基于北斗的電力桿塔形變監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

王世臣，賈 蕾

（1.安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，合肥 230031；2.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230031）

0 引言

近年來(lái)，人為或自然因素導(dǎo)致的電力鐵塔傾倒的事故時(shí)有發(fā)生，給輸電線路系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響[1]。針對(duì)這種情況，本文提出一種電力桿塔形變監(jiān)測(cè)方案，該方案利用北斗衛(wèi)星定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力桿塔的高精度和全天候在線監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障隱患及時(shí)排除。

1 研究成果

1.1 成果目標(biāo)

研究基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的電力桿塔形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供應(yīng)急搶修救災(zāi)支持，有效提高電力設(shè)施的地質(zhì)災(zāi)害防治水平。通過(guò)構(gòu)建電力桿塔監(jiān)測(cè)的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)模型[2]，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素進(jìn)行綜合分析和挖掘，研究分析和預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)，制定可靠有效的地質(zhì)救災(zāi)方案。

1.2 成果效益

（1）輸變電設(shè)施普遍缺乏可靠地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的狀況將得到極大改善，通過(guò)采用地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出預(yù)警，最大程度避免或降低輸電線路設(shè)施受損程度，有效保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

（2）采用高實(shí)時(shí)、全天候監(jiān)測(cè)方法，相比于傳統(tǒng)的人工巡查方式，能夠大幅提升人員的巡檢效率，并有效節(jié)省資源成本投入。

（3）將研究成果與國(guó)家大力推動(dòng)北斗系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化、互聯(lián)網(wǎng)+等信息化政策深度融合，在促進(jìn)北斗技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用的同時(shí)，可以復(fù)制推廣應(yīng)用到電力行業(yè)以外的相關(guān)領(lǐng)域，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 總體介紹

利用北斗衛(wèi)星定位和高精度衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力桿塔及周邊地質(zhì)形變，通過(guò)形變監(jiān)測(cè)傳感器將采集到的桿塔傾斜數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心對(duì)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和統(tǒng)計(jì)，分析得出桿塔形變的變化趨勢(shì)。利用得到的桿塔傾斜預(yù)警信息，可為線路運(yùn)行和設(shè)計(jì)部門提供參考依據(jù)，便于及時(shí)掌握桿塔運(yùn)行狀況，避免和減少相關(guān)事故的發(fā)生[4]。

2.2 基準(zhǔn)站設(shè)計(jì)

為滿足衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的跟蹤、采集、傳輸和系統(tǒng)完備性監(jiān)測(cè)等功能需求[5]，基準(zhǔn)站設(shè)計(jì)包括室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備兩個(gè)組成部分：室內(nèi)設(shè)備主要由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)、不間斷電源（UPS）、通信設(shè)備和雷電防護(hù)設(shè)備等構(gòu)成；室外設(shè)備主要包括天線基體、避雷針、多模天線和防盜設(shè)施等[6]。如圖1所示。

圖1 基準(zhǔn)站架構(gòu)圖

2.3 形變監(jiān)測(cè)設(shè)備

形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備主要用于獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移形變、雨量和溫度等數(shù)據(jù)[7]，由北斗高精度接收機(jī)、傳感器、供電設(shè)備、避雷設(shè)施等部分組成，具備如下設(shè)計(jì)要求：全天候在線自診斷功能；加電自啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)功能；狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能；按需采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)功能；時(shí)間同步功能；平臺(tái)綜合分析功能。

2.4 監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)平臺(tái)包括數(shù)據(jù)分發(fā)、解算管理、告警管理、通信管理、系統(tǒng)管理和業(yè)務(wù)管理等功能。整個(gè)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：桿塔形變采集終端、綜合分析軟件系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器[8]。終端將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，通過(guò)無(wú)線方式傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器。

終端工作模式：一是受控工作模式：客戶端首先發(fā)送采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的命令，采集終端接收到命令后再進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，用于即時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的情形；二是自動(dòng)工作模式：根據(jù)預(yù)設(shè)工作模式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并自動(dòng)數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)服務(wù)器，客戶端可自行連接到服務(wù)器下載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；綜合分析軟件系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)來(lái)分析電力桿塔的傾斜和變形，評(píng)估其安全狀況。并采用“序列學(xué)習(xí)”的方法對(duì)電力桿塔的變形進(jìn)行分類和推理，從而并對(duì)各種危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。

2.5 數(shù)據(jù)安全設(shè)計(jì)

研究本系統(tǒng)的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)、形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與信息內(nèi)、外網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保證各終端安全、可信地接入電力信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)接入對(duì)象的監(jiān)控和審計(jì)[9]。

圖2 數(shù)據(jù)安全防護(hù)

監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程：終端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過(guò)專網(wǎng)傳輸?shù)酵饩W(wǎng)接入路由器，再經(jīng)過(guò)防火墻連接外網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器，最后通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)安全隔離設(shè)備與內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[10]。

監(jiān)測(cè)應(yīng)用接入：終端與運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向身份鑒權(quán)認(rèn)證，在完成鑒權(quán)認(rèn)證之后，終端接入到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

2.6 數(shù)據(jù)通信

本文提出的監(jiān)測(cè)方案具備遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理、實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)雙向通信等特點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，首選移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，在公網(wǎng)通信效果不佳地區(qū)采用北斗短報(bào)文進(jìn)行通信。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在現(xiàn)場(chǎng)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，水平和高程的監(jiān)測(cè)精度數(shù)據(jù)如表1所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著監(jiān)測(cè)間隔的推移，監(jiān)測(cè)精度進(jìn)一步提高，保持著良好的穩(wěn)定性，能真實(shí)反映桿塔實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，有效提升了桿塔監(jiān)測(cè)可靠性，能夠?yàn)檩旊娋€路的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)開展北斗三代系統(tǒng)的電力桿塔狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警研究工作，建立一套可靠的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)模型，通過(guò)整合、分析和挖掘多種誘發(fā)因子，提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有效預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害的變化趨勢(shì)，進(jìn)一步為電力桿塔應(yīng)急搶修救災(zāi)方案制訂提供支持。