基于GPS定位技术的导线弧垂测量系统

胡成城，刘　波，李　凯（安徽送变电工程公司，安徽合肥230022）

基于GPS定位技术的导线弧垂测量系统

胡成城，刘波，李凯（安徽送变电工程公司，安徽合肥230022）

目前在输电线路弧垂的检测方法有两种：架空输电线路导线紧线时一般在塔山采用绑扎弧垂板的方法进行平行四边线法观测弧垂；山区在地面采用经纬仪角度进行弧垂观测，这两种方法都是采用光学观测，对能见度要求较高，遇到浓雾、夜间等能见度差状态下无法进行弧垂观测，传统的观测方法在能见度差的情况下只能停工等待。

GPS定位；导线；弧垂；测量；系统

随着电网建设的快速发展，新建的输电线路越来越多，特别是特高塔输电线路和跨区域联网输电线路等工程建设规模大，使得输电线路穿越高山、大江、大河、高海拔地区、长期大雾地区、无人区等，工施工条件越来复杂，施工难度越来越大，高压架空输电线路的弧垂是线路设计、施工、运行的主要指标，关系到线路安全运行。

目前，国内在架空输电线路施工紧线时，一般在塔上采用绑扎弧垂板的方法进行平行四边线法观测弧垂，山区在地面采用经纬仪角度进行弧垂观测，这些弧垂观测方法均为光学观测，对能见度要求较高。开发出一套基于GPS定位技术的全数字式架空输电线路导线弧垂观测系统，在国内还是尚未见提出。

1　系统简介

系统应用了现代GPS卫星定位技术与计算机通信、单片微型计算机控制、无线数字通信网络等多学科技术领域充分结合，对架空输电线路雾区紧线施工弧垂观测提供了新的有利手段，解决了工程施工的实际困难。系统由中心基站、GPS数据参数站、导线弧垂GPS监测小车三个主要部分组成。在架空输电线路张力放线施工过程中对雾区紧线施工弧垂观测实现了实时监测。

2　系统工作原理

架空输电线路导线紧线弧垂GPS精确测量系统，主要由GPS信息参考站、GPS移动监测站、导线水平张力监测终端、系统数据监测终端等设备组成，利用安装在导线任意一点的遥控载荷小车上的载荷-GPS定位终端和导线紧线端安装拉力传感器对导线紧线弧垂值进行实时动态观测，达到施工紧线的目的，紧线时对观测弧垂的能见度要求非常低，可以在浓雾、黑夜等无法进行弧垂观测的条件下进行紧线作业。

为保证GPS定位数据的定位精度，对GPS定位系统的组建采用RTK差分方式保证定位精度，系统应用了现代GPS卫星定位技术与计算机通信、单片微型计算机控制、无线数字通信网络等多学科技术领域充分结合，对架空输电线路雾区紧线施工弧垂观测提供了新的有利手段，解决了工程施工的实际困难。系统由中心基站、GPS数据参数站、导线弧垂GPS监测小车三个主要部分组成。在架空输电线路张力放线施工过程中对雾区紧线施工弧垂观测实现了实时监测。

2.1中心基站系统软件

中心基站系统软件具有较强数据处理能力和界面输入、输出功能，施工前将观测档杆塔坐标、挂点高差等数据录入中心基站系统软件，施工过程中根据监测数据进行运算处理，动态显示GPS小车的实时位置、子导线相对位置的视频图像、GPS小车所处位置的弧垂和导线的最大弧垂等数据信息，并实时绘制观测档内的导线弧垂模拟图。

2.2监测终端

监测终端的核心即为传感器，根据不同类型的传感器和安装位置的不同分别采用不同封装形式进行封装，最终要求安装方便，调试便捷。

2.3参数计算原理

当两个移动站与基准站建立起RTK链接时，可得到两个移动站的天线高程数据，将两个移动站天线的高程数据作差值计算即可得到两个移动站的天线高差。根据导线任意点弧垂计算：

图1

设移动站A的天线高程为HA，经纬度坐标分别为NA EA；

移动站B的天线高程为HB，经纬度坐标分别为NB EB；

移动站A的天线极化点距导线悬挂点的距离为L。

则根据移动站A、B的经纬度坐标可计算出两个移动站的直线距离S，即据导线悬挂点距离；小车测量已知量：①小车高程Hc；②小车与杆位中心距离Lc。

预知量：观测档两悬点高程Ha、Hb

计算数据：

fs=Ha-Hc-L1（利用三角形相似）

说明：计算时以A点作为计算参考点：

A、B悬挂点等高时，悬挂点高程与小车高程即为小车处导线弧垂；

A点较B点低时：

此时Ha－Hb＜0因此：

所以fs=Ha－Hc＋L1可改写为fs=Ha－Hc－L1。

B点较A点低时：

此时Ha－Hb＞0则根据移动站A、B的经纬度坐标可计算出两个移动站的直线距离S，即据导线悬挂点距离；

移动站B所在点的弧垂即为fs=HA-HB-L根据测量数据所计算出的弧垂fs即为导线上在距离移动站A所处杆塔S处的导线弧垂，即导线任意一点弧垂，根据所计算出的导线上在距离移动站A所处杆塔S处的导线弧垂，可对导线最大弧垂进行推导计算。在观测计算是为提高测量精度可取出多组GPS测量数据进行算术平均后进行计算。

2.4系统供电

根据架空输电线路工程施工现场多处于野外，不具备有源电源的特点，系统全部设备采用锂离子蓄电电池供电，为使有效减小设备体积和重量，在满足一个放线区段导线全部展放完毕的需要，在系统设备电路设计时全部采取低功耗设计，通过精细计算合理选择电池供电电压和电池容量，设计电源智能管理电路对设备电源进行智能化管理，是系统具备了休眠与唤醒功能，合理利用电池电量，将电池电量利用率达到最大化，通过实际测试系统中心基站供电电池充满电后可持续工作24h。

3　结束语

系统应用了现代传感器测量及GPS卫星定位技术与计算机通信、单片微型计算机控制、无线数字通信网络等多学科技术领域充分结合，架空输电线路施工过程中导线弧垂能够实时检测，有效解决了浓雾区段导线弧垂观测的难题，为雾区架线施工的顺利完成提供了可靠的技术保障，该系统的成功应用，为送电线路工程架线施工的科学指挥提供有力技术保障，为电网建设的科技创新和施工建设过程更加安全、可靠、高效运行积累宝贵经验，降低了工程成本的开支，该套系统的使用在工程施工中取得较大的社会效益和经济效益。

［1］［美］David Tse Pramod Viswanath，著.无线通信基础.人民邮电出版社，2007.

［2］曹卫彬.C/C++串口通信典型应用实例编程实践.电子工业出版社，2009.

［3］张大明，彭旭昀，尚静基.单片微机控制应用技术.机械工业出版社，2006.

［4］岑阿毛.架空输电线路施工技术大全.宁波出版社，1996.

P228.4

A

2095-2066（2016）26-0123-02

2016-9-2

基于GPS定位技术的弧垂观测系统，是借助于现代科技手段实现的不受时间、天气影响的第三种输电线路弧垂观测方法，文章介绍了基于GPS定位技术开发研制的弧垂观测系统在架线施工过程中应用的情况，重点讲述了系统的架构、技术原理和功能。