基于北斗衛(wèi)星差分定位技術(shù)的輸電線路弧垂監(jiān)測

董曉虎，易 東

（1．國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 湖北 武漢 430000;2．上海暄望電子科技有限公司 廣西 南寧 530000）

輸電線路運行區(qū)域廣泛，其安全穩(wěn)定運行受到包括氣象、地形地貌、輸電線路走廊環(huán)境變化、導(dǎo)線負(fù)荷變化等多類因素的影響。當(dāng)環(huán)境溫度升高或?qū)Ь€負(fù)荷增加時，都會引起導(dǎo)線溫度升高，弧垂增大，進(jìn)而影響導(dǎo)線對地距離。特別是在線路高負(fù)荷的用電高峰，甚至需要針對線路進(jìn)行短期增容，弧垂變化較大的檔距將成為危險點。

此外，輸電線路走廊毛竹生長，開上采石等也會影響導(dǎo)線對地距離。當(dāng)導(dǎo)線對地距離小于設(shè)計安全距離時，輸電線路安全運行就會受到嚴(yán)重威脅。因此本論文創(chuàng)新性的采用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的差分定位技術(shù)來實時監(jiān)測輸電線路弧垂。

1 原理與設(shè)計

1.1 差分定位原理

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （Global Navigation Satellite System，簡稱 GNSS），目前，GNSS包含美國的 GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的 Galileo、中國的 Compass(北斗)，全部建成后其可用的衛(wèi)星數(shù)目達(dá)到100顆以上。

傳統(tǒng)的定位方式又稱單機(jī)定位，是使用單臺GNSS接收設(shè)備進(jìn)行定位，該方式定位精度低，一般是米級。

相對定位又稱差分GNSS，分為靜態(tài)相對定位和動態(tài)相對定位；本論文設(shè)計中采用動態(tài)相對定位，是采用載波相位動態(tài)差分方法，一般包括基準(zhǔn)站、移動站、數(shù)據(jù)鏈部分；基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站，流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，同時采集實時的GNSS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理，實時得到高精度的三維定位信息。

圖1 GNSS差分定位示意圖Fig.1Differential Positioning by GNSS

1.2 弧垂監(jiān)測原理

文中采用北斗定位導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的差分定位技術(shù)來監(jiān)測輸電線路導(dǎo)線弧垂，移動站定位后的基本輸出量為：經(jīng)度、緯度和高程。設(shè)計上把監(jiān)測裝置（移動站）安裝在輸電線路導(dǎo)線的最低點，監(jiān)測點高程的變化量即為導(dǎo)線弧垂的變化量。因此在安裝監(jiān)測裝置（移動站）時測量出導(dǎo)線的初始弧垂，同時記錄下監(jiān)測裝置（移動站）的初始高程，那么以后將監(jiān)測裝置（移動站）實時輸出的高程與初始高程相減所得高程差，疊加在初始弧垂上，即為輸電線路的實時弧垂。

1.3 基于北斗定位差分技術(shù)的輸電線路弧垂監(jiān)測設(shè)計

對于GNSS形變差分定位監(jiān)測問題，目前都是小范圍自成系統(tǒng)，將監(jiān)測點原始采集數(shù)據(jù)，傳回系統(tǒng)主站，通過服務(wù)器軟件實時解算出移動站的坐標(biāo)信息。

這種GNSS弧垂監(jiān)測的數(shù)據(jù)模型可以采用批處理的方式或者是實時濾波解，取決于被測導(dǎo)線的監(jiān)測頻率。一般來說，在監(jiān)測點與基準(zhǔn)點相距不遠(yuǎn)的情況下，采用嚴(yán)格的改正模型，能夠達(dá)到將監(jiān)測精度誤差縮小到1厘米以內(nèi)。如圖2所示。

圖2 基于差分GNSS的輸電線路弧垂監(jiān)測設(shè)計Fig.2 Transmission line sagmonitoring design by GNSSdifference

2 基準(zhǔn)站設(shè)計

基準(zhǔn)站是整個監(jiān)控系統(tǒng)的基準(zhǔn)框架，它長期連續(xù)跟蹤觀測衛(wèi)星信號，通過GPRS手機(jī)網(wǎng)絡(luò)實時將基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，控制中心根據(jù)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)和監(jiān)測點數(shù)據(jù)，實時解算出各個監(jiān)測點的動態(tài)數(shù)據(jù)。為了保證基準(zhǔn)站系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，所有基準(zhǔn)站需定期聯(lián)測IGS或國家地震系統(tǒng)連續(xù)運行基準(zhǔn)站進(jìn)行校核；

基準(zhǔn)站作為所有監(jiān)測站位置解算的基準(zhǔn)，其位置的選擇是至關(guān)重要，基準(zhǔn)站要求建立在地基穩(wěn)定的地點，一般可選在地基穩(wěn)固的場地或者樓頂；同時GNSS基準(zhǔn)站場地應(yīng)滿足以下要求：

1)場地穩(wěn)固，年平均下沉和位移小于3mm；

2)視野開闊，視場內(nèi)障礙物的高度不宜超過15°；

3)盡量靠近數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；

4)天線墩的高度不低于2m；

5)觀測標(biāo)志應(yīng)遠(yuǎn)離震動源；

6)離移動站不遠(yuǎn)，直線距離小于20公里。

在本設(shè)計中，基準(zhǔn)站安裝可安裝在離輸電線路走廊較近的變電站樓頂或電力公司樓頂，采用太陽能結(jié)合蓄電池方式供電。

3 移動站設(shè)計

移動站安裝在輸電線路導(dǎo)線上，采用CT感應(yīng)取能方式供電。

GNSS移動站通過24小時連續(xù)運行，實時的接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，實時進(jìn)行的解算，可以實時得到每個監(jiān)測點的精確變化情況。

4 輸電線路弧垂計算

在移動站初始安裝時，通過全站儀測量出安裝檔內(nèi)導(dǎo)線初始弧垂S0，并記錄下移動站的初始高程輸出值H0。

那么系統(tǒng)在正常運行時，移動站與基準(zhǔn)值通過差分計算后H1，那么根據(jù)

5 結(jié)論

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng):是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同時形成完善的應(yīng)用支撐產(chǎn)業(yè)，并推動其在國民經(jīng)濟(jì)社會行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

本設(shè)計利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)差分定位技術(shù)的原理，實現(xiàn)了對輸電線路導(dǎo)線弧垂高精度測的實時監(jiān)測，其測量誤差在1厘米以內(nèi)。

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