文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
前言随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国电网的建设步伐加快，输电线路的安全运行管理也日趋重要。我国对输电线路安全运行管理的重视程度也越来越高。
输电杆塔作为电网运行中重要的基础设施，其结构稳定性和牢固性直接影响到电网能否安全稳定运行。在实际工程中，由于外力破坏、自然灾害等原因，杆塔容易发生位移，从而影响到线路的安全可靠运行，给国民经济造成一定损失。
当前，我国在杆塔稳定性监测方面，主要是采用GPS定位技术或北斗卫星导航定位系统（BDS）来对杆塔进行位移监测和变形监测，但在一些特殊地形和恶劣气候条件下，定位精度很难满足要求。
北斗差分定位技术北斗差分定位技术是我国自主研发的新一代卫星导航定位系统，相比GPS，其定位精度更高、速度更快、功能更强。北斗卫星导航系统采用星地双频信号，将所有的地面信号源同时用作自身定位和测向的参考信号，从而实现全球范围内实时、高精度的三维导航定位。
北斗卫星导航系统可提供全天候的全球高精度定位服务，可以满足城市交通、大型建筑等高精度动态测绘的需要。北斗卫星导航系统可用于测量距离和距离变化率，用于地面控制、车辆跟踪等。北斗卫星导航系统采用双频技术，精度更加细致。
此外，北斗卫星导航系统还可提供实时精密定位服务，采用载波相位观测值进行实时动态定位（RTK），其定位精度可达厘米级。
北斗差分定位技术是以基准站为核心，采用载波相位观测值实时差分的方法实现北斗卫星导航系统的定位精度。在基准站上利用北斗卫星导航系统进行观测数据采集处理，实时生成基准站坐标信息；然后将基准站坐标信息通过无线电传输方式传输给控制中心和终端用户。
在输电线路中使用北斗卫星导航系统进行输电线路的精准监测，可以实现对输电线路的实时监测和故障诊断，是传统测量方法无法比拟的。
为克服传统GPS测量技术和设备的局限性，本项目设计了一种基于北斗差分定位技术的输电杆塔失稳监测系统。
该系统采用北斗差分技术和GPS接收机进行数据采集和处理；采用高精度GNSS接收机和高精度GPS天线进行数据采集和处理；通过无线通讯模块将数据传输给终端用户。
输电杆塔失稳检测系统的设计北斗差分定位技术的输电杆塔失稳检测系统是在原有的监测系统中增加了北斗差分定位功能，在原有的监测系统中，有一个稳定的接收信号模块，通过对天线发射信号进行放大和滤波处理后，再传输到接收端，最后通过北斗差分定位模块进行数据传输。
其中在接收端需要采用GPS接收机接收来自于卫星的数据信息，通过对这些数据进行处理，然后将处理后的数据通过GPRS模块发送到服务器端进行处理和分析。
输电杆塔失稳检测系统中使用的北斗差分定位模块是具有北斗二代导航定位技术的多功能模块，具有高精度、抗干扰能力强、可扩展性好等优点。
北斗差分定位模块在原有的监测系统中采用了低功耗设计，将其与GPRS模块连接，在GPRS模块中加入GPS定位模块进行数据传输，然后将数据发送到服务器端。
在服务器端软件设计中采用了VB编程语言进行编写，根据相关资料可知，VB是一种在Windows系统下使用的编程语言，具有开发周期短、功能强大等优点。
VB程序设计主要分为两大部分：数据处理和通信程序。其主要功能为：接收卫星导航定位数据、GPRS传输数据和发送短信。
VB程序设计中的主要功能包括：利用VB编程语言编写相应的程序，根据GPS数据进行数据处理、北斗定位模块以及GPRS模块的通信等功能。
系统采集到的原始数据在通过GPRS网络传输到服务器端进行处理和分析后，将分析结果传输到服务器端进行显示和存储。
系统所使用的通信方式主要有两种：GPRS和短信。在GPRS模块中加入GPS模块进行数据传输，通过GPRS网络发送到服务器端。
短信的发送方式主要是利用北斗差分定位模块进行发送，利用短信编写程序将数据发送到指定的号码，在接收到数据后对其进行处理，最终通过短信服务将处理后的数据以文本或图形等形式发送给用户。
根据相关资料可知，北斗差分定位技术的输电杆塔失稳检测系统是由无线传输模块、接收模块和数据处理模块三部分组成。其中，无线传输模块的作用是将北斗差分定位模块接收到的卫星导航定位数据和GPRS网络传输数据进行无线传输。
系统硬件架构北斗卫星导航定位系统具有全球覆盖、全天候、全天时和全球定位的能力，是我国重要的空间基础设施。该系统的建立，将会极大地提高我国在空间信息技术领域的核心竞争力，为我国经济社会发展和国家安全提供更加可靠的技术支撑。
