城市室内与室外同步电力检修系统设计

李兆碧，余 情

(1.重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074；2.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

1 引言

随着城市化进程的加快以及科学技术的不断发展，导航系统在社会经济建设、国防科技发展等方面都起着重要作用。随着城市的发展与蔓延，城市电力线路的数量不断增长，如何进行高效精确的检修，成为一个新的难题。复杂的城市线路充斥在城市的每一个角落，线路维护的工作量之大，线路检修的难度之高，让城市电力线路的快速、高效检修成为一个新的研究热点。

本文综合利用导航系统、短报文通信、无人机等技术探讨城市室内外同步电力检修系统的设计，该系统能够实现城市范围内各类线路的实时探测、精确定位、往复巡查、动态监控、紧急预警和应急抢修，在很大程度上提高了城市电力线路应急检修系统的监控力度和应急抢修水平，将南方测绘导航系统技术应用于该领域，能够将城市电力线路安全问题从传统的“被动安全”上升为“主动安全”，力求“本质安全”。

2 系统总体设计思路

2.1 线路探测

线路探测的主要目的是对各个区域和地段的线路进行高精度的位置测量，为之后的数据提取和处理提供数据基础，为发生紧急情况后的指挥调度、应急抢修提供保障。线路探测是整个城市室内与室外同步电力检修系统的根本，也是最重要的一个环节，它决定着整个检修系统的质量和运行效率。

2.2 接收数据

接受来自导航系统的电力数据，对数据进行提取、分析和处理，将处理后的异常数据发送给电力部门或者检修部门，电力部门或者检修部门采取相关措施。

2.3 发出警报

收到异常数据后发出警报，对某一区域检修站进行指挥调度，做好应急抢修措施。

2.4 判断故障来源

到故障信息后，首先要判断故障来源。室内故障应急抢修与室外故障应急抢修的抢修方法不同，但可以同时进行。之所以采用不同的方法，是为了提高抢修效率并且可以大大降低抢修的人工成本，同时还可以在很大程度上保障检修人员的生命安全。

2.5 室内故障应急抢修

室内的应急抢修是采用短报文通信的方式，将电表用电数据发送给导航系统，再由地面站接受数据、分析数据。再将分析异常数据得到的精确位置通过导航系统发给持有移动地面终端的检修人员，检修人员通过移动终端找到相应的故障点，实施快速检修。

2.6 室外故障应急抢修

室外的故障应急抢修由于受到地理位置或者室外障碍物的影响，需要无人机在大范围内对故障点进行故障查找，获得精确的故障点信息和故障类型信息。地面控制站的检修人员通过车载终端接收信息指令，携带好相关检修工具驾驶电动巡检车前往指定位置，进行电力抢修。

3 系统实现技术

3.1 线路探测

在北斗基站信号所包含的区域，可以采用网络RTK技术进行测量，通过已经建成的北斗基站网实时发布传输信号给地面站或者信号终端。在北斗基站信号未包含的区域，利用多台RTK接收机同时对电力线路探测数据进行卫星信号的接收，将一台已安装有导航系统的已知点设为导航基准站，另外其他的接收机设为流动站测定未知点坐标。网络RTK由于不受到布网条件、通视条件等的影响和限制，在精度要求不是很高的情况下，可以在很大程度上降低其工作强度、缩短其测量周期[1～3](图1)。

图1 网络RTK测量原理

3.2 室内线路巡检

提供具有室内定位功能的室内导航定位系统及巡检终端，用于城市电力系统的日常巡检，应用短报文通信的用电信息采集系统，在电路发生故障时及时采集到异常的用电信息，以便将异常信息通过短报文通信发送至地面接收站。短报文通信可对目标实现点对点、多点对多点的双向数据传输，用电信息采集成功率可达98.9%，且覆盖范围大、通信无盲区、安全可靠，为城市地区的线路巡检提供有力支撑[4,5]。要实现短报文通信必要有一个数据采集与传输设备，该设备用于对数量较大的智能电表的用电数据进行采集与传输。该设备由7个部分组成：电源电路、串口通信模块、无线通信模块、单片机、Flash存储模块、SD卡存储模块、下载管理模式(图2)。

图2 硬件结构框

3.3 室外线路数据监测

通过RTK数据采集传输终端结合搭载有北斗芯片的无人机用于室外电线/电缆的数据安全监测，无人机的优势在于不受地理条件的限制、巡线速度快。利用无人机机身内所搭载高清相机和红外热成像仪对电力线路进行高空拍摄，并通过人工分析视频和照片，判别出主要的故障点位置以及可能产生的电力线路隐患，利用搭载有北斗芯片的无人机能够大大提高监测效率和降低人工成本[6]。

无人机电力线路安全监测系统包括了无人机平台、地面测控站、地面数据处理中心、专家系统4个部分。无人机平台内的北斗芯片可以实现对无人机飞行路线的精确规划、飞行位置的精确定位。精确的线路规划可以大大降低飞行成本并提高巡线效率，减少飞行区域以及飞行线路的重复。飞行位置的精确定位可以实现在发现故障点后的精确定点及时向地面控制站发送准确位置信息，以便及时采取有效措施应对突发状况[7](图3)。

图3 无人机监测原理

3.4 线路的应急抢修

线路的应急抢修可分为室内的应急抢修和室外的应急抢修，室内应急抢修在商场、大厦等公共活动场所起着重要作用，及时的指挥调度以及确定解决方案能够在很大程度上减少经济损失，同时也确保了公共安全，使因电路故障而造成的人身伤亡的几率降到最低(图4)。

图4 应急抢修方案

(1)室内应急抢修。导航系统收到短报文通信设备的报警指令后，将信号传送至地面测控站进行指挥调度，地面测控站派遣持有南方测绘手持终端的检修人员对室内的线路故障进行精确定位，并实施检修。通过地面测控站对短报文电表数据的分析，将精确位置发送至导航系统，导航系统再将位置信号发送至检修人员的手持接收机，实现快速定位。室内应急抢修会涉及到导航系统在室内的导航定位，室内导航定位可以运用指纹节点的定位方法。

(2) 室外应急抢修：当无人机监测到电路故障，机内搭载的北斗芯片会将准确的位置信息发送给地面控制站，控制站通过对信息的采集和处理，提取出故障点的准确位置以及故障类型，将信息发送给地面的车载终端，检修人员根据车载终端所提供的信息，携带好针对性的检修工具驱车前往故障地点进行抢修。利用车载型北斗终端(图5)作为服务中心接入系统，接入其他北斗终端上报的位置和信息，可以降低应用的组网成本，并且可以实现应急响应、信息双向传输、移动指挥[8～10]。

图5 车载导航工作原理

4 结语

随着北斗导航系统在各个领域的应用日趋成熟和广泛，将北斗技术应用于城市的电力检修是一个具有现实意义的创新。城市的电路故障在很大程度上不仅会导致经济上的损失，严重时还会危及人身安全，此时就需要一个能够快速检测电力系统故障点又能够降低人工成本的技术方法，显然，将北斗技术应用于此是一个很不错的选择。北斗技术在城市电力检修系统上的应用能够为城市的安全与发展提供保障，也是人民能够安居乐业的“良方”。在未来，北斗系统还会在城市居民的衣食住行各个方面发挥其重要优势与作用，将北斗系统逐渐融入人们的生活，为更多人所接触和应用。同时，北斗系统亦可在天空、地面、水下、室内构成一套完整的体系，让人们无论在哪里都能感受到它的存在，充分发挥其价值，为国家的安全护航、为国家的发展助力。