由此可见研究一种方便、安全、高效、智能的接地线尤为重要。
本文研究的可追踪定位的输电线路接地线，能实现卫星定位追踪接地线的位置，能够实时准确监控到接地线装挂时间、具体位置、拆除及时等各种不同状况，能及时反馈信息。从而避免工作人员和设备的现场安全隐患，实现接地线从出库、装拆到入库的全过程安全管理。
关键词：监控、智能、追踪定位
职创项目：广东电网有限责任公司汕尾供电局职工技术创新项目（GD-KJXM-20197574）
Foundation item:Supported by the Employee technology innovation project of Shanwei Power Supply Bureau Of Guangdong Powergrid Corporation(No.GD-KJXM-20197574)
1、系统方案说明
1.1研究意义：接地线是保护检修人员的一道重要的安全屏障，是电力员工的生命线。装设接地线是输电检修作业中至关重要的一环，是确保人身安全最为重要的技术措施之一。因此接地线是否正确装设在规定位置，是否在工作时间段内一直在线，受到电力行业越来越多的关注。实际工作中，由于接地线使用频繁且操作看似简单，容易使人产生麻痹思想，其重要性也往往被人忽视，经常出现不正确的使用情況，以致降低甚至有时失去了接地线的安全保护作用，因此在接地线原有的基础上加装接地线智能定位装置具备定位功能，配合手机APP显示功能，可以准确的定位到线路两端是否接好接地线。现场工作人员接到接地线到位信号后，开始作业。
1.2国内外研究现状分析：我们的可追踪定位的接地线相比市面上的类似产品，主要突出功能在以下几点：
1.我们可追踪定位的接地线实时监督接地线状态与位置，全面了解线路上接地线的状况
2、 在手机端监控系统上及时准确了解接地线从出库、装拆到入库的全过程，实现工器具精细化管理，做好预警及时，能有效解决由于接地线挂错、漏挂等造成的安全隐患。
3.我们的可追踪定位的接地线更加节约成本，更加人性化。
2、功能与指标
2.1主要功能描述：
我们的可追踪定位接地线主要分成三个部分，第一是手机APP端，第二是GPS定位系统，第三是接地线。这三部分缺一不可，一起完成可追踪定位接地线的功能。
手机APP端主要用在设置、记录和监控接地线的状态、位置等；GPS定位系统作为本装置最重要的核心，既要定位准确又必须低功耗，因为采用锂电池供电，需要保证有足够续航能力。共中最为关键的是接受卫星信号的精确度与算法。然而卫星信号接收好坏主要取決于定位芯片。
2.2指标
系统通过GPRS实现数据上网，GPRS模块共有三种工作模式:网络透传模式、HTPD模式、短信透传模式，我们选用网络透传模式进行上送数据。在此模式下，接地线定位信息，可以通过GPRS模块发送数据到网络上指定的服务器。模块也可以接受来自服务器的数据，并将信息转发至串口设备。使用安卓APP的方式，APP界面设计采用简单实用可操作原则，查询图形可放大显示详细参数等功能，适合各大主流手机，安装方便，能够吸引更多员工的使用。
3、实现原理
3.1卫星定位原理及选用接收机核心芯片
卫星定位系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。卫星定位使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y）码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。
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卫星定位接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及卫星定位信息，如卫星状况等。
卫星定位接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。
卫星定位接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。
按定位方式，卫星定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
根据不同厂家生产的定位芯片在成本、用途上进行对比，最后决定采用和芯星通片UM220-III N。该芯片是和芯星通针对车载后装包括导航、监控应用推出的BDS /GPS双模定位模块。UM220-III N采用和芯星通自主知识产权的抗干扰 GNSS Soc芯片ーーUC6225
集成度高。
芯片特点：
(1)高性价比、抗干扰，能在复杂环境下稳定精确定位
(2)出色定位功能，支持单系统定位和双系统联合定位
(3)兼容主流GPS模块，替换成本低
3.2北斗/GPS双模获取定位信息
通讯采用串行接口(UART)，模块包括2个可配路的串口(UART)，默认波特率为9600bps、2个串口波特率均可由用户自行配路，最高可设为115200bps。输入/输出信号类型为TL电平。UM20-I支持NMEA-0183协议标准的输出数据采用的是ASCI码，其内容包括了经纬度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状态等信息，在本方案中只关心时间日期、经纬度坐标。
3.3数据通信实现
系统通过GPRS实现数据上网，MCU获取北斗/GPS定位信息后通过串口与GPRS将定位信息上传至服务器。GPRS模块共有三种工作模式:网络透传模式、HTPD模式、短信透传模式我们选用网络透传模式进行上送数据。在此模式下，接地线定位信息，可以通过GPRS模块发送数据到网络上指定的服务器。模块也可以接受来自服务器的数据，并将信息转发至串口设各。
3.4后台软件界面与手持终端APP
界面设计采用简单实用可操作原则，APP地图选用谷歌地图，方便地形地貌查看，更方便查询接地线位置。査询图形可放大显示详细参数等功能，方便后台操作人员观看。手机APP适合各大主流手机安装。
4、系统测试方案
4.1、测试方法：
该可追踪定位接地线主要需要测试的功能是安卓手机客户端和接地线GPS定位系统的数据传输，在这种测试中，我主要需要将接地线定位装置打开并挂至输电铁塔导线上，对比接地线位置是否和手机端的位置数据是否相符，在三天甚至是五天的长时间使用期间，能否准确记录接地线位置所在。所以我们记录第一天至第五天的定位数据作为对比，进行测试。
4.2、测试过程：
A、通过手机APP连接可追踪定位接地线后，在手机APP进行信息的配置输入，并刷新APP地图。
B、模拟运行一次完整的接地线使用流程，测试程序是否存在缺陷及不正常卡顿。
C、模拟第一天至第五天的使用情况，记录对应的位置信息，生成记录表单，最终分析表单中数据的误差。
3、测试结果：
通过我们的多次测试，数据传输非常准确，各种功能都能够准确实现，在手机端能够做到提醒，可追踪定位接地线能够很方便、准确显示接地线在地图中的位置信息。
5、结语
在接地线原有的固定形式下加装智能定位仪，加强对现场接地线使用过程进行监管，形成一种新的可追踪定位接地线。通过研究该接地线在输电线路的作用，能实时管理装置内接地线装设的位置与使用状态，有效防止因人为因素导致装设接地线错误等造成的安全生产事故事件，从而提高安全管理水平和工作效率，并减少安全事故的发生，消除公司当前面临的接地线管理方面安全风险，具有较大的实用价值和意义。
在此方案开发的下一步，我们可以实现以接地线为代表的安全工器具在线管理，采用智能化识别的管理系统，解决人工核査或盘点工作量巨大的问题，减轻管理人员和生产人员的工作量，提高安全管理的效率。
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论文作者:黄登城
论文发表刊物:《中国电业》2019年16期
论文发表时间:2019/12/2
标签：接地线论文; 接收机论文; 相位论文; 位置论文; 电文论文; 数据论文; 信息论文; 《中国电业》2019年16期论文;