胡成城，劉　波，李　凱（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

基于GPS定位技術(shù)的導(dǎo)線弧垂測(cè)量系統(tǒng)

胡成城，劉波，李凱（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

目前在輸電線路弧垂的檢測(cè)方法有兩種：架空輸電線路導(dǎo)線緊線時(shí)一般在塔山采用綁扎弧垂板的方法進(jìn)行平行四邊線法觀測(cè)弧垂；山區(qū)在地面采用經(jīng)緯儀角度進(jìn)行弧垂觀測(cè)，這兩種方法都是采用光學(xué)觀測(cè)，對(duì)能見(jiàn)度要求較高，遇到濃霧、夜間等能見(jiàn)度差狀態(tài)下無(wú)法進(jìn)行弧垂觀測(cè)，傳統(tǒng)的觀測(cè)方法在能見(jiàn)度差的情況下只能停工等待。

GPS定位；導(dǎo)線；弧垂；測(cè)量；系統(tǒng)

隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，新建的輸電線路越來(lái)越多，特別是特高塔輸電線路和跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)輸電線路等工程建設(shè)規(guī)模大，使得輸電線路穿越高山、大江、大河、高海拔地區(qū)、長(zhǎng)期大霧地區(qū)、無(wú)人區(qū)等，工施工條件越來(lái)復(fù)雜，施工難度越來(lái)越大，高壓架空輸電線路的弧垂是線路設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的主要指標(biāo)，關(guān)系到線路安全運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)在架空輸電線路施工緊線時(shí)，一般在塔上采用綁扎弧垂板的方法進(jìn)行平行四邊線法觀測(cè)弧垂，山區(qū)在地面采用經(jīng)緯儀角度進(jìn)行弧垂觀測(cè)，這些弧垂觀測(cè)方法均為光學(xué)觀測(cè)，對(duì)能見(jiàn)度要求較高。開(kāi)發(fā)出一套基于GPS定位技術(shù)的全數(shù)字式架空輸電線路導(dǎo)線弧垂觀測(cè)系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)還是尚未見(jiàn)提出。

1　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信、單片微型計(jì)算機(jī)控制、無(wú)線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域充分結(jié)合，對(duì)架空輸電線路霧區(qū)緊線施工弧垂觀測(cè)提供了新的有利手段，解決了工程施工的實(shí)際困難。系統(tǒng)由中心基站、GPS數(shù)據(jù)參數(shù)站、導(dǎo)線弧垂GPS監(jiān)測(cè)小車三個(gè)主要部分組成。在架空輸電線路張力放線施工過(guò)程中對(duì)霧區(qū)緊線施工弧垂觀測(cè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2　系統(tǒng)工作原理

架空輸電線路導(dǎo)線緊線弧垂GPS精確測(cè)量系統(tǒng)，主要由GPS信息參考站、GPS移動(dòng)監(jiān)測(cè)站、導(dǎo)線水平張力監(jiān)測(cè)終端、系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)終端等設(shè)備組成，利用安裝在導(dǎo)線任意一點(diǎn)的遙控載荷小車上的載荷-GPS定位終端和導(dǎo)線緊線端安裝拉力傳感器對(duì)導(dǎo)線緊線弧垂值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)，達(dá)到施工緊線的目的，緊線時(shí)對(duì)觀測(cè)弧垂的能見(jiàn)度要求非常低，可以在濃霧、黑夜等無(wú)法進(jìn)行弧垂觀測(cè)的條件下進(jìn)行緊線作業(yè)。

為保證GPS定位數(shù)據(jù)的定位精度，對(duì)GPS定位系統(tǒng)的組建采用RTK差分方式保證定位精度，系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信、單片微型計(jì)算機(jī)控制、無(wú)線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域充分結(jié)合，對(duì)架空輸電線路霧區(qū)緊線施工弧垂觀測(cè)提供了新的有利手段，解決了工程施工的實(shí)際困難。系統(tǒng)由中心基站、GPS數(shù)據(jù)參數(shù)站、導(dǎo)線弧垂GPS監(jiān)測(cè)小車三個(gè)主要部分組成。在架空輸電線路張力放線施工過(guò)程中對(duì)霧區(qū)緊線施工弧垂觀測(cè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.1中心基站系統(tǒng)軟件

中心基站系統(tǒng)軟件具有較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力和界面輸入、輸出功能，施工前將觀測(cè)檔桿塔坐標(biāo)、掛點(diǎn)高差等數(shù)據(jù)錄入中心基站系統(tǒng)軟件，施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，動(dòng)態(tài)顯示GPS小車的實(shí)時(shí)位置、子導(dǎo)線相對(duì)位置的視頻圖像、GPS小車所處位置的弧垂和導(dǎo)線的最大弧垂等數(shù)據(jù)信息，并實(shí)時(shí)繪制觀測(cè)檔內(nèi)的導(dǎo)線弧垂模擬圖。

2.2監(jiān)測(cè)終端

監(jiān)測(cè)終端的核心即為傳感器，根據(jù)不同類型的傳感器和安裝位置的不同分別采用不同封裝形式進(jìn)行封裝，最終要求安裝方便，調(diào)試便捷。

