北斗卫星导航系统在电力行业中的应用研究

张 洁，李兰心，宋 磊

（国网思极神往位置服务（北京）有限公司，北京 100000）

近年来，随着卫星定位技术的不断发展，其渗透到了多个领域，同时也带来了一场技术革命。相比于以往的技术，其具有两个显著特征，即定位的精准性与使用范围之广。在实际研究过程中，我们要拓宽研究视野，将重心放到新型技术的研究上，如了解全球卫星导航系统精密实时动态（Real-Time Kinematic，RTK），查阅相关资料了解该技术是如何消除卫星轨道误差的？大气传播误差又是如何消除的？在此基础上利用高精度的载波相位观测量，实现从厘米到毫米级的精确定位。

近年来，随着信息技术的不断发展，电网公司改变了以往的发展路线，在规划、基建、运检等多个领域中引入了高新技术，在此基础上进行地质灾害监测预警、线路故障定位等，取得了良好的效果。为适应电网行业日新月异的变化，国家电网局启动了北斗卫星应用综合服务平台项目设计与建设，在此基础上开展了基准站的设计与施工，并取得了良好的进展，对于电网整个行业的发展也有重要意义。

1 研究背景及意义

北斗卫星导航系统是我国自主研发的系统，其定位比较精确，且能在短时间内准确定位，在此基础上进行短报文通信与精密授时。该系统于本世纪二十年代初正式开通，标志着我国在航空航天领域又有了新的突破。随着北斗系统的建设进程不断加快，其服务能力也有了显著提升，且产品也被应用于多个领域，如交通运输、海洋渔业、水文监测等，同时也从一定程度上推动了社会的发展，为全球经济发展注入了源源不断的活力。

未来十到二十年内，信息技术的不断发展能带动整个电力行业的发展，同时也能带动我国城镇化的建设速度。同时，将北斗系统的高精度技术应用于电力行业中能够使该行业取得重大突破，特别是能促进智能电网系统的建设，进而促成配电系统的优化。从另一个角度来看，国家电网公司电力系统的优化是一项民生工程，积极推动电力行业落地应用和服务机制的优化尤为重要。

近年来，多个电力企业引入了北斗卫星系统，同时也深入到了电网系统的各个核心业务中，对于整个电力企业的发展有重要的引导意义。从另一个角度来讲，北斗卫星系统的搭建还要促进各种资源相互配合，这种情况下也能有效解决相关系统在资源配置过程中存在的各种问题，同时也能进一步提高服务质量。此外，将北斗卫星系统应用于电力行业中还需要综合考虑多种因素，如提高整个信息系统的安全性，避免信息泄露。

未来几年，北斗导航定位技术将渗透到多个领域，与各种通信技术、5G技术衔接起来，通过这种方式也能开拓立体化的发展空间，提升整个电力系统的智能化特征。电力北斗卫星系统在应用过程中，要注重综合平台的搭建，同时还要推动各个试点工作稳步进行。平台运行过程中还要对整个系统进行集约化管理，打造全方位的电力北斗安全防护体系。

通过长期的研究我们发现北斗平台一体机的应用能够有效提升整个系统的运行效率，对于整个平台来说，也有显著的调节作用，突出体现在其能降低平台的运维难度。在运行过程中相关人员也要做好监督工作，实时监测整个系统的运行情况，避免其出现突发事件，通过这种方式也能确保国家电网系统的安全性。

北斗卫星导航系统在电力系统中的应用能够带来一场技术革命，同时，该技术也有很强的数据分析能力，借助该技术能优化整个服务体系。在该技术应用过程中，我们也可协同GIS技术开拓别样的技术空间，提升整个系统计算的精确度。同时，该系统的稳定性也比较好，能够保证数据稳定传输，当数据增多时，系统内的储存器也能自动扩容。北斗卫星导航系统在电网中的应用也能促进上下游众多企业在芯片研发制造、软件系统、产品集成等方面的研发推广，进一步推动电力企业的健康发展。

