基于北斗系統的輸電線路地質災害監測預警系統建設及應用

段亞龍

（上海司南衛星導航技術股份有限公司，上海200000）

1 引言

為能夠有效推進電網運檢自動化、智能化發展，自2010年起，國家電網公司逐步推進基于國產北斗系統研發出的輸電線路地質災害監測預警系統，進而改變國家電網對于GPS定位系統的依賴，同時推進電網運檢工作實現信息化發展。

2 系統架構

2.1 系統應用架構

基于北斗系統的輸電線路地質災害監測預警系統集地質災害監測、預警、權限管理等功能于一體，并且可以同智能管控平臺達成數據交互，管理人員和巡檢人員可以通過平臺之間查詢各區域電網運行數據，從而判斷電網運行狀態的同時，也可以為后續電網防災減災工作提供數據支持。

系統主要由站點子系統、通信準系統、用戶子系統以及數據中心4 部分組成，其中站點子系統又可以分為北斗監測站和北斗地基增強系統。北斗監測站多設置在需要監測的桿塔周圍，在實際檢測過程中會結合北斗系統的高精度位移監測技術，實時采集需要監測桿塔的站點位置數據，并通過加密通道將采集數據實時上傳到系統數據庫，由數據庫進行數據處理和存儲，同時數據還會同步到電網公司總部的主站系統中，為后續電網防災減災以及系統優化提供的數據支持[1]。

2.2 系統功能框架

2.2.1 基礎設施

站點基礎設施作為系統正常運行的基礎保障內容，其內部設置有寬頻帶雙頻GNSS 測量天線，進而有效保障站點信號接收效果的同時，還能夠避免出現多路徑效應等信號干擾問題。在實際運行過程中，站點設備會不斷地對測桿塔周邊的地質、 氣候環境進行信息采集， 數據信息會實時傳遞給接收機，由接收機內部的加密芯片對數據信息進行加密后，最后通過APN 無線通信或是北斗系統中的短報文通信方式將數據信息實時發送給后臺系統。另外，北斗地基增強系統中的基準站會實時接收衛星導航信號，通過衛星、移動通信等方式將定位信號發送給應用終端設備，實現系統的實時定位服務效果。

2.2.2 核心模塊

系統的核心模塊主體為北斗高精度解算模塊，其采用了最小二乘法、擴展卡爾曼濾波解算模型等技術，可以對前端所傳遞的數據信息進行快速預處理，獲取到接收機鐘差和偽距單點定位等內容。在完成同步周跳和修復后，核心模塊會通過計算互動的方式來解坐標、估算對流層參數，進而合理選擇模糊固定算法對基線進行解算，獲取到可以滿足系統實際要求的高精度定位系統[2]。另外，核心模塊中的北斗站點網關會對站點數據接入實行統一管理，在管理過程中，核心模塊會基于解算引起和解算調度綜合保障系統為系統提供API 接口高效訪問通道，進而實現系統與其他應用之間的數據的交互及統一管理。

2.2.3 評估決策

系統綜合使用了人工智能技術、大數據技術等先進信息技術，促使系統可以根據桿塔周圍的地質災害類型以及監測數據信息，分析判斷桿塔周邊區域未來的地質形變發展趨勢，并在系統平臺上進行直觀立體展示，同時發出相應的災害預警信息，工作人員采取相應的應對措施為用戶分發通知工單，能為工作人員提供精準的導航信息，最重要的是為線路檢修評估決策提供更為精準有效的信息依據。

3 系統建設方案

3.1 勘探選點

勘探選點作為系統實際建設的重要前提基礎，其會直接影響系統與北斗系統之間的數據交互效果。在實際建設過程中，不同的建設環境中電磁干擾情況也不盡相同，若是所選擇的環境中電磁干擾強度較大，勢必會影響站點數據的傳輸效果。對此，工作人員必須要在站點建設前，做好站點勘探選點工作。具體來說就是在勘探選點過程中，工作人員需要分析現場是否存在遮擋物情況，然后通過頻譜儀對初選點進行電磁環境測試，確定區域范圍內電磁干擾強度是否符合要求；最后工作人員還需要在專業地質人員的幫助下，重點分析區域內易發生地質災害的地域，并對衛星信號進行測試，綜合初選點是否滿足站點建設技術要求。

3.2 站點設計及建設

基于前期勘探數據，工作人員需要先對站點前端設備與后臺軟硬件設備進行優化升級，確保設備能夠在選點發揮出最大功效；其次，工作人員需要對站點系統進行整體優化升級，并測試站點各項功能是否符合設計標準[3]；最后，工作人員需要進行站點的基礎建設與部件設備安裝，并對設備箱內部的設備進行實際運行調試，配置網絡傳輸通道和端口，并將監測站中的設備數據進行上傳。

3.3 運行維護

站點在完成建設后，其每日均會定時將站點數據傳遞給主站，若是某日站點出現異常數據、數據丟包、數據中斷等情況，監測站將會及時發出故障預警信息，相關檢修人員對監測站進行檢修維護。若是監測站處于正常運行狀態，其數據信息會在發送到主站后，通過核心模塊解算后形成形變和形變量曲線圖，供后續參考使用。

4 系統應用情況

自2016 年以來，國家電網公司就基于北斗系統輸電線路地質災害監測預警系統進行了相應的建設試點測試，最終確定此系統可以有效監測、預警地質災害形變情況，且實際動態監測精度可以達到厘米級，靜態監測精度可以達到毫米級，有效實現了試點區域地質災害監測預警效果，繪制出試點區域地質災害形變曲線和形變量曲線，為后續電網防災減災以及系統優化提供重要的數據支持。

5 結語

綜上所述，基于北斗系統的輸電線路地質災害監測預警系統良好地繼承了北斗系統的諸多優點，不僅為輸電線路周邊區域地質災害的監測和預警工作提供了全新的解決途徑，也為電網信息化建設提供了重要的技術支持。但相關研究仍然處于初級階段，相同技術存在一定缺陷，所以此系統僅在小部分區域進行使用，想要進行大范圍普及，還需要不斷完善和升級。