多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)在電線舞動預(yù)警及資金效益優(yōu)化中的應(yīng)用

摘"要：隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和日趨復(fù)雜，電線舞動已成為威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要因素。為此，本文對多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)在電線舞動預(yù)警和資金效益優(yōu)化中的應(yīng)用進行了深入研究，擬從多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測原理出發(fā)，融合光學(xué)、雷達(dá)和氣象等多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電線狀態(tài)和周圍環(huán)境的多維度監(jiān)測。在輸電線路舞動預(yù)警中，利用多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)準(zhǔn)確捕捉舞動參數(shù)，結(jié)合氣象資料分析預(yù)報。通過對大量實測資料的分析，該方法能較好地提取不同天氣條件下的舞動參數(shù)。在資金效益最優(yōu)方面，通過降低設(shè)備維修費用，減少事故損失，合理規(guī)劃資金投入，體現(xiàn)出明顯的效益。

關(guān)鍵詞：多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)；電線舞動預(yù)警；資金效益優(yōu)化；電力系統(tǒng)

電力是現(xiàn)代社會生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)能源，其穩(wěn)定供給對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。然而，在電網(wǎng)運行過程中，電線舞動頻繁會導(dǎo)致電線斷線、金具損壞、桿塔傾斜甚至倒塌等重大事故，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的正常運行。近年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的快速發(fā)展，利用多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測電線舞動成為可能。多源衛(wèi)星遙感融合了多顆衛(wèi)星的優(yōu)勢，可以獲得多維度、高精度的觀測數(shù)據(jù)。目前，該技術(shù)雖然已經(jīng)在鋼絲繩舞動預(yù)警方面得到一些應(yīng)用，但是仍然存在很大的發(fā)展空間，特別是其投資效益最優(yōu)化的潛力還有待開發(fā)。因此，開展基于多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測的輸電線路舞動預(yù)警與資金效益優(yōu)化研究，對于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、提高資金使用效率具有重要意義。

一、電線舞動的危害及傳統(tǒng)監(jiān)測方法的局限

電線舞動是指電線在一定的天氣條件下，由于風(fēng)力的作用，電線產(chǎn)生較大的低頻振動。當(dāng)舞動嚴(yán)重時，會造成輸電線路斷股，連接金具松動或損壞，還會導(dǎo)致桿塔倒塌，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全可靠運行。據(jù)不完全統(tǒng)計，在高風(fēng)區(qū)，每年由電線舞動引起的斷股事故多達(dá)幾十起，金具損毀多達(dá)數(shù)百起，這些事故不僅增加了設(shè)備維護費用，而且可能造成停電時間過長，給用戶帶來不便［1］。傳統(tǒng)的輸電線路舞動監(jiān)測手段主要有現(xiàn)場人工巡視和地面監(jiān)測設(shè)備兩種。由于受地形、氣候等因素的制約，傳統(tǒng)的人工巡檢方式很難實現(xiàn)長距離輸電線路的連續(xù)、綜合監(jiān)測。盡管地面監(jiān)測裝置可以對局部區(qū)域電線舞動進行實時監(jiān)測，但存在監(jiān)測范圍小、設(shè)備維護費用高、易受外界干擾等不足，難以滿足現(xiàn)代大規(guī)模輸電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的需求。

二、多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的原理與優(yōu)勢

多源衛(wèi)星遙感綜合利用了多源衛(wèi)星資源，如光學(xué)、雷達(dá)和氣象衛(wèi)星等。光學(xué)衛(wèi)星分辨率高，能清楚地顯示電線的形態(tài)及周圍的地理環(huán)境；雷達(dá)衛(wèi)星不受氣象條件的限制，可以在惡劣天氣條件下進行連續(xù)監(jiān)測，并獲得電線的三維空間數(shù)據(jù)；氣象衛(wèi)星對電線舞動過程中的風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度等進行實時監(jiān)測，是分析電線舞動成因的重要依據(jù)。而利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，將多源衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)進行融合，可以實現(xiàn)電線舞動的多維度分析，提高監(jiān)測精度與可靠性。另外，衛(wèi)星覆蓋范圍廣，可實現(xiàn)對遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域輸電線路的綜合監(jiān)控，如光學(xué)衛(wèi)星能提供米量級的分辨率，清楚地看到電線上的細(xì)微變化；而雷達(dá)衛(wèi)星則能在惡劣天氣如大雨、沙塵等情況下，對電線的位置及形態(tài)進行精確監(jiān)控；氣象衛(wèi)星能實時提供風(fēng)速和風(fēng)向等氣象資料，是分析電線舞動的重要依據(jù)［2］。

