北斗地基增强站应用配置设计系统软硬件平台设计

北斗地基增强站应用配置设计系统软硬件平台设计

盛从兵 陈鹏 邢鹏

国网河南省电力公司濮阳供电公司，河南 濮阳 457000

摘要：通过本项目研究建立统一的输电线路北斗沉降在线系统，提供高质量的北斗双频测量数据，获得毫米级精度位置数据，通过结合省公司国家北斗地基增强站的数据，利用北斗数据处理引擎，进行基站和定位点之间基线解算，获取铁塔高精度的实时三维坐标，提升输电杆塔管理水平。 关键词：北斗沉降；一站多用；云计算；变形监测

0引言

2020年作为北斗全球通信覆盖的最终完成年份，到时将全面使用北斗系统，2020年6月份国网河南省电力公司北斗地基增强网基准站开始在全省布局建设，加密了地基服务提高了北斗服务精度待全部建设完成，届时将形成河南电力北斗地基增强网络，可提供授时精度达到50纳秒、差分定位精确至亚米级或毫米级的应用服务。国网河南省电力公司根据“均匀布站”原则，从全省电网GIS平台提取110个变电站坐标数据，最终经过实地勘测共同确定36个站点作为基准站。借助北斗精准定位服务，国网河南省电力公司将在无人机巡检、杆塔倾斜监测、变电站人员安全管控、风偏舞动监测、地质灾害监测和短报文通信等方面开展创新应用；通过深化电网运检、营销、基建和调控等业务领域北斗应用，提升电网生产和运维检修精益化水平，保障电网本质安全。

1现状

（1）覆盖大范围的地质灾害实时监测系统的设计。对地质灾害的监测最早是使用传感器和站点采集数据的方式，这种方式得到的数据比较准确，但是要实现数据的传输比较困难，往往需要大量布线形成大区域的站点布局，这会造成后期维护困难且站点获取的数据量较少，也很难对地质灾害进行宏观统计分析。

（2）GNSS定位精度具有空间相关性特征，空间相关性将随测站间距离的增加而减弱，从而导致定位精度降低。而特高压输电塔多数分布范围广，且大多经过大面积水库、湖泊和崇山峻岭，在铁塔附近建设稳定的北斗基准站，存在选址困难、运维时效性低的问题。为提供全省范围的毫米形变监测服务，传统监测服务基线长度在15公里左右，需要布设大量基准站，因此必须攻克长基线近实时毫米级形变监测技术，以减少国内基准站部署数量，充分利用现有基准站资源。

（3）高压输电线路无线电干扰和电磁散射对北斗卫星信号影响的抑制。高 压输电线路电晕放电会产生无线电干扰，同时特高压线路作为大型金属障碍物，对邻近的北斗监测站接收空间卫星所发信号可能会产生一定程度的屏蔽和散射。国外关于高压输电线路对GPS/北斗接收信号影响的研究较少,而国内更是尚未开展相关研究,随着电力建设的加速推进,开展高压输电线路对北斗信号影响的研究十分必要。

2研究内容

1）北斗沉降监测原理

北斗高精度定位技术用于毫米级或厘米级应用通常用到的是北斗相对定位原理。相对定位是用两台（或多台）接收机分别安置在一条（或多条）基线的两端，同步观测相同的北斗卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。在相对定位时，通过对观测量求差，可以消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，消去整周模糊度参数等，使基线精度提高，如图1所示。

在需要定位的铁塔上布置北斗监测天线，结合国家北斗地基增强站的数据，然后通过加密的通信传输网络把解算所需要的载波相位数据、星历等数据同时发送到数据中心，数据中心获得每个监测点和基站的原始实时数据流，利用北斗数据处理引擎，进行基站和定位点之间基线解算，获取铁塔高精度的实时三维坐标。

2）基于混合云的北斗高精度形变监测专有服务系统

基于混合云的北斗高精度形变监测专有服务系统主要涉及数据源包括：基站观测数据、监测点观测数据，以及星历、精密星历。基于业务数据的安全性以及资源专有性的顾虑，所以单独搭建专有服务系统，将参与解算的参考站观测数据、以及星历精密星历数据解算引擎部署到电网数据中心，包括解算任务的调度、解算引擎、监控、管理等都在客户的专有服务系统上完成。因此，解算平台部署对应的架构如图:

微毫米级解算专有服务平台结构拓扑图

QX FindMM解算引擎：形变监测精密后处理引擎，通过一定弧段的监测点和参考站观测数据和星历数据解算，得到监测点毫米精度的坐标。以解算集群的方式，为客户提供专有解算服务；

