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摘要：本文在目前已有的智能北斗卫星杆塔偏移检测系统建设的基础上，全面高效的解决了当前线路杆塔位移形变监测需求。系统以提升公司防灾减灾工作水平为目标，针对输电线路杆塔防灾减灾需求进行识别和分析，开展高精度位移形变监测装置、静态毫米级位移形变监测算法和短报文数据通信机制等关键技术研究，为输电线路杆塔的灾害预警、监测、分析处置和防范应对提供有效支撑手段。
关键字：高精度定位；短报文；形变监测算法；通信机制研究
0引言
北斗卫星作为我国自主知识产权的全天候、全天时卫星导航定位信息系统，具有通信实时性好、数据精度高、覆盖范围广和传输安全可靠等特点，能够有效解决当前线路杆塔位移形变监测需求。为此结合我国自主研发的北斗系统发展趋势，依托山西北斗数据分中心支撑，以提升公司防灾减灾工作水平为目标，针对输电线路杆塔防灾减灾需求进行识别和分析，开展高精度位移形变监测装置、静态毫米级位移形变监测算法和短报文数据通信机制等关键技术研究，为输电线路杆塔的灾害预警、监测、分析处置和防范应对提供有效支撑手段。
1 研究必要性
针对偏远地区、无公网覆盖区域电能数据采集困难、输电线巡检条件恶劣、配电网故障远程监控及电力杆塔实时监测成本高等问题，电网企业通过多年来的探索实践，将北斗卫星系统应用于电网领域。目前北斗卫星导航技术在输电线路在线监测、配网移动作业、车辆定位管理、用电信息采集、电力终端授时等领域应用日渐广泛，可有效解决电网领域部分地区用电信息采集难、设备监测难的问题。
2北斗高精度杆塔位移形变监测机制构建
监测装置采集温湿度、水平和高程位移等数据，完成现场监测和运维数据的初步整合，然后通过微功率无线通信方式或者有线方式就近传输到一体化通信装置。一体化通信装置内置有北斗通信模块、数据采集和处理单元等，可实现数据集中、转换和传输。数据处理模块记录和匹配收到的监测模块ID，并处理成北斗系统可以发送的数据格式，通过RS232端口上传到北斗通信模块，北斗通信模块中发送端和接收端分别负责数据的发送和接收。数据通过一体化通信装置上传到北斗卫星后，北斗卫星作为输电现场和主站通信的中转站，收集并处理数据，通过卫星上的转发器将数据发送到主站系统。主站系统负责接收、处理、分析和预警监测数据，并传送主站命令和定位。
塔上一体化系统由各类状态监测装置、太阳能供电模块和一体化通信装置3个部分组成。各类状态监测装置收集电网相关信息的传感器组成，一体化通信装置包括数据采集单元、数据处理单元、北斗通信终端模块和一体化控制模块。太阳能供电模块为整个系统供电，充电控制器通过转换板获取充电控制器信息，并上报远程管理后台，实现对监测系统的电源监控。
图2 一体化通信装置
主站系统基于北斗指挥型终端开展监测数据收发，终端分为普通型北斗指挥终端和扩展型北斗指挥终端，可以针对实际应用需求，选取合适的北斗指挥终端部署在主站侧，用来配置主站北斗通信服务接入系统。北斗指挥型终端对比见下表，指挥终端具有监控、指挥调度等功能，能实时将定位及导航信息在数字地图上进行标绘与监控，支持历史信息查询、维护及导出等功能。当接入北斗的塔上一体化装置过多、需要多台北斗指挥机共同工作时，可以采用多指挥机扩展并联方式保证多台指挥机并发工作，实现监测数据的无线接入。一方面指挥机并发参与收包和再组包，增加大包通信的及时性；另一方面从成本考虑，利用冗余计算设计出最小化的指挥机台数。
图4 短报文通信技术应用界面
1、覆盖范围广，无通信盲区。目前，亚太地区已被北斗系统覆盖，未来将覆盖全球，因此完全满足监测节点和主站的通信需求，不受地域和天气影响。
2、抗干扰能力强。扩频技术采用 CDMA，空间段工作于 L/S 波段，受强降雨、雪、雾等恶劣天气影响而引起的信号衰减效应非常小，基本能够满足全天候的工作需求。
3、时延小。点对多点通信时延为0.5 s，点对点通信时延小于5 s。
4、通信可靠性较高。可完成快速定位、定时和数据处理，且具有良好的加密功能。
4静态毫米级位移形变监测算法
北斗高精度杆塔位移形变监测装置能够依托北斗卫星获取毫米级监测数据，但受限于北斗系统覆盖程度、装置采集数据异常、采集环境噪声和通信传输过程突变等因素，使得监测数据存在一定程度的失真，需根据实际情况进行算法修正，以保障数据的可靠性和可用性。
从监测数据自身特点来看，其分布范围是有特定规律可寻的，尤其是北斗系统提供的高精度毫米级监测数据，其分布区间更加细致，因此，选取基于分类的数据检测和修正方法进行数据处理较为合理。
基于分类的异常检测基本都是分为两个阶段，即训练阶段和检测阶段。在训练阶段，算法利用训练数据集中的数据对象，构造分类器模型。在检测阶段，测试数据集中的数据对象被输入分类器，根据分类的结果判断是否是异常数据。分类器可以基于规则、神经网络、贝叶斯网络和支持向量机等技术来实现。
5总结
本文的研究具有良好的应用前景，其智能化的智能北斗卫星杆塔偏移检测系统针对输电线路杆塔的位移形变数据开展监测能够实现对大风、覆冰等自然灾害；采空区塌陷、采空区塌陷、山体滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害；杆塔结构形变、倾斜等特殊情况等现象的实时预警、变化跟踪和积极应对，是电网防灾减灾工作开展的重要方向之一。该系统结合我国自主研发的北斗系统发展趋势，依托山西北斗数据分中心支撑，以提升公司防灾减灾工作水为目标，针对输电线路杆塔防灾减灾需求进行识别和分析，为输电线路杆塔的灾害预警、监测、分析处置和防范应对提供有效支撑手段。
论文作者:赵晓龙 吴强 贾建军 张晓龙 张敬敬
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：北斗论文; 杆塔论文; 数据论文; 通信论文; 位移论文; 终端论文; 装置论文; 《科技新时代》2019年3期论文;