三、多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)在電線舞動預(yù)警中的應(yīng)用策略

（一）舞動參數(shù)的精確獲取

輸電線路舞動是現(xiàn)代電網(wǎng)運行管理中的一項重要內(nèi)容，為實現(xiàn)對電線舞動的精確監(jiān)測，利用光學(xué)衛(wèi)星與雷達(dá)衛(wèi)星的協(xié)同監(jiān)測技術(shù)至關(guān)重要。利用光學(xué)衛(wèi)星的高分辨成像能力，可以清楚地捕捉到電線的空間位置及形態(tài)變化；雷達(dá)衛(wèi)星憑借其不受氣象條件限制的微波探測優(yōu)勢，可以在復(fù)雜天氣條件下穩(wěn)定獲取電線的相關(guān)信息。通過兩種方法的協(xié)同工作，可以實現(xiàn)對電線舞動幅值、頻率和相位等關(guān)鍵參量的實時測量。這些參數(shù)是評價電線工作狀況的關(guān)鍵，如果超出了正常范圍，則有可能造成安全隱患。這個時候，先進的監(jiān)控系統(tǒng)就能快速做出反應(yīng)，并發(fā)出警報，為后續(xù)故障排除及處理爭取寶貴的時間。通過對某區(qū)域輸電線的長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在強風(fēng)天氣條件下，光學(xué)衛(wèi)星與雷達(dá)衛(wèi)星協(xié)同的優(yōu)勢更加明顯。他們可以精確地監(jiān)控電線舞動的幅度和頻率，如在8級大風(fēng)天氣下，衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確捕捉到電線舞動幅度達(dá)1.5m、頻率0.5Hz的不正常現(xiàn)象，這是常規(guī)監(jiān)測手段所不能及的。在惡劣天氣條件下，由于能見度低、設(shè)備易損等原因，傳統(tǒng)的人工巡檢和簡單的地基傳感器監(jiān)測手段很難準(zhǔn)確獲取這些關(guān)鍵參數(shù)，難以及時預(yù)警隱患。

（二）氣象條件與舞動關(guān)系分析

為深入理解電線舞動發(fā)生機理，做好應(yīng)對措施，需要利用氣象衛(wèi)星獲取的氣象資料，構(gòu)建氣象要素與電線舞動的相關(guān)性模型。氣象衛(wèi)星能夠?qū)崟r監(jiān)測大氣環(huán)境參數(shù)，如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等，為研究電線舞動與氣象條件的關(guān)系提供了豐富的素材。綜合分析歷史資料及實時氣象資料，可預(yù)估不同天氣狀況下電線舞動的可能性及強度。通過對近5年來的氣象資料及電線舞動記錄的細(xì)致分析，當(dāng)風(fēng)速大于6級，風(fēng)向與電線方向成30°～60°時，電線舞動的概率將大幅增加。這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，對電力運行管理部門具有一定的借鑒意義。在此基礎(chǔ)上，利用氣象衛(wèi)星對氣象資料進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)符合上述條件的氣象條件，就會發(fā)出預(yù)警，提醒有關(guān)部門采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。為提高預(yù)警的準(zhǔn)確性與時效性，還可以結(jié)合更多氣象參數(shù)及線路運行數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化與改進關(guān)聯(lián)模型。據(jù)統(tǒng)計，該方法可對超過80%可能發(fā)生的電線舞動事故進行預(yù)警，極大地降低了因電線舞動引發(fā)的電網(wǎng)事故風(fēng)險［3］。

（三）實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建

通過整合和利用來自不同來源的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個實時監(jiān)測和預(yù)警體系對于確保電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行具有極其重要的意義，該先進的系統(tǒng)能夠?qū)崟r地將多源衛(wèi)星觀測資料，包括光學(xué)、雷達(dá)以及氣象衛(wèi)星等多種類型的數(shù)據(jù)，傳輸至地面的監(jiān)測中心。基于這些數(shù)據(jù)，開發(fā)出了一套能夠迅速處理和深入分析的軟件工具，從而實現(xiàn)了對電線舞動現(xiàn)象的實時監(jiān)控和精確預(yù)警。在監(jiān)測到任何異常情況時，系統(tǒng)能夠通過短信、電子郵件、報警系統(tǒng)等多種通信方式及時通知相關(guān)的管理人員，使他們能夠迅速采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

