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(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)在實際運用中經(jīng)常出現(xiàn)機器人跑離既定軌道的現(xiàn)象，不利于變電站的安全穩(wěn)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(yōu)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(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

1 變電站智能機器人傳統(tǒng)磁導航尋跡方法

導航定位系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)生產(chǎn)，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(tǒng)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(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)智能機器人跑離既定軌道的現(xiàn)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(tǒng)能實時提供全球任意位置，現(xiàn)如今被廣泛應用于軍事、民用等領域，其原理是對衛(wèi)星發(fā)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(tǒng)可以分為單點以及差分定位兩種方式。單點定位會受到衛(wèi)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(tài)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(fā)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(tài)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(wěn)定性好，目前已經(jīng)有應用于智能駕考系統(tǒng)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(jiān)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(tài)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(tǒng)中的基準站將采集的載波相位發(fā)送給移動站，移動站在收到基準站發(fā)出的改正數(shù)后才能進入差分定位狀態(tài)，因此，基準站需要使用串口將定時發(fā)送的改正數(shù)通過無線的方式發(fā)送給移動站，移動站通過串口收到基準站的改正數(shù)即進入差分定位狀態(tài)，然后，移動站根據(jù)接收到的衛(wèi)星信號和基準站改正數(shù)解算出以經(jīng)緯度表示的坐標系。

3.2 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集，形成基礎數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)是針對整條巡檢道路的，其基礎數(shù)據(jù)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(xiàn)象。

3.3 軟件服務

在智能機器人監(jiān)控后臺，使用功能軟件進行實時數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)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(shù)據(jù)與基礎數(shù)據(jù)，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(tài)參數(shù)，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(jiān)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(yōu)勢是可以實現(xiàn)實時動態(tài)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(wǎng)穩(wěn)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(tǒng)的磁導航尋跡方法經(jīng)常出現(xiàn)跑離既定軌道的問題，一旦出現(xiàn)問題，就需要專業(yè)維護，這就給工作人員增加了工作量。

伴隨電網(wǎng)的快速發(fā)展，變電站的數(shù)量逐年增加，其中電壓等級較高的變電站多數(shù)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(jié)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(tǒng)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(tǒng)方法出現(xiàn)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。

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