北斗高精度定位在電力行業(yè)的應(yīng)用分析

汪明武++李壯++占永紅

摘要： 利用北斗高精度定位技術(shù)，在厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的精度上，實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)鐵塔監(jiān)測預(yù)警，復(fù)雜地形下變電站或水電站的災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，以及無人機(jī)近距離線路巡檢與故障定位，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。

Abstract： Beidou high precision positioning technology can realize the wind turbine tower monitoring and early warning on the centimeter or even millimeter level， and realize the disaster monitoring and early warning for substation or hydropower station under complex terrain， as well as the near-line inspection and fault location for UAV to ensure the operation safe of grid.

關(guān)鍵詞： 北斗系統(tǒng)；高精度定位；監(jiān)測預(yù)警；線路巡檢

Key words： Beidou system；high precision positioning；monitoring and early warning；line inspection

中圖分類號(hào)：P228.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）05-0063-02

0 引言

北斗系統(tǒng)[1]是我國正在實(shí)施的自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的全天候、全天時(shí)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、多用途、多功能發(fā)展已成未來的發(fā)展趨勢。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)相融合，將加快我國智能電網(wǎng)建設(shè)，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。目前，北斗系統(tǒng)已在電力市場領(lǐng)域成功進(jìn)行了一些試點(diǎn)應(yīng)用，但具體到特定場景下的應(yīng)用較少。本文結(jié)合北斗高精度定位技術(shù)，選取了風(fēng)輪機(jī)鐵塔監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警以及無人機(jī)巡檢三個(gè)場景進(jìn)行應(yīng)用分析，確保電網(wǎng)安全，提高工作效率。

1 北斗高精度定位原理

1.1 靜態(tài)相對(duì)定位

用兩臺(tái)衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，其位置靜止不動(dòng)，同步觀測相同的4顆以上衛(wèi)星，確定兩個(gè)端點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的相對(duì)位置，這就叫做靜態(tài)相對(duì)定位[2]。由于距離不太遠(yuǎn)的兩個(gè)測站同步觀測相同衛(wèi)星時(shí)，各種觀測誤差具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此可以通過觀測量的差分來消除或減弱一些誤差源（如衛(wèi)星軌道誤差、鐘差和大氣折射誤差等）的影響，減少平差計(jì)算中未知數(shù)的個(gè)數(shù)。

靜態(tài)相對(duì)定位一般采用載波相位觀測值為基本觀測量，對(duì)各種長度的基線進(jìn)行精確測量，靜態(tài)相對(duì)定位的步驟主要包括：雙差載波相位觀測方程的建立、雙差觀測方程的平差、最小二乘法求解整周模糊度浮點(diǎn)解、LAMBDA算法固定整周模糊度、求解基線并完成定位計(jì)算。

“靜態(tài)相對(duì)定位方法”一般需要較長的觀測時(shí)間（一個(gè)小時(shí)左右）獲取大量觀測數(shù)據(jù)，然后出一個(gè)定位結(jié)果，屬于事后定位。由于長時(shí)間觀測可以提高整周模糊度的求解精度，同時(shí)消除觀測噪聲的影響，因此相對(duì)定位精度可達(dá)毫米級(jí)甚至更好，靜態(tài)相對(duì)定位是目前北斗精度最高的定位方式。

1.2 網(wǎng)絡(luò)RTK

網(wǎng)絡(luò)RTK[3]是基于CORS系統(tǒng)（連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)）的導(dǎo)航衛(wèi)星高精度定位技術(shù)。CORS系統(tǒng)是在一個(gè)城市或國家，根據(jù)需求按照一定的距離建立的常年連續(xù)運(yùn)行的一個(gè)或若干個(gè)固定的GNSS參考站，利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各個(gè)參考站與數(shù)據(jù)中心組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)將參考站數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，向用戶自動(dòng)發(fā)布不同類型的GNSS原始數(shù)據(jù)和各種類型的RTK改正數(shù)據(jù)等。

CORS系統(tǒng)是由參考站、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)通信鏈路和流動(dòng)站組成。基準(zhǔn)站配備雙頻全波長GNSS接收機(jī)，參考站坐標(biāo)精確已知并按照規(guī)定的采樣率進(jìn)行連續(xù)觀測，通過數(shù)據(jù)通信鏈路傳回?cái)?shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心根據(jù)流動(dòng)站發(fā)送的近似坐標(biāo)計(jì)算誤差改正信息，然后將改正信息播發(fā)給流動(dòng)站。