如某電力企業(yè)已經(jīng)建立并運行了這樣一個實時監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，經(jīng)過2年的運行，該系統(tǒng)已經(jīng)累計發(fā)布了超過500次的預(yù)警信息，其中有效預(yù)警的比例高達(dá)90%以上。取得如此高效的預(yù)警效果，主要歸功于該系統(tǒng)采用了尖端的數(shù)據(jù)處理算法，并且實施了嚴(yán)格的質(zhì)控制度。實際應(yīng)用案例證明，該系統(tǒng)已經(jīng)有效地預(yù)防了許多潛在的重大事故，在強對流天氣條件下，系統(tǒng)通過對電線舞動的幅值、頻率等關(guān)鍵參數(shù)的異常變化進行實時監(jiān)測，能夠及時發(fā)出預(yù)警信號；相關(guān)部門在接收到預(yù)警后，會迅速組織專業(yè)人員前往現(xiàn)場進行調(diào)查和處理，并對輸電線路的張力進行適當(dāng)調(diào)整，采取必要的防風(fēng)加固措施，從而有效地避免了因電線舞動導(dǎo)致的斷線事故，確保了電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行。

四、多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)助力資金效益優(yōu)化的體現(xiàn)

（一）降低設(shè)備維護成本

多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測電線的溫度、張力、振動等關(guān)鍵參數(shù)，并對其進行實時監(jiān)測，如電線在使用過程中由于受到外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生了輕微磨損，衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)就能及時發(fā)現(xiàn)并發(fā)出警告。電力部門可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)，預(yù)先制訂維修計劃，防止故障擴大。據(jù)某電力企業(yè)統(tǒng)計，在采用多源衛(wèi)星監(jiān)測前，由于設(shè)備早期故障不能及時發(fā)現(xiàn)，每年造成的維護費用高達(dá)500萬元。采用多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)后，電力部門可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，提前對設(shè)備進行針對性維修，從而降低設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障后更換的概率。如今，該企業(yè)的年維護費用降至300萬元，降幅達(dá)40%，這一成本的大幅度降低，既能有效地減輕企業(yè)的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，又能使有限的維修資金得到更合理的利用。

（二）減少事故損失

多源衛(wèi)星聯(lián)合監(jiān)測電線舞動預(yù)警對防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義，綜合考慮氣象、地形、線路運行狀態(tài)等因素，可準(zhǔn)確地預(yù)測電線舞動的發(fā)生概率及程度。電網(wǎng)一旦發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生舞動風(fēng)險，就能及時采取措施，如及時調(diào)整運行參數(shù)、減載、加固關(guān)鍵設(shè)備等。在事故發(fā)生時，利用多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)快速反應(yīng)，及時發(fā)現(xiàn)事故，精確定位事故位置。電線舞動事故發(fā)生時，多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)及時預(yù)警，使電力部門能及早采取應(yīng)對措施，使事故損失降到最低程度。據(jù)估計，如不能及時預(yù)警、及時處理，這次事故將造成超過1000萬元的經(jīng)濟損失，而及時干預(yù)后，損失只有200萬元，使損失減少80%。這充分說明了多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)對降低電網(wǎng)事故損失，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要意義［4］。

（三）優(yōu)化資金配置

多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測獲取的高精度數(shù)據(jù)，可為電力企業(yè)科學(xué)規(guī)劃、合理配置電力資源提供科學(xué)依據(jù)。經(jīng)過長時間的監(jiān)測與分析，企業(yè)可以清楚地了解各地區(qū)輸電線路的風(fēng)險情況。例如，某電力企業(yè)通過對多源衛(wèi)星監(jiān)測資料的細(xì)致分析，發(fā)現(xiàn)某地區(qū)因地處山區(qū)，地形復(fù)雜，氣象條件多變，易發(fā)生電線舞動。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)合理地調(diào)整資金配置策略，把資金主要用于區(qū)域設(shè)備的維修與更新。企業(yè)不僅更換了一些陳舊的設(shè)備，采用了更先進的抗風(fēng)電線和塔架，而且加強了設(shè)備的日常巡視和監(jiān)控。運行1年后，該區(qū)域電線舞動發(fā)生率下降60%，為供電安全、穩(wěn)定提供了有力保障。與此同時，與全部輸電線路設(shè)備全面升級方案相比，這次有針對性的資金投入節(jié)約了30%，使資金得到最優(yōu)配置。

五、多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)在電線舞動預(yù)警與資金效益優(yōu)化中的應(yīng)用保障

（一）數(shù)據(jù)處理與分析難題

多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理與分析面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量高達(dá)TB級，覆蓋了光學(xué)圖像、雷達(dá)掃描等多種數(shù)據(jù)類型和格式。這給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模式帶來了很大的困難，不能從海量的數(shù)據(jù)中快速地提取出有用的信息。在電力設(shè)施監(jiān)測領(lǐng)域，衛(wèi)星獲取的海量影像數(shù)據(jù)蘊含復(fù)雜地理環(huán)境與用電設(shè)備信息，如何對其運行狀態(tài)及潛在故障進行準(zhǔn)確識別是關(guān)鍵。為了解決這個難題，需要開發(fā)新的數(shù)據(jù)處理算法與軟件［5］。與此同時，針對數(shù)據(jù)分析師的專業(yè)化培訓(xùn)也是必不可少的，通過課程與實務(wù)操作訓(xùn)練，可以使員工掌握資料分析的工具與方法，并提升分析資料的能力。