2 北斗卫星导航系统在电力行业中的应用

2.1 增加北斗信道提高信息传输的可靠性

就目前电力现场作业中，工作人员常采用PDA+无线网络（3G/GPRS）与供电、检修部门进行通信对接，并借助无限网络进行数据传输与数据分析。相比于传统网络数据传输模式，这种混合式对接能够很好地满足作业基本要求，PDA内置的GPS模块也能为供电部门提供实时的定位与导航服务。但这种模式以无线网络为基准，对周边环境信号要求较为严苛。一旦网络通信系统出现故障，有关部门与作业小组的通信就会中断，对PDA的远程控制也会出现问题，数据安全、数据信息的准确性也难以得到相应的保障。而北斗卫星导航系统的有效介入，能够最大程度上稳固通信信号，并为无线网络传输进行部分数据分担，即使在信号薄弱的地区，PDA仍然能够实现远程监控，确保现场作业的安全性。

2.2 北斗精密授时功能在电力系统中的应用

就目前电力系统内部结构来看，各个端、受端的分布较为广泛，每一个子系统独立且分散。为了保证系统内部各个环节的统一性，一般会在系统内安设自动化装置，通过定时提醒，缩短每个子系统工作间的误差。但一般电力系统往往长时间运作，自动化装置长时间的超负荷运行会使得积累误差越来越大，导致系统整体运行出现安全问题。而在系统中安设北斗精密授时系统，既能实现系统与国际时间的统一，又能形成良好的冗余设计，与自动化装置形成交替式运行模式，减少积累误差现象的出现，提高电力系统运行效率。

2.3 北斗定位搜索功能在电力系统中的应用

现阶段我国大多数电力企业将GPS定位技术作为自身运行、发展的根本，但这一技术多为国外引进，所以可靠性、自主性均存在一定隐患。北斗定位搜索功能作为北斗卫星导航系统的重要优势，不仅能满足电力生产、电力管理等工作开展的实际需求，而且可通过GPS数据定位实时反馈系统，精准测量场地作业规模（误差小于1 dm），确保作业的安全性。同时，在作业过程中，相关人员可借助大数据，对作业情况进行实时监控，并以此调整原有的作业方案，提高数据的可靠性与真实性。

2.4 北斗短报文功能在电力系统中的应用

与传统的GPS、GLONASS定位系统相比，北斗卫星导航系统展现了良好的应用价值，不仅能实现精准定位、全面监控作业情况，而且还具备北斗短报文功能，能够与作业小组进行实时信息传输，确保作业的顺利进行。不仅如此，该系统具有良好的适应力，能够根据作业环境进行灵活调整，打造良好双向数字报文通信的工作架构，确保作业工作的高质量开展。

其功能特点如下：

（1）通过北斗系统的主动定位功能，能够及时指挥作业小组，远程把控他们的实时位置与作业情况，实现信息数据的正向反馈。

（2）通过北斗短报文服务功能，能够有效弥补传统山间作业存在的短板，与作业人员及时进行数据交互，尤其在不可抗力因素下，具有十分重要的现实意义。

（3）基于北斗短报文服务功能，能够建立指挥中心、作业小组的共同渠道，并通过作业反馈制定针对性作业方案，并利用终端数据传输平台与通信设备搭建沟通网络，实现电力作业任务的联动和防护。

2.5 北斗系统在运检领域中的应用

2.5.1 北斗在智慧工地中的应用

目前无人机工程施工管理模式大多都为人工操控，不仅需要投入大量的人力，而且信息采集、地形踏勘多以GPS技术为基础，加之技术的限制与数据的模糊性，使得该技术难以在企业间进行应用推广。与其相比，北斗卫星导航系统具有高精度、易操作等特点，能够帮助无人机快速监测地形数据，并根据施工周边环境制定针对性作业方案，确保施工的顺利进行。同时，北斗卫星导航系统的水平精度小于5 m、高程小于10 m，在物联网、大数据等信息技术的加持下，能够保证动态精度在3～5 cm间，为施工方案制定提供了良好的技术支持。一般施工可选用220 kV或500 kV线路，依托北斗卫星导航系统的实时监控与数据收集，对无人机飞行路径进行监控，提高远程运行监测、远程运行数据分析能力。在北斗卫星导航系统实时监控中，还可为无人机安设RTK模块，以此进一步实现厘米级定位，实现智能化高精度巡检。不仅如此，根据无人机的功能及用途，还可搭载不同的测量模块，加快智慧工地的建设步伐。

