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)，在厘米級甚至毫米級的精度上，實現(xiàn)風輪機鐵塔監(jiān)測預警，復雜地形下變電站或水電站的災(zāi)害監(jiān)測預警，以及無人機近距離線路巡檢與故障定位，確保電網(wǎng)安全運行。

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)測預警；線路巡檢

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

中圖分類號：P228.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0063-02

0 引言

北斗系統(tǒng)[1]是我國正在實施的自主建設(shè)、獨立運行的全天候、全天時全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導航技術(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。目前，北斗系統(tǒng)已在電力市場領(lǐng)域成功進行了一些試點應(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)，選取了風輪機鐵塔監(jiān)測、災(zāi)害預警以及無人機巡檢三個場景進行應(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)相對定位

用兩臺衛(wèi)星信號接收機分別安置在基線的兩端，其位置靜止不動，同步觀測相同的4顆以上衛(wèi)星，確定兩個端點在協(xié)議地球坐標系中的相對位置，這就叫做靜態(tài)相對定位[2]。由于距離不太遠的兩個測站同步觀測相同衛(wèi)星時，各種觀測誤差具有較強的相關(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，減少平差計算中未知數(shù)的個數(shù)。

靜態(tài)相對定位一般采用載波相位觀測值為基本觀測量，對各種長度的基線進行精確測量，靜態(tài)相對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解、LAMBDA算法固定整周模糊度、求解基線并完成定位計算。

“靜態(tài)相對定位方法”一般需要較長的觀測時間（一個小時左右）獲取大量觀測數(shù)據(jù)，然后出一個定位結(jié)果，屬于事后定位。由于長時間觀測可以提高整周模糊度的求解精度，同時消除觀測噪聲的影響，因此相對定位精度可達毫米級甚至更好，靜態(tài)相對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)運行參考站系統(tǒng)）的導航衛(wèi)星高精度定位技術(shù)。CORS系統(tǒng)是在一個城市或國家，根據(jù)需求按照一定的距離建立的常年連續(xù)運行的一個或若干個固定的GNSS參考站，利用計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各個參考站與數(shù)據(jù)中心組成網(wǎng)絡(luò)，實時將參考站數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)處理軟件進行處理，向用戶自動發(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)通信鏈路和流動站組成。基準站配備雙頻全波長GNSS接收機，參考站坐標精確已知并按照規(guī)定的采樣率進行連續(xù)觀測，通過數(shù)據(jù)通信鏈路傳回數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心根據(jù)流動站發(fā)送的近似坐標計算誤差改正信息，然后將改正信息播發(fā)給流動站。

需要指出的是，當流動站與參考站距離小于30km時，精度可達cm級；距離大于30km時，測量精度衰減很快，通常只能達到dm級。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢在于用戶不用建立基準站，且用戶與基準站距離可以擴大到上百公里，同時減少了誤差源，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。針對電力行業(yè)的一些特殊場景，如風輪機鐵塔監(jiān)測[4]、災(zāi)害監(jiān)測[5]以及無人機巡檢[6]，結(jié)合北斗高精度定位技術(shù)進行應(yīng)用分析。

2.1 風輪機鐵塔監(jiān)測

風能作為可再生資源，儲能巨大且無污染，越來越受到各國政府的喜愛。近幾年，我國風電產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，風電總裝機容量已躍居世界首位。但是由于風力發(fā)電機一般多處于偏遠地帶或者海洋，風力發(fā)電機的鐵塔傾斜容易發(fā)生，造成國家財產(chǎn)損失。因此，需要對風力發(fā)電機鐵塔進行實時監(jiān)測，在事故發(fā)生之前進行預警，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)，滿足風力發(fā)電機鐵塔監(jiān)測對精度要求（厘米甚至毫米級），對風力發(fā)電機鐵塔進行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至后臺處理，后臺分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，并為后續(xù)預警和巡檢工作做好準備。

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)境復雜，自然災(zāi)害時常發(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)，主要針對滑坡、危巖、泥石流、塌岸等場景，實時監(jiān)測有災(zāi)害隱患的危險區(qū)域，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到后臺監(jiān)測中心進行模擬演算，根據(jù)演算結(jié)果決定是否發(fā)送預警信息，切實做好防災(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性大，效率低，成本高，尤其是一些偏遠山區(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，同時對故障點進行超近距離檢查，更快的找出故障原因。北斗無人機線路巡檢可大大提高電力運維的速率，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；與有人直升機線路巡檢相比，北斗無人機線路巡檢大大降低了勞動強度，有效提高巡線作業(yè)人員的安全性，降低了線路巡檢成本；北斗無人機巡線速度快、應(yīng)急能力強，能快速及時發(fā)現(xiàn)缺陷，及時提供信息，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)，實時獲取觀測點的精準位置信息，通過后臺處理判斷，實現(xiàn)風輪機鐵塔監(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，對發(fā)現(xiàn)的故障點可近距離觀察，分析故障原因并精確地給出故障位置信息，實現(xiàn)精準搶修，提高工作效率，確保電網(wǎng)安全。

參考文獻：

[1]楊元喜，李金龍.北斗區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)基本導航定位性能初步評估[J].中國科學：地球科學，2014（1）：72-81.

[2]杜琨.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的方法研究[D].長沙：中南大學，2013.

[3]孟靈飛.網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)分析與應(yīng)用研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2013.

[4]歐健.北斗導航系統(tǒng)在環(huán)境自動監(jiān)測及應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2011，23（4）：64-67.

[5]杜思良，楊俊峰，王德泉.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在地面監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].兵工自動化，2013，32（10），80-83.

[6]張泉，張舒白.北斗定位導航系統(tǒng)的特點及在指揮控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2011，20（3）：165-166.