基于北斗系統(tǒng)的輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用

段亞龍

（上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，上海200000）

1 引言

為能夠有效推進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)檢自動(dòng)化、智能化發(fā)展，自2010年起，國家電網(wǎng)公司逐步推進(jìn)基于國產(chǎn)北斗系統(tǒng)研發(fā)出的輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)而改變國家電網(wǎng)對于GPS定位系統(tǒng)的依賴，同時(shí)推進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)檢工作實(shí)現(xiàn)信息化發(fā)展。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

基于北斗系統(tǒng)的輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)集地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、權(quán)限管理等功能于一體，并且可以同智能管控平臺達(dá)成數(shù)據(jù)交互，管理人員和巡檢人員可以通過平臺之間查詢各區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而判斷電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)，也可以為后續(xù)電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)工作提供數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)主要由站點(diǎn)子系統(tǒng)、通信準(zhǔn)系統(tǒng)、用戶子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心4 部分組成，其中站點(diǎn)子系統(tǒng)又可以分為北斗監(jiān)測站和北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)。北斗監(jiān)測站多設(shè)置在需要監(jiān)測的桿塔周圍，在實(shí)際檢測過程中會結(jié)合北斗系統(tǒng)的高精度位移監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時(shí)采集需要監(jiān)測桿塔的站點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，并通過加密通道將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲，同時(shí)數(shù)據(jù)還會同步到電網(wǎng)公司總部的主站系統(tǒng)中，為后續(xù)電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)以及系統(tǒng)優(yōu)化提供的數(shù)據(jù)支持[1]。

2.2 系統(tǒng)功能框架

2.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施

站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施作為系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障內(nèi)容，其內(nèi)部設(shè)置有寬頻帶雙頻GNSS 測量天線，進(jìn)而有效保障站點(diǎn)信號接收效果的同時(shí)，還能夠避免出現(xiàn)多路徑效應(yīng)等信號干擾問題。在實(shí)際運(yùn)行過程中，站點(diǎn)設(shè)備會不斷地對測桿塔周邊的地質(zhì)、 氣候環(huán)境進(jìn)行信息采集， 數(shù)據(jù)信息會實(shí)時(shí)傳遞給接收機(jī)，由接收機(jī)內(nèi)部的加密芯片對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密后，最后通過APN 無線通信或是北斗系統(tǒng)中的短報(bào)文通信方式將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給后臺系統(tǒng)。另外，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)中的基準(zhǔn)站會實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，通過衛(wèi)星、移動(dòng)通信等方式將定位信號發(fā)送給應(yīng)用終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位服務(wù)效果。

2.2.2 核心模塊

系統(tǒng)的核心模塊主體為北斗高精度解算模塊，其采用了最小二乘法、擴(kuò)展卡爾曼濾波解算模型等技術(shù)，可以對前端所傳遞的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速預(yù)處理，獲取到接收機(jī)鐘差和偽距單點(diǎn)定位等內(nèi)容。在完成同步周跳和修復(fù)后，核心模塊會通過計(jì)算互動(dòng)的方式來解坐標(biāo)、估算對流層參數(shù)，進(jìn)而合理選擇模糊固定算法對基線進(jìn)行解算，獲取到可以滿足系統(tǒng)實(shí)際要求的高精度定位系統(tǒng)[2]。另外，核心模塊中的北斗站點(diǎn)網(wǎng)關(guān)會對站點(diǎn)數(shù)據(jù)接入實(shí)行統(tǒng)一管理，在管理過程中，核心模塊會基于解算引起和解算調(diào)度綜合保障系統(tǒng)為系統(tǒng)提供API 接口高效訪問通道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與其他應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)的交互及統(tǒng)一管理。