2.3參數(shù)計(jì)算原理

當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)站與基準(zhǔn)站建立起RTK鏈接時(shí)，可得到兩個(gè)移動(dòng)站的天線高程數(shù)據(jù)，將兩個(gè)移動(dòng)站天線的高程數(shù)據(jù)作差值計(jì)算即可得到兩個(gè)移動(dòng)站的天線高差。根據(jù)導(dǎo)線任意點(diǎn)弧垂計(jì)算：

圖1

設(shè)移動(dòng)站A的天線高程為HA，經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為NA EA；

移動(dòng)站B的天線高程為HB，經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為NB EB；

移動(dòng)站A的天線極化點(diǎn)距導(dǎo)線懸掛點(diǎn)的距離為L(zhǎng)。

則根據(jù)移動(dòng)站A、B的經(jīng)緯度坐標(biāo)可計(jì)算出兩個(gè)移動(dòng)站的直線距離S，即據(jù)導(dǎo)線懸掛點(diǎn)距離；小車測(cè)量已知量：①小車高程Hc；②小車與桿位中心距離Lc。

預(yù)知量：觀測(cè)檔兩懸點(diǎn)高程Ha、Hb

計(jì)算數(shù)據(jù)：

fs=Ha-Hc-L1（利用三角形相似）

說(shuō)明：計(jì)算時(shí)以A點(diǎn)作為計(jì)算參考點(diǎn)：

A、B懸掛點(diǎn)等高時(shí)，懸掛點(diǎn)高程與小車高程即為小車處導(dǎo)線弧垂；

A點(diǎn)較B點(diǎn)低時(shí)：

此時(shí)Ha－Hb＜0因此：

所以fs=Ha－Hc＋L1可改寫為fs=Ha－Hc－L1。

B點(diǎn)較A點(diǎn)低時(shí)：

此時(shí)Ha－Hb＞0則根據(jù)移動(dòng)站A、B的經(jīng)緯度坐標(biāo)可計(jì)算出兩個(gè)移動(dòng)站的直線距離S，即據(jù)導(dǎo)線懸掛點(diǎn)距離；

移動(dòng)站B所在點(diǎn)的弧垂即為fs=HA-HB-L根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)所計(jì)算出的弧垂fs即為導(dǎo)線上在距離移動(dòng)站A所處桿塔S處的導(dǎo)線弧垂，即導(dǎo)線任意一點(diǎn)弧垂，根據(jù)所計(jì)算出的導(dǎo)線上在距離移動(dòng)站A所處桿塔S處的導(dǎo)線弧垂，可對(duì)導(dǎo)線最大弧垂進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。在觀測(cè)計(jì)算是為提高測(cè)量精度可取出多組GPS測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均后進(jìn)行計(jì)算。

2.4系統(tǒng)供電

根據(jù)架空輸電線路工程施工現(xiàn)場(chǎng)多處于野外，不具備有源電源的特點(diǎn)，系統(tǒng)全部設(shè)備采用鋰離子蓄電電池供電，為使有效減小設(shè)備體積和重量，在滿足一個(gè)放線區(qū)段導(dǎo)線全部展放完畢的需要，在系統(tǒng)設(shè)備電路設(shè)計(jì)時(shí)全部采取低功耗設(shè)計(jì)，通過(guò)精細(xì)計(jì)算合理選擇電池供電電壓和電池容量，設(shè)計(jì)電源智能管理電路對(duì)設(shè)備電源進(jìn)行智能化管理，是系統(tǒng)具備了休眠與喚醒功能，合理利用電池電量，將電池電量利用率達(dá)到最大化，通過(guò)實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)中心基站供電電池充滿電后可持續(xù)工作24h。

3　結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)代傳感器測(cè)量及GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信、單片微型計(jì)算機(jī)控制、無(wú)線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域充分結(jié)合，架空輸電線路施工過(guò)程中導(dǎo)線弧垂能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)，有效解決了濃霧區(qū)段導(dǎo)線弧垂觀測(cè)的難題，為霧區(qū)架線施工的順利完成提供了可靠的技術(shù)保障，該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為送電線路工程架線施工的科學(xué)指揮提供有力技術(shù)保障，為電網(wǎng)建設(shè)的科技創(chuàng)新和施工建設(shè)過(guò)程更加安全、可靠、高效運(yùn)行積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，降低了工程成本的開(kāi)支，該套系統(tǒng)的使用在工程施工中取得較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］［美］David Tse Pramod Viswanath，著.無(wú)線通信基礎(chǔ).人民郵電出版社，2007.

［2］曹衛(wèi)彬.C/C++串口通信典型應(yīng)用實(shí)例編程實(shí)踐.電子工業(yè)出版社，2009.

［3］張大明，彭旭昀，尚靜基.單片微機(jī)控制應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］岑阿毛.架空輸電線路施工技術(shù)大全.寧波出版社，1996.

P228.4

A

2095-2066（2016）26-0123-02

2016-9-2

基于GPS定位技術(shù)的弧垂觀測(cè)系統(tǒng)，是借助于現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)的不受時(shí)間、天氣影響的第三種輸電線路弧垂觀測(cè)方法，文章介紹了基于GPS定位技術(shù)開(kāi)發(fā)研制的弧垂觀測(cè)系統(tǒng)在架線施工過(guò)程中應(yīng)用的情況，重點(diǎn)講述了系統(tǒng)的架構(gòu)、技術(shù)原理和功能。