（二）監(jiān)測精度提升需求

現(xiàn)代多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)在精度上已有較大提高，但在實際應(yīng)用中仍不可避免地存在誤差，難以滿足高精度監(jiān)測需求。以電力行業(yè)為例，受衛(wèi)星傳感器性能和外界環(huán)境等因素的影響，對電線微小變化的監(jiān)測存在一定的誤差，這可能會造成電線磨損、斷線等隱患難以及時準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。為進一步提高監(jiān)測精度，必須對衛(wèi)星傳感器進行持續(xù)改進與優(yōu)化。首先，目前世界上已有多個國家開展新一代衛(wèi)星遙感技術(shù)的研究，新型傳感器可以更清晰地捕捉電力設(shè)備的細(xì)節(jié)信息，使空間分辨率提高到米級，甚至厘米級，并縮短數(shù)據(jù)收集周期，實現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控。其次，為了提高監(jiān)測精度，通過在不同區(qū)域設(shè)置地面驗證站，實現(xiàn)對衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)的校驗與校驗。工作人員可親臨現(xiàn)場對電力設(shè)備的參數(shù)進行測量，并將其與衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)進行對比分析，及時發(fā)現(xiàn)和糾正誤差，從而進一步提高數(shù)據(jù)的精度，保證監(jiān)測結(jié)果的可靠性。

（三）法規(guī)政策完善要求

多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，給電力行業(yè)帶來了數(shù)據(jù)隱私性、安全性和數(shù)據(jù)使用權(quán)等方面的挑戰(zhàn)［6］。目前，由于缺乏明確的法律法規(guī)，部分電力企業(yè)在利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)時存在著許多安全隱患，一些企業(yè)可能會在未經(jīng)授權(quán)的情況下使用包含個人隱私的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，或在共享過程中未采取有效的安全措施，從而增加了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。要解決這一問題，就需要政府及有關(guān)部門完善相應(yīng)的法律法規(guī)、政策等，明確哪些數(shù)據(jù)可用于電力監(jiān)控，哪些數(shù)據(jù)涉及隱私或安全，不得隨意使用。

結(jié)語

多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)，由于其獨特的多維監(jiān)測能力、高精度的測量以及大范圍的覆蓋特性，對于電線舞動預(yù)警和電網(wǎng)運行效益的優(yōu)化發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這種技術(shù)的應(yīng)用，使得我們能夠?qū)﹄娋€舞動進行精確的監(jiān)測和及時的預(yù)警，從而有效減少舞動現(xiàn)象對電網(wǎng)造成的損害，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。此外，多源衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)的運用，還能顯著降低設(shè)備的維修成本、減少因事故造成的損失，并且有助于優(yōu)化資金的配置，其經(jīng)濟效益是十分顯著的。然而，多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用也面臨著一些挑戰(zhàn)，比如，數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性較高、監(jiān)測精度尚需進一步提升，以及相關(guān)法律法規(guī)尚待完善等問題。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，未來需要持續(xù)增加對多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)研發(fā)的投入，不斷創(chuàng)新和完善多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)，以提升監(jiān)測系統(tǒng)的性能和應(yīng)用水平。同時，政府及相關(guān)部門也應(yīng)當(dāng)加強政策引導(dǎo)和管制，為多源衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造一個更加有利的政策環(huán)境。

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［4］國網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司.基于北斗定位的輸電線舞動監(jiān)測方法、系統(tǒng)、設(shè)備和介質(zhì)：CN202411"002711.2［P］.20241217.

［5］周軍，方鎮(zhèn).基于多源傳感的高壓配電網(wǎng)輸電線舞動系統(tǒng)［J］.通信電源技術(shù)，2023，40（6）：6971.

［6］任佳穎，李小雨，房體育，等.基于間隔棒跟蹤的輸電線舞動檢測［J］.濟南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，36（4）：424432.

項目：本文系廣西壯族自治區(qū)教育廳2023年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目課題“北斗星基增強定位技術(shù)在電力線路舞動監(jiān)測中的研究應(yīng)用”（項目編號：2023KY1356）的階段性研究成果

作者簡介：梁東（1983—"），男，壯族，廣西南寧人，本科，中級工程師，研究方向：信息與通信應(yīng)用。