在本系统中，北斗卫星导航定位系统是整个系统的基础，因此，本系统主要是基于北斗卫星导航定位系统而设计，下面对该系统的硬件架构进行简要分析。系统的硬件架构如图3所示。
该系统主要由信号处理模块、GPS模块、北斗模块、无线通信模块、电源电路和存储电路等构成。
信号处理模块：包括硬件控制单元和软件算法单元两部分。硬件控制单元主要是完成对北斗卫星导航定位系统中的基准站接收端与接收机之间的数据传输接口电路，以及基准站与基站之间的数据传输接口电路；
软件算法单元主要是完成对GPS信号接收端与接收机之间的数据通信接口电路，以及GPS信号接收端与基站之间的数据传输接口电路。
GPS模块：采用美国GPS公司生产的GPS-RTK定位系统，主要用来测量卫星到接收机之间的距离，利用卫星在空中所发射出来的信号来计算出接收机的位置。
北斗模块：采用北京北斗星通公司生产的北斗-GPS组合定位芯片，主要用于实现对卫星导航定位信号进行接收和解算，同时将解算出的用户位置信息通过通信模块传输到接收端。
无线通信模块：包括收发器、天线等部件，主要用于接收来自于卫星信号，并将其传输到基站，同时将基站发送出来的用户位置信息通过通信模块传输到用户端。
电源管理模块：主要包括电池充电电路和蓄电池管理电路两部分，主要用于为卫星导航定位系统提供电力支持，以及对电池进行充电和放电管理。
传感器传感器主要是用于检测输电杆塔的位移，位移传感器的结构设计主要是为了提高输电杆塔的稳定性和监测精度，主要有以下几点：
采用新型应变式传感器，是一种常用的传感器，可以测量杆体的受力变形，一般常见的有轴力、弯矩、拉力、压力等。应变式传感器能够精确测量杆体受到的拉力、压力等外力，所以本文采用应变式传感器。
利用北斗差分定位原理，本系统采用北斗卫星导航定位系统作为差分定位系统，这样可以确保系统在没有基站的情况下也能实现高精度定位。
根据本系统的测量要求，将北斗差分定位原理中的授时电路进行优化设计，确保北斗信号在传输过程中不会出现延时。
根据实际情况进行线路安装时，可以选择增加两个或多个加速度计对杆塔进行监测，这样可以更准确地测量杆塔受力变形。
对于一些特殊情况的杆塔，例如在冬季或者台风季节时，由于环境因素和人为因素会导致输电杆塔产生一定程度的变形。为了减少对正常工作状态下输电杆塔变形的影响，可以在杆塔上增加两个或多个加速度计对杆塔进行监测。
在系统运行过程中可能会出现一些异常情况，例如在天气潮湿或者下雨时，可能会导致一些湿度传感器发生故障。因此需要在湿度传感器周围增加一个湿度计来测量空气中的湿度。
对于一些特殊情况下需要对输电杆塔进行监控时，可以选择在杆体内安装一个磁电传感器来监测杆体内的磁场变化。
控制器本设计中的控制器包括主控制单元和通信单元。主控制单元完成对采集数据的处理，并根据处理结果进行相应的控制，如接收传感器的测量数据、发送接收到的数据，控制系统中电机工作。通信单元主要负责将采集到的数据和控制信息发送至终端。
主控制单元设计主要包括对各传感器数据处理和对电机工作控制两部分。
在系统工作时，主控制单元首先将采集到的数据进行预处理后传送至主控芯片接收到数据后对传感器进行监测，并根据传感器监测结果发出相应的控制信号；控制器根据主控芯片发送过来的信号对电机进行控制，通过设置电机转速来控制杆塔偏转角度；
根据杆塔偏转角度大小决定是否启动电机；如果电机启动且转速达到设定值，控制器发出停止电机信号；如果未启动电机且转速不超过设定值，则控制器发出信号进行判断并输出控制信号。
笔者观点针对输电杆塔失稳，目前已有一些比较成熟的方法，如基于激光雷达的无人机倾斜摄影测量技术，但对于输电杆塔失稳监测而言，由于输电杆塔稳定性评估需要的数据量较大，并且需要多个参数进行联合评估，目前在该领域还处于研究阶段；
基于GPS定位技术的输电杆塔失稳监测系统虽然可以满足需求，但对GPS定位精度要求高，且GPS信号容易受到干扰；
基于北斗卫星导航系统的输电杆塔失稳监测系统虽然可以满足需求，但对北斗卫星导航系统本身的稳定性要求高，在稳定性和抗干扰方面还有待进一步研究；基于无线传感器网络技术的输电杆塔失稳监测系统由于其自身局限性也未得到广泛应用。
参考文献
1.胡东胜：基于北斗差分定位的输电杆塔失稳监测系统设计及应用。《中国电力科学》，年。
2.许兴华：北斗卫星导航系统在输电线路监测中的应用。《中国电力学周刊》，年。
3.张启军：基于北斗卫星导航系统的输电线路三维轨迹实时监控系统研究。《电力发展规划》，年。
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