系到線路安全運行。

目前，國內(nèi)在架空輸電線路施工緊線時，一般在塔上采用綁扎弧垂板的方法進(jìn)行平行四邊線法觀測弧垂，山區(qū)在地面采用經(jīng)緯儀角度進(jìn)行弧垂觀測，這些弧垂觀測方法均為光學(xué)觀測，對能見度要求較高。開發(fā)出一套基于GPS定位技術(shù)的全數(shù)字式架空輸電線路導(dǎo)線弧垂觀測系統(tǒng)，在國內(nèi)還是尚未見提出。

1　系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與計算機通信、單片微型計算機控制、無線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域充分結(jié)合，對架空輸電線路霧區(qū)緊線施工弧垂觀測提供了新的有利手段，解決了工程施工的實際困難。系統(tǒng)由中心基站、GPS數(shù)據(jù)參數(shù)站、導(dǎo)線弧垂GPS監(jiān)測小車三個主要部分組成。在架空輸電線路張力放線施工過程中對霧區(qū)緊線施工弧垂觀測實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

2　系統(tǒng)工作原理

架空輸電線路導(dǎo)線緊線弧垂GPS精確測量系統(tǒng)，主要由GPS信息參考站、GPS移動監(jiān)測站、導(dǎo)線水平張力監(jiān)測終端、系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測終端等設(shè)備組成，利用安裝在導(dǎo)線任意一點的遙控載荷小車上的載荷-GPS定位終端和導(dǎo)線緊線端安裝拉力傳感器對導(dǎo)線緊線弧垂值進(jìn)行實時動態(tài)觀測，達(dá)到施工緊線的目的，緊線時對觀測弧垂的能見度要求非常低，可以在濃霧、黑夜等無法進(jìn)行弧垂觀測的條件下進(jìn)行緊線作業(yè)。

為保證GPS定位數(shù)據(jù)的定位精度，對GPS定位系統(tǒng)的組建采用RTK差分方式保證定位精度，系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與計算機通信、單片微型計算機控制、無線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域充分結(jié)合，對架空輸電線路霧區(qū)緊線施工弧垂觀測提供了新的有利手段，解決了工程施工的實際困難。系統(tǒng)由中心基站、GPS數(shù)據(jù)參數(shù)站、導(dǎo)線弧垂GPS監(jiān)測小車三個主要部分組成。在架空輸電線路張力放線施工過程中對霧區(qū)緊線施工弧垂觀測實現(xiàn)了實時監(jiān)測。

2.1中心基站系統(tǒng)軟件

中心基站系統(tǒng)軟件具有較強數(shù)據(jù)處理能力和界面輸入、輸出功能，施工前將觀測檔桿塔坐標(biāo)、掛點高差等數(shù)據(jù)錄入中心基站系統(tǒng)軟件，施工過程中根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，動態(tài)顯示GPS小車的實時位置、子導(dǎo)線相對位置的視頻圖像、GPS小車所處位置的弧垂和導(dǎo)線的最大弧垂等數(shù)據(jù)信息，并實時繪制觀測檔內(nèi)的導(dǎo)線弧垂模擬圖。

2.2監(jiān)測終端

監(jiān)測終端的核心即為傳感器，根據(jù)不同類型的傳感器和安裝位置的不同分別采用不同封裝形式進(jìn)行封裝，最終要求安裝方便，調(diào)試便捷。

2.3參數(shù)計算原理

當(dāng)兩個移動站與基準(zhǔn)站建立起RTK鏈接時，可得到兩個移動站的天線高程數(shù)據(jù)，將兩個移動站天線的高程數(shù)據(jù)作差值計算即可得到兩個移動站的天線高差。根據(jù)導(dǎo)線任意點弧垂計算：

圖1

設(shè)移動站A的天線高程為HA，經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為NA EA；

移動站B的天線高程為HB，經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為NB EB；

移動站A的天線極化點距導(dǎo)線懸掛點的距離為L。

則根據(jù)移動站A、B的經(jīng)緯度坐標(biāo)可計算出兩個移動站的直線距離S，即據(jù)導(dǎo)線懸掛點距離；小車測量已知量：①小車高程Hc；②小車與桿位中心距離Lc。