QX FindMM解算调度：以一定策略将客户的监测点解算任务调度至最合适的解算引擎；

QX FindMM监测点网关：作为监测点同专有云的桥梁，将监测点观测数据落地到专有云的大规模存储服务。具有监控连接、数据等能力；

QX FindMM专有云管理：通过WEB界面能够对支持的客户专有云进行管理和控制，主要包括增加客户专有云、服务准入许可（类似License）、集群管理和统计；

参考站观测数据：基站观测数据；

星历服务：星历以及精密星历数据；

通讯基础设施：包含数据传输，交互控制，安全认证等。

3）北斗地基增强站应用

本系统与国家北斗地基增强网成功对接，既实现了一站多用又可避免重复建设的资源浪费，又实现了高精度位置信息跨区域服务。使用国家北斗地基增强网资源，对本系统可带来以下优势：

（1）、充分利用北斗高精度基础设施，降低监测成本

充分利用全国一张网，并可根据需要虚拟出近距离站点。

利用平台，进行高精度位置数据解算和数据分析。

结合大数据分析，使监测结果更准确，减少误报漏报。

（2）、充分考虑各种环境因素影响

全天候全天时连续监测采集数据，为铁塔变形和安全分析提供海量数据基础。

可作为区域地质灾害分布分析、辅助决策、提前预警的可靠依据。

（3）、高可靠性

拥有的云计算平台支撑能力，确保服务的可靠、稳定、高效、迅速。

基于北斗的变形监测系统已在大坝、桥梁、边坡、露天矿监测等领域广泛应用。

3.项目研究的关键和难点。

北斗高精度解算模块作为整个系统的核心模块，综合利用最小二乘解算算法和扩展卡尔曼滤波解算模型等，对前端回传的原始数据进行预处理，得出接收机钟差和伪距单点定位，同步完成周跳探测和修复之后，通过计算浮点解坐标、估计对流层参数，再选择合适的模糊度固定算法，进行基线解算，得出高精度的定位结果。北斗站点网关对北斗站点数据接入实现统一管理控制，先进的解算引擎和精准的解算调度综合保障系统的核心功能的实现，同时系统以 API 接口提供高效访问，完成对系统与其他应用软件之间的信息互联和数据统一管控。

高压输电线路无线电干扰和电磁散射对北斗卫星信号影响的抑制。高 压输电线路电晕放电会产生无线电干扰，同时特高压线路作为大型金属障碍物，对邻近的北斗监测站接收空间卫星所发信号可能会产生一定程度的屏蔽和散射。国外关于高压输电线路对GPS/北斗接收信号影响的研究较少,而国内更是尚未开展相关研究,随着电力建设的加速推进,开展高压输电线路对北斗信号影响的研究十分必要，即使技术关键也是难点。

3创新点

（1）输电线路杆塔北斗沉降在线监测系统设计的基本原则是必要性、经济性、可靠性与先进性相结合。必要性原则是指监测项目和内容要能反映塔架结构的性能及相关的工作环境状态；经济性原则是指在满足要求的前提下，尽量减少测点以降低成本；可靠性原则是指系统的软硬件本身的长期可靠与稳定，即系统在一定服役期间（设计寿命内）必须能正常运行、安全可靠；先进性原则是指该系统的建成应代表国内先进水平。

（2）系统应该具有很好的开放性、兼容性。在满足功能要求的前提下，应充分考虑现代技术的快速发展，以便系统升级。同时能够实现与通讯工程、管理养护等系统对接，实现信息共享。

（3）可操作和易于维护性：系统正常运行后应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，方便更新换代。

（4）以最优成本控制：本方案的一个原则就是利用最优布控方式做到既节省项目成本、后期维护投入的人力及物力，又能最大限度发挥出实际监测的效果。

4结语

通过本文的研究，得出结论：项目研究的系统，解决了传统以人力资源投入为主的线路运检模式对电网公司运检质量和效率的提升形成制约，通过北斗增强地面网的应用加快了运检信息化建设，推动运检业务向自动化、智能化发展。

利用我国自主研发北斗卫星导航系统和地质灾害监测预警技术，用来监测输电线路杆塔本体及周边环境的变化情况，实现对地质隐患监测点全天时、全天候、高精度的实时形变监测，为防灾减灾决策提供科学依据，为地质灾害防治质量、效率和提高新时期杆塔管理水平提高奠定基础。

通过本项目研究建立统一的输电线路北斗沉降在线系统，提供高质量的北斗双频测量数据，获得毫米级精度位置数据，通过结合省公司国家北斗地基增强站的数据，利用北斗数据处理引擎，进行基站和定位点之间基线解算，获取铁塔高精度的实时三维坐标，提升输电杆塔管理水平。

参考文献：

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