2.2.3 評估決策

系統(tǒng)綜合使用了人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)，促使系統(tǒng)可以根據(jù)桿塔周圍的地質(zhì)災(zāi)害類型以及監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，分析判斷桿塔周邊區(qū)域未來的地質(zhì)形變發(fā)展趨勢，并在系統(tǒng)平臺上進(jìn)行直觀立體展示，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的災(zāi)害預(yù)警信息，工作人員采取相應(yīng)的應(yīng)對措施為用戶分發(fā)通知工單，能為工作人員提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航信息，最重要的是為線路檢修評估決策提供更為精準(zhǔn)有效的信息依據(jù)。

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 勘探選點(diǎn)

勘探選點(diǎn)作為系統(tǒng)實(shí)際建設(shè)的重要前提基礎(chǔ)，其會直接影響系統(tǒng)與北斗系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互效果。在實(shí)際建設(shè)過程中，不同的建設(shè)環(huán)境中電磁干擾情況也不盡相同，若是所選擇的環(huán)境中電磁干擾強(qiáng)度較大，勢必會影響站點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸效果。對此，工作人員必須要在站點(diǎn)建設(shè)前，做好站點(diǎn)勘探選點(diǎn)工作。具體來說就是在勘探選點(diǎn)過程中，工作人員需要分析現(xiàn)場是否存在遮擋物情況，然后通過頻譜儀對初選點(diǎn)進(jìn)行電磁環(huán)境測試，確定區(qū)域范圍內(nèi)電磁干擾強(qiáng)度是否符合要求；最后工作人員還需要在專業(yè)地質(zhì)人員的幫助下，重點(diǎn)分析區(qū)域內(nèi)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地域，并對衛(wèi)星信號進(jìn)行測試，綜合初選點(diǎn)是否滿足站點(diǎn)建設(shè)技術(shù)要求。

3.2 站點(diǎn)設(shè)計(jì)及建設(shè)

基于前期勘探數(shù)據(jù)，工作人員需要先對站點(diǎn)前端設(shè)備與后臺軟硬件設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級，確保設(shè)備能夠在選點(diǎn)發(fā)揮出最大功效；其次，工作人員需要對站點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化升級，并測試站點(diǎn)各項(xiàng)功能是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[3]；最后，工作人員需要進(jìn)行站點(diǎn)的基礎(chǔ)建設(shè)與部件設(shè)備安裝，并對設(shè)備箱內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，配置網(wǎng)絡(luò)傳輸通道和端口，并將監(jiān)測站中的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。

3.3 運(yùn)行維護(hù)

站點(diǎn)在完成建設(shè)后，其每日均會定時(shí)將站點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞給主站，若是某日站點(diǎn)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)中斷等情況，監(jiān)測站將會及時(shí)發(fā)出故障預(yù)警信息，相關(guān)檢修人員對監(jiān)測站進(jìn)行檢修維護(hù)。若是監(jiān)測站處于正常運(yùn)行狀態(tài)，其數(shù)據(jù)信息會在發(fā)送到主站后，通過核心模塊解算后形成形變和形變量曲線圖，供后續(xù)參考使用。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

自2016 年以來，國家電網(wǎng)公司就基于北斗系統(tǒng)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的建設(shè)試點(diǎn)測試，最終確定此系統(tǒng)可以有效監(jiān)測、預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害形變情況，且實(shí)際動(dòng)態(tài)監(jiān)測精度可以達(dá)到厘米級，靜態(tài)監(jiān)測精度可以達(dá)到毫米級，有效實(shí)現(xiàn)了試點(diǎn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警效果，繪制出試點(diǎn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害形變曲線和形變量曲線，為后續(xù)電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)以及系統(tǒng)優(yōu)化提供重要的數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié)語

綜上所述，基于北斗系統(tǒng)的輸電線路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)良好地繼承了北斗系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅為輸電線路周邊區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)警工作提供了全新的解決途徑，也為電網(wǎng)信息化建設(shè)提供了重要的技術(shù)支持。但相關(guān)研究仍然處于初級階段，相同技術(shù)存在一定缺陷，所以此系統(tǒng)僅在小部分區(qū)域進(jìn)行使用，想要進(jìn)行大范圍普及，還需要不斷完善和升級。