預(yù)知量：觀測檔兩懸點高程Ha、Hb

計算數(shù)據(jù)：

fs=Ha-Hc-L1（利用三角形相似）

說明：計算時以A點作為計算參考點：

A、B懸掛點等高時，懸掛點高程與小車高程即為小車處導(dǎo)線弧垂；

A點較B點低時：

此時Ha－Hb＜0因此：

所以fs=Ha－Hc＋L1可改寫為fs=Ha－Hc－L1。

B點較A點低時：

此時Ha－Hb＞0則根據(jù)移動站A、B的經(jīng)緯度坐標(biāo)可計算出兩個移動站的直線距離S，即據(jù)導(dǎo)線懸掛點距離；

移動站B所在點的弧垂即為fs=HA-HB-L根據(jù)測量數(shù)據(jù)所計算出的弧垂fs即為導(dǎo)線上在距離移動站A所處桿塔S處的導(dǎo)線弧垂，即導(dǎo)線任意一點弧垂，根據(jù)所計算出的導(dǎo)線上在距離移動站A所處桿塔S處的導(dǎo)線弧垂，可對導(dǎo)線最大弧垂進(jìn)行推導(dǎo)計算。在觀測計算是為提高測量精度可取出多組GPS測量數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均后進(jìn)行計算。

2.4系統(tǒng)供電

根據(jù)架空輸電線路工程施工現(xiàn)場多處于野外，不具備有源電源的特點，系統(tǒng)全部設(shè)備采用鋰離子蓄電電池供電，為使有效減小設(shè)備體積和重量，在滿足一個放線區(qū)段導(dǎo)線全部展放完畢的需要，在系統(tǒng)設(shè)備電路設(shè)計時全部采取低功耗設(shè)計，通過精細(xì)計算合理選擇電池供電電壓和電池容量，設(shè)計電源智能管理電路對設(shè)備電源進(jìn)行智能化管理，是系統(tǒng)具備了休眠與喚醒功能，合理利用電池電量，將電池電量利用率達(dá)到最大化，通過實際測試系統(tǒng)中心基站供電電池充滿電后可持續(xù)工作24h。

3　結(jié)束語

系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代傳感器測量及GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與計算機通信、單片微型計算機控制、無線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域充分結(jié)合，架空輸電線路施工過程中導(dǎo)線弧垂能夠?qū)崟r檢測，有效解決了濃霧區(qū)段導(dǎo)線弧垂觀測的難題，為霧區(qū)架線施工的順利完成提供了可靠的技術(shù)保障，該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為送電線路工程架線施工的科學(xué)指揮提供有力技術(shù)保障，為電網(wǎng)建設(shè)的科技創(chuàng)新和施工建設(shè)過程更加安全、可靠、高效運行積累寶貴經(jīng)驗，降低了工程成本的開支，該套系統(tǒng)的使用在工程施工中取得較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］［美］David Tse Pramod Viswanath，著.無線通信基礎(chǔ).人民郵電出版社，2007.

［2］曹衛(wèi)彬.C/C++串口通信典型應(yīng)用實例編程實踐.電子工業(yè)出版社，2009.

［3］張大明，彭旭昀，尚靜基.單片微機控制應(yīng)用技術(shù).機械工業(yè)出版社，2006.

［4］岑阿毛.架空輸電線路施工技術(shù)大全.寧波出版社，1996.

P228.4

A

2095-2066（2016）26-0123-02

2016-9-2

基于GPS定位技術(shù)的弧垂觀測系統(tǒng)，是借助于現(xiàn)代科技手段實現(xiàn)的不受時間、天氣影響的第三種輸電線路弧垂觀測方法，文章介紹了基于GPS定位技術(shù)開發(fā)研制的弧垂觀測系統(tǒng)在架線施工過程中應(yīng)用的情況，重點講述了系統(tǒng)的架構(gòu)、技術(shù)原理和功能。