需要指出的是，當(dāng)流動(dòng)站與參考站距離小于30km時(shí)，精度可達(dá)cm級(jí)；距離大于30km時(shí)，測量精度衰減很快，通常只能達(dá)到dm級(jí)。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢在于用戶不用建立基準(zhǔn)站，且用戶與基準(zhǔn)站距離可以擴(kuò)大到上百公里，同時(shí)減少了誤差源，使改正信息的可靠性和精度大幅改善。

2 北斗高精度定位技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用分析

北斗系統(tǒng)已經(jīng)正式服務(wù)亞太地區(qū)，在我國交通運(yùn)輸、氣象、公安、農(nóng)業(yè)、國土等涉及國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)電力行業(yè)的一些特殊場景，如風(fēng)輪機(jī)鐵塔監(jiān)測[4]、災(zāi)害監(jiān)測[5]以及無人機(jī)巡檢[6]，結(jié)合北斗高精度定位技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析。

2.1 風(fēng)輪機(jī)鐵塔監(jiān)測

風(fēng)能作為可再生資源，儲(chǔ)能巨大且無污染，越來越受到各國政府的喜愛。近幾年，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，風(fēng)電總裝機(jī)容量已躍居世界首位。但是由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般多處于偏遠(yuǎn)地帶或者海洋，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的鐵塔傾斜容易發(fā)生，造成國家財(cái)產(chǎn)損失。因此，需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)鐵塔進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在事故發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)警，并采取相應(yīng)的措施避免災(zāi)難的發(fā)生。

利用北斗高精度定位技術(shù)，滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)鐵塔監(jiān)測對(duì)精度要求（厘米甚至毫米級(jí)），對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)鐵塔進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至后臺(tái)處理，后臺(tái)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，并為后續(xù)預(yù)警和巡檢工作做好準(zhǔn)備。

2.2 災(zāi)害監(jiān)測

目前，我國有較大一部分的水電站、變電站建設(shè)在深山、河流附近，地理環(huán)境復(fù)雜，自然災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，給電網(wǎng)安全造成重大影響。利用北斗高精度定位技術(shù)，主要針對(duì)滑坡、危巖、泥石流、塌岸等場景，實(shí)時(shí)監(jiān)測有災(zāi)害隱患的危險(xiǎn)區(qū)域，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)監(jiān)測中心進(jìn)行模擬演算，根據(jù)演算結(jié)果決定是否發(fā)送預(yù)警信息，切實(shí)做好防災(zāi)減災(zāi)工作，減少自然災(zāi)害帶來的破壞。

2.3 無人機(jī)巡檢

目前，我國高壓輸電線路長度大，傳統(tǒng)的人工線路巡檢危險(xiǎn)性大，效率低，成本高，尤其是一些偏遠(yuǎn)山區(qū)、無人區(qū)，線路巡檢難度更大。將北斗系統(tǒng)與無人機(jī)結(jié)合，利用北斗高精度定位技術(shù)，制定高精度的輸電線巡檢路線，可精確定位輸電線路的故障點(diǎn)，同時(shí)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行超近距離檢查，更快的找出故障原因。北斗無人機(jī)線路巡檢可大大提高電力運(yùn)維的速率，使得許多工作能夠在完全帶電的情況下迅速完成，確保了用電安全；與有人直升機(jī)線路巡檢相比，北斗無人機(jī)線路巡檢大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高巡線作業(yè)人員的安全性，降低了線路巡檢成本；北斗無人機(jī)巡線速度快、應(yīng)急能力強(qiáng)，能快速及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)提供信息，避免了線路事故停電。

3 總結(jié)

本文利用北斗高精度定位技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取觀測點(diǎn)的精準(zhǔn)位置信息，通過后臺(tái)處理判斷，實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)鐵塔監(jiān)測和災(zāi)害監(jiān)測；利用北斗高精度定位技術(shù)，制定高精度的輸電線巡檢路線，對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障點(diǎn)可近距離觀察，分析故障原因并精確地給出故障位置信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)搶修，提高工作效率，確保電網(wǎng)安全。

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