（1）搭载激光雷达，对地下管道、设备元件进行空间点云数据采集，获取工地设备基本信息的同时，为后续检修工作开展提供数据支持。同时，将采集的数据进行分割，落实到对应的设备上，构建对应的数字化模型，能够进一步确保数据的真实性与可靠性。

（2）与地图系统形成良好联动，为无人机策略提供高精度位置服务支持。将电线路杆塔三维模型作为节点，结合无人机轨迹路线，设计自主导航飞行+自动避障的巡检模式，从而确保各个区域数据的高精度。

（3）搭建全自动/半自动起飞、巡视拍照、降落模块，根据预设路线，将拍摄的照片、影像实时上传至指挥中心，通过人工、大数据，生成巡检报告，保证施工作业的顺利进行。无人机的应用架构如图1所示。

图1 无人机应用架构

2.5.2北斗在杆塔倾斜监测中的应用

杆塔倾斜往往是因为长时间的侵蚀或是车辆撞击而导致的，作为架空输电线路的重要设施，一些企业往往会加装缓冲保护装置来防止一般外力对其造成破坏，但当出现杆塔倾斜时，检修人员往往无法第一时间掌握问题设备，只能根据型号逐一排查。同时，面对设备具体运行情况、存在的问题，检修人员也难以第一时间拿出具体方案，降低了抢修工作的效率。为此，可借助北斗卫星导航系统，通过安设报警装置，实现对输电线杆塔实时监控，确保杆塔的无故障运行。

首先，根据输电线杆塔数量，采用合适的安设方案。一般来讲，常用的方法有阵列安设、隔列安设、区域安设。将报警装置垂直安设于输电线杆塔内部，通过5G通信技术，搭建监管平台，以“绿正红警”的形式分布在平台上。通过对设备报警信号的实施读取，监测杆塔坐标和倾斜情况，并对可能存在的问题进行预测。当输电线杆塔出现倾斜、预倾斜的情况时，报警器迅速变红，反馈于指挥中心，相关人员则可根据报警器的位置快速定位故障点，并对该设备进行数据采集、存储、通信、信号处理等自检功能，判断其是否能正常工作，以此为后续维修人员方案制定提供参考。杆塔监测应用架构如图2所示。

图2 杆塔监测应用架构

2.5.3 北斗在变电站沉降监测中的应用

变电站沉降除了自身体积过大以外，还与强风、暴雨、地震等灾害有着密切联系。一旦地质结构出现变化，就会产生地表下沉或是不均匀沉降，进而导致安全事故及地质灾害。对于变电站内的设备设施、建筑也会造成严重威胁。而传统的检测装置，虽然能预测到灾害的发生，但由于数据的不准确性，无法推算出灾害区域，并未从根本上形成良好的预警机制。而北斗卫星导航系统依托其高精度、实时性等特点，能够实现全天候、不间断地三维高精度测量，并依托大数据、人工智能等信息化技术，准确推算出具体的受灾地区，为预防工作开展提供了许多便利。同时，北斗卫星导航系统还可根据变电站实际运行情况，对当前地质变化作出分析，计算微小沉降及不均匀沉降可能出现的概率，反馈于指挥中心。即使发生异常沉降，也可在第一时间制定处理措施，大大保证了人们的安全。地质监测装置如图3所示。

图3 地质监测装置

3 结束语

综上所述，北斗卫星导航系统在电力企业发展中起到了良好的应用价值。推动北斗卫星导航系统与电力企业高度融合，既能构建北斗电力行业信息化发展的新格局，又能提高北斗卫星导航系统的知名度，形成多元化的产业链，推动我国经济市场的发展。对此，在新的时代背景下，各个电力企业应全面解读北斗卫星导航系统的核心内涵，明确其在各个领域上的具体应用，立足互联网技术，把握时代主题，积极引入北斗卫星导航系统，提高自身风险防控能力的同时，保证电网的安全稳定运行，进而加快我国智能化电网建设的步伐。