一城一北斗|基于北斗高精度定位技術(shù)的線路桿塔監(jiān)測研究

申報(bào)單位:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司

聯(lián)合申報(bào)單位:南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)科技(廣東)有限公司

主要完成人:樊靈孟、鄧偉昉、方陽、陳遠(yuǎn)、羅建業(yè)、盧操

一、案例簡介

輸電線路桿塔是電力系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，在運(yùn)行過程中不僅需要承受自身和導(dǎo)線的垂直載荷，還需要承受導(dǎo)線架空后的張力載荷，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。輸電線路桿塔因地質(zhì)災(zāi)害、極端天氣或材料老化發(fā)生傾斜或者倒塔斷線，使輸電線路陷于癱瘓，導(dǎo)致大范圍停電甚至安全事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。南方電網(wǎng)公司輸電線路規(guī)模龐大，地形及氣象變化復(fù)雜，桿塔多位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，傳統(tǒng)人工巡檢周期長、效率低，難以實(shí)時(shí)捕捉輸電線路桿塔傾斜隱患等問題，發(fā)生嚴(yán)重形變時(shí)，會(huì)引起桿塔斷線、倒塔等事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。如何使輸電桿塔等重要電力設(shè)備狀態(tài)可感知可預(yù)測，實(shí)現(xiàn)全天候高精度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)智能風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和主動(dòng)維護(hù)，對(duì)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。案例通過邊端一體化集成設(shè)計(jì)的北斗地災(zāi)監(jiān)測裝置，融合視頻圖像、毫米級(jí)北斗高精度定位、傾斜監(jiān)測等功能，并支持整合應(yīng)立計(jì)、裂縫計(jì)和氣象監(jiān)測等異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全天候無人值守在線監(jiān)測。通過全景影像拼接，24小時(shí)循環(huán)錄像，實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)測，AI識(shí)別支持山火煙霧識(shí)別、吊車和施工機(jī)械等外力破壞識(shí)別。通過高精度定位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測電力桿塔空間位移、塔基沉降、傾斜趨勢(shì)。根據(jù)桿塔傾斜形變監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，設(shè)置位移、傾角等告警閾值，通過平臺(tái)彈窗、短信、辦公軟件推送等多渠道進(jìn)行告警并提出處置建議，形成直觀、立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為電網(wǎng)運(yùn)行安全、電力資產(chǎn)全生命周期管理和預(yù)測性維護(hù)提供有力數(shù)據(jù)支撐。

二、技術(shù)方案

輸電線路桿塔監(jiān)測方案中，平臺(tái)遵循“4321+”數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)路線要求，集成于生產(chǎn)運(yùn)行支持系統(tǒng)，基于統(tǒng)的數(shù)據(jù)底座。通過全城物聯(lián)網(wǎng)9平臺(tái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測端數(shù)據(jù)全面接入，結(jié)合了北斗導(dǎo)航定位技術(shù)、i報(bào)文通信技術(shù)、多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)等關(guān)蝕技術(shù)，使用智瞰統(tǒng) 地圖服務(wù)和南方電網(wǎng)北斗基準(zhǔn)站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多源立體協(xié)同動(dòng)態(tài)監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、基于氣象預(yù)報(bào)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)趨預(yù)測、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)分級(jí)預(yù)警。提高南方電網(wǎng)防范地質(zhì)災(zāi)害綜合能力，提升電網(wǎng)本質(zhì)安全水平。電力桿塔多位于山地、峽谷等復(fù)雜地形，針對(duì)山體遮擋、植被遮擋/反射等多略徑效應(yīng)，輸電線路強(qiáng)電磁干擾。暴雨、冰雪等極端天氣影響，偏遠(yuǎn)地區(qū)通信盲區(qū)，供電系統(tǒng)可籃性不足，異構(gòu)數(shù)據(jù)協(xié)同困難等問題，基于北斗高精度定位終端抗干擾技術(shù)方面的突破，研制高集成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測終端，借用北斗短報(bào)文通訊能力，復(fù)用已建成北斗地基增強(qiáng)站網(wǎng)，基于北斗綜合服務(wù)平臺(tái)、南網(wǎng)智瞰平臺(tái)定位及地圖能力，在生產(chǎn)運(yùn)行支持系統(tǒng)開展多源數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)癌米級(jí)精準(zhǔn)地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警服務(wù)、桿塔級(jí)水汽預(yù)測和氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)能力、360全景監(jiān)測，支撐數(shù)字生產(chǎn)。

