一城一北斗|基于北斗高精度定位技術的線路桿塔監測研究

申報單位:中國南方電網有限責任公司

聯合申報單位:南方電網數字電網科技(廣東)有限公司

主要完成人:樊靈孟、鄧偉昉、方陽、陳遠、羅建業、盧操

一、案例簡介

輸電線路桿塔是電力系統的核心基礎設施，在運行過程中不僅需要承受自身和導線的垂直載荷，還需要承受導線架空后的張力載荷，其結構穩定性直接影響電網運行安全。輸電線路桿塔因地質災害、極端天氣或材料老化發生傾斜或者倒塔斷線，使輸電線路陷于癱瘓，導致大范圍停電甚至安全事故，造成重大經濟損失。南方電網公司輸電線路規模龐大，地形及氣象變化復雜，桿塔多位于偏遠山區，傳統人工巡檢周期長、效率低，難以實時捕捉輸電線路桿塔傾斜隱患等問題，發生嚴重形變時，會引起桿塔斷線、倒塔等事故的發生，嚴重影響電網安全穩定運行。如何使輸電桿塔等重要電力設備狀態可感知可預測，實現全天候高精度實時在線監測，實現智能風險預警和主動維護，對保障電網安全穩定運行具有重要意義。案例通過邊端一體化集成設計的北斗地災監測裝置，融合視頻圖像、毫米級北斗高精度定位、傾斜監測等功能，并支持整合應立計、裂縫計和氣象監測等異構數據，實現全天候無人值守在線監測。通過全景影像拼接，24小時循環錄像，實現全景監測，AI識別支持山火煙霧識別、吊車和施工機械等外力破壞識別。通過高精度定位技術實時監測電力桿塔空間位移、塔基沉降、傾斜趨勢。根據桿塔傾斜形變監測數據分析結果，設置位移、傾角等告警閾值，通過平臺彈窗、短信、辦公軟件推送等多渠道進行告警并提出處置建議，形成直觀、立體監測網絡，為電網運行安全、電力資產全生命周期管理和預測性維護提供有力數據支撐。

二、技術方案

輸電線路桿塔監測方案中，平臺遵循“4321+”數字化轉型技術路線要求，集成于生產運行支持系統，基于統的數據底座。通過全城物聯網9平臺實現監測端數據全面接入，結合了北斗導航定位技術、i報文通信技術、多源數據融合技術等關蝕技術，使用智瞰統 地圖服務和南方電網北斗基準站網，實現多源立體協同動態監測、地質災害危險性評價、基于氣象預報的地質災害危險性動態趨預測、地質災害風險動態分級預警。提高南方電網防范地質災害綜合能力，提升電網本質安全水平。電力桿塔多位于山地、峽谷等復雜地形，針對山體遮擋、植被遮擋/反射等多略徑效應，輸電線路強電磁干擾。暴雨、冰雪等極端天氣影響，偏遠地區通信盲區，供電系統可籃性不足，異構數據協同困難等問題，基于北斗高精度定位終端抗干擾技術方面的突破，研制高集成地質災害監測終端，借用北斗短報文通訊能力，復用已建成北斗地基增強站網，基于北斗綜合服務平臺、南網智瞰平臺定位及地圖能力，在生產運行支持系統開展多源數據融合應用，實現癌米級精準地災監測預警服務、桿塔級水汽預測和氣象監測預報能力、360全景監測，支撐數字生產。

三、創新亮點

1)研制高集成化低功耗北斗地災綜合監測裝置：基于GNSS高精度接收機定位技術、低功耗高精度GNSS芯片以及前后左右下五個通道攝像頭，將MEMS傳感器技術、窄帶通信技術、嵌入式系統休眠喚醒技術融合起來，可以全天候提供毫米級高精度位移監測信息以及360°全景圖像視頻監測。采用太陽能板加蓄電池方式，實現連續陰雨天無陽光狀態下可續航30天以上。同時具備數字網關功能，可接入微氣象、線夾測溫、雨量計和土壤含水率計等多源傳感器數據，根據監測場景需求進行選配應用。

2)融入全景圖像視頻智能監測能力：360°全景監測，支持前后左右4個攝像頭，雙路180°全景高清圖像監測拼接，滿足安裝位置點周邊360°全景錄像，連續7*24小時循環錄像；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，能夠實時捕捉桿塔底部區域的變化情況；圖像視頻抓怕功能，可手動抓拍，也可根據需求設置自動抓拍間隔時長；云邊融合前端AI識別功能，支持山火煙霧識別、吊車和施工機械等外力破壞識別。

3)復用已建設北斗基礎設施，深度結合業務需求：相較于傳統“1+1”監測模式，基于北斗VRS以及長基線監測解算技術，復用已建成北斗地基增強站網，提供精準地災監測預警服務，滿足桿塔監測精度的同時，降低工程量與建設成本。同時基于生產運行支持系統，開展平臺功能建設，結合業務習慣，推出累計順向/橫向位移、順向/橫向傾斜率監測數據展示等輸電領域定制化功能，使場景監盤更直觀。

4)擴展氣象預測及差分服務功能：基于PPP-B2b/原始觀測數據，利用對流層延遲(PWV)恢復斜路徑對流層延遲(slant PWV),三維水汽層析模型重構監測區的三維水汽場，實現桿塔級水汽預測，結合背景場與氣象監測數據，可實現桿塔級微小區域氣象預報。同時，對于當期數據穩定性較好的北斗地災綜合監測裝置，可快速部署為臨時基準站，通過實時回傳原始觀測數據到北斗綜合服務平臺，協同現有動態組網技術，為無人機巡檢、人員安全管控等場景提供厘米級實時動態差分定位服務，提高現有差分服務的可用性、穩定性。