北斗高精度定位在电力行业的应用分析

汪明武++李壮++占永红

摘要： 利用北斗高精度定位技术，在厘米级甚至毫米级的精度上，实现风轮机铁塔监测预警，复杂地形下变电站或水电站的灾害监测预警，以及无人机近距离线路巡检与故障定位，确保电网安全运行。

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.

关键词： 北斗系统；高精度定位；监测预警；线路巡检

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

中图分类号：P228.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0063-02

0 引言

北斗系统[1]是我国正在实施的自主建设、独立运行的全天候、全天时全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统，北斗卫星导航技术产业化、多用途、多功能发展已成未来的发展趋势。北斗卫星导航技术与电力业务系统相融合，将加快我国智能电网建设，引领产业结构升级。目前，北斗系统已在电力市场领域成功进行了一些试点应用，但具体到特定场景下的应用较少。本文结合北斗高精度定位技术，选取了风轮机铁塔监测、灾害预警以及无人机巡检三个场景进行应用分析，确保电网安全，提高工作效率。

1 北斗高精度定位原理

1.1 静态相对定位

用两台卫星信号接收机分别安置在基线的两端，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上卫星，确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这就叫做静态相对定位[2]。由于距离不太远的两个测站同步观测相同卫星时，各种观测误差具有较强的相关性，因此可以通过观测量的差分来消除或减弱一些误差源（如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等）的影响，减少平差计算中未知数的个数。

静态相对定位一般采用载波相位观测值为基本观测量，对各种长度的基线进行精确测量，静态相对定位的步骤主要包括：双差载波相位观测方程的建立、双差观测方程的平差、最小二乘法求解整周模糊度浮点解、LAMBDA算法固定整周模糊度、求解基线并完成定位计算。

“静态相对定位方法”一般需要较长的观测时间（一个小时左右）获取大量观测数据，然后出一个定位结果，属于事后定位。由于长时间观测可以提高整周模糊度的求解精度，同时消除观测噪声的影响，因此相对定位精度可达毫米级甚至更好，静态相对定位是目前北斗精度最高的定位方式。

1.2 网络RTK

网络RTK[3]是基于CORS系统（连续运行参考站系统）的导航卫星高精度定位技术。CORS系统是在一个城市或国家，根据需求按照一定的距离建立的常年连续运行的一个或若干个固定的GNSS参考站，利用计算机、数据通信和互联网技术将各个参考站与数据中心组成网络，实时将参考站数据传输到数据中心，利用数据处理软件进行处理，向用户自动发布不同类型的GNSS原始数据和各种类型的RTK改正数据等。

CORS系统是由参考站、数据中心、数据通信链路和流动站组成。基准站配备双频全波长GNSS接收机，参考站坐标精确已知并按照规定的采样率进行连续观测，通过数据通信链路传回数据中心；数据中心根据流动站发送的近似坐标计算误差改正信息，然后将改正信息播发给流动站。

需要指出的是，当流动站与参考站距离小于30km时，精度可达cm级；距离大于30km时，测量精度衰减很快，通常只能达到dm级。网络RTK技术的优势在于用户不用建立基准站，且用户与基准站距离可以扩大到上百公里，同时减少了误差源，使改正信息的可靠性和精度大幅改善。

2 北斗高精度定位技术在电力行业的应用分析

北斗系统已经正式服务亚太地区，在我国交通运输、气象、公安、农业、国土等涉及国家安全的关键领域得到广泛应用。针对电力行业的一些特殊场景，如风轮机铁塔监测[4]、灾害监测[5]以及无人机巡检[6]，结合北斗高精度定位技术进行应用分析。

2.1 风轮机铁塔监测

风能作为可再生资源，储能巨大且无污染，越来越受到各国政府的喜爱。近几年，我国风电产业持续快速发展，风电总装机容量已跃居世界首位。但是由于风力发电机一般多处于偏远地带或者海洋，风力发电机的铁塔倾斜容易发生，造成国家财产损失。因此，需要对风力发电机铁塔进行实时监测，在事故发生之前进行预警，并采取相应的措施避免灾难的发生。

利用北斗高精度定位技术，满足风力发电机铁塔监测对精度要求（厘米甚至毫米级），对风力发电机铁塔进行实时监测，并將监测数据传送至后台处理，后台分析监测数据，并为后续预警和巡检工作做好准备。

2.2 灾害监测

目前，我国有较大一部分的水电站、变电站建设在深山、河流附近，地理环境复杂，自然灾害时常发生，给电网安全造成重大影响。利用北斗高精度定位技术，主要针对滑坡、危岩、泥石流、塌岸等场景，实时监测有灾害隐患的危险区域，将采集到的数据传送到后台监测中心进行模拟演算，根据演算结果决定是否发送预警信息，切实做好防灾减灾工作，减少自然灾害带来的破坏。

2.3 无人机巡检

目前，我国高压输电线路长度大，传统的人工线路巡检危险性大，效率低，成本高，尤其是一些偏远山区、无人区，线路巡检难度更大。将北斗系统与无人机结合，利用北斗高精度定位技术，制定高精度的输电线巡检路线，可精确定位输电线路的故障点，同时对故障点进行超近距离检查，更快的找出故障原因。北斗无人机线路巡检可大大提高电力运维的速率，使得许多工作能够在完全带电的情况下迅速完成，确保了用电安全；与有人直升机线路巡检相比，北斗无人机线路巡检大大降低了劳动强度，有效提高巡线作业人员的安全性，降低了线路巡检成本；北斗无人机巡线速度快、应急能力强，能快速及时发现缺陷，及时提供信息，避免了线路事故停电。

3 总结

本文利用北斗高精度定位技术，实时获取观测点的精准位置信息，通过后台处理判断，实现风轮机铁塔监测和灾害监测；利用北斗高精度定位技术，制定高精度的输电线巡检路线，对发现的故障点可近距离观察，分析故障原因并精确地给出故障位置信息，实现精准抢修，提高工作效率，确保电网安全。

参考文献：

[1]杨元喜，李金龙.北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估[J].中国科学：地球科学，2014（1）：72-81.

[2]杜琨.变形监测数据处理的方法研究[D].长沙：中南大学，2013.

[3]孟灵飞.网络RTK技术分析与应用研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2013.

[4]欧健.北斗导航系统在环境自动监测及应急监测中的应用[J].环境监测管理与技术，2011，23（4）：64-67.

[5]杜思良，杨俊峰，王德泉.北斗卫星导航系统在地面监视系统中的应用[J].兵工自动化，2013，32（10），80-83.

[6]张泉，张舒白.北斗定位导航系统的特点及在指挥控制系统中的应用[J].信息与电脑（理论版），2011，20（3）：165-166.