三、創(chuàng)新亮點(diǎn)

1)研制高集成化低功耗北斗地災(zāi)綜合監(jiān)測裝置：基于GNSS高精度接收機(jī)定位技術(shù)、低功耗高精度GNSS芯片以及前后左右下五個(gè)通道攝像頭，將MEMS傳感器技術(shù)、窄帶通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)休眠喚醒技術(shù)融合起來，可以全天候提供毫米級(jí)高精度位移監(jiān)測信息以及360°全景圖像視頻監(jiān)測。采用太陽能板加蓄電池方式，實(shí)現(xiàn)連續(xù)陰雨天無陽光狀態(tài)下可續(xù)航30天以上。同時(shí)具備數(shù)字網(wǎng)關(guān)功能，可接入微氣象、線夾測溫、雨量計(jì)和土壤含水率計(jì)等多源傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測場景需求進(jìn)行選配應(yīng)用。

2)融入全景圖像視頻智能監(jiān)測能力：360°全景監(jiān)測，支持前后左右4個(gè)攝像頭，雙路180°全景高清圖像監(jiān)測拼接，滿足安裝位置點(diǎn)周邊360°全景錄像，連續(xù)7*24小時(shí)循環(huán)錄像；下視場景可視化，下通道配備日夜一體鏡頭，提供水平110°廣角視野，能夠?qū)崟r(shí)捕捉桿塔底部區(qū)域的變化情況；圖像視頻抓怕功能，可手動(dòng)抓拍，也可根據(jù)需求設(shè)置自動(dòng)抓拍間隔時(shí)長；云邊融合前端AI識(shí)別功能，支持山火煙霧識(shí)別、吊車和施工機(jī)械等外力破壞識(shí)別。

3)復(fù)用已建設(shè)北斗基礎(chǔ)設(shè)施，深度結(jié)合業(yè)務(wù)需求：相較于傳統(tǒng)“1+1”監(jiān)測模式，基于北斗VRS以及長基線監(jiān)測解算技術(shù)，復(fù)用已建成北斗地基增強(qiáng)站網(wǎng)，提供精準(zhǔn)地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警服務(wù)，滿足桿塔監(jiān)測精度的同時(shí)，降低工程量與建設(shè)成本。同時(shí)基于生產(chǎn)運(yùn)行支持系統(tǒng)，開展平臺(tái)功能建設(shè)，結(jié)合業(yè)務(wù)習(xí)慣，推出累計(jì)順向/橫向位移、順向/橫向傾斜率監(jiān)測數(shù)據(jù)展示等輸電領(lǐng)域定制化功能，使場景監(jiān)盤更直觀。

4)擴(kuò)展氣象預(yù)測及差分服務(wù)功能：基于PPP-B2b/原始觀測數(shù)據(jù)，利用對(duì)流層延遲(PWV)恢復(fù)斜路徑對(duì)流層延遲(slant PWV),三維水汽層析模型重構(gòu)監(jiān)測區(qū)的三維水汽場，實(shí)現(xiàn)桿塔級(jí)水汽預(yù)測，結(jié)合背景場與氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)桿塔級(jí)微小區(qū)域氣象預(yù)報(bào)。同時(shí)，對(duì)于當(dāng)期數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好的北斗地災(zāi)綜合監(jiān)測裝置，可快速部署為臨時(shí)基準(zhǔn)站，通過實(shí)時(shí)回傳原始觀測數(shù)據(jù)到北斗綜合服務(wù)平臺(tái)，協(xié)同現(xiàn)有動(dòng)態(tài)組網(wǎng)技術(shù)，為無人機(jī)巡檢、人員安全管控等場景提供厘米級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位服務(wù)，提高現(xiàn)有差分服務(wù)的可用性、穩(wěn)定性。