CN105738918A - 基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统及方法，包括基于卫星导航信息融合的基准站、基于卫星导航信息融合的移动站、通信系统以及监控终端，基准站将基准站天线接收到的卫星导航信息信号转换为该天线位置的定位信息，并将上述定位信息与预存的该天线的位置信息进行比较得到差值，以该差值作为差分信号发送给移动站；移动站将移动站天线接收到的卫星导航信息信号转换为该天线位置的定位信息，还接收上述差分信号并利用该差分信号对所述移动站天线位置的定位信息进行误差校正，并把校正后的定位信息传送给基准站，实施本发明的有益效果是：能对输电线路位移进行全天候实时监测，提高了定位精度高，定位误差在0.1米内。

Description

基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统输电线路位移测量技术领域，更具体地说，涉及一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统及方法。

背景技术

输电线路位移(例如舞动、风偏等)是发生于恶劣的自然条件下受许多因素影响的三维运动，发生机理非常复杂，迄今还没有被普遍接收的机理学说，特别是线路采用分裂导线后，增添了子导线间相互影响的因素，问题更趋复杂。线路位移的影响因素研究主要来源于现场的相关数据，因此，线路位移监测技术在舞动和风偏研究中具有重要地位，通过监测，可以掌握位移发生的范围、频度、以及易于位移的气象、地形条件，监测又是验证防舞动设计计算理论、确定防舞动方案以及防舞动效果的重要手段。

输电线路位移远程在线监测方法应用实时监测原理，监测输电线路位移时现场的气候条件、实时地远程监测高压输电线的线路位移情况。通过无线网络由监控中心计算机保存，实时分析在各种天气条件下的线路位移特点和规律，为线路位移的理论研究提供基站手资料，为电力部门的运行提供可以参考的技术手段。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移在线监测方法，克服现有方法在实时测量输电线路位移时的不足，实现对输电线路位移的实时准确测量。

根据本发明的第一方面，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统，包括基于卫星导航信息融合的基准站、基于卫星导航信息融合的移动站、通信系统以及监控终端，所述基准站用于将基准站天线接收到的卫星导航信息信号转换为该天线位置的定位信息，并将所述定位信息与预存的该天线的位置信息进行比较得到差值，还以所述差值作为差分信号发送给移动站；所述移动站用于将移动站天线接收到的卫星导航信息信号转换为该天线位置的定位信息，还接收基准站发送的差分信号并利用该差分信号对所述移动站天线位置的定位信息进行误差校正，并把校正后的定位信息传送给基准站，移动站天线安装在输电线路上；所述通信系统用于将所述基准站获取到的校正后定位信息发送给监控终端。

根据本发明的另一方面，本发明解决其技术问题所还提供了一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测方法，包括基于卫星导航信息融合的基准站、基于卫星导航信息融合的移动站、通信系统以及监控终端，其特征在于，包括以下步骤：

基准站将基准站天线接收到的卫星导航信息信号转换为反映该天线位置的定位信息；

基准站将所述定位信息与预存的该天线的位置信息进行比较得到差值，还以所述差值作为差分信号发送给移动站；

移动站将移动站天线接收到的卫星导航信息信号转换为反映该天线位置的定位信息，移动站天线安装在输电线路上；

移动站接收基准站发送的差分信号并利用该差分信号对所述移动站天线位置的定位信息进行误差校正，并把校正后的定位信息传送给基准站；

通信系统将所述基准站获取到的校正后定位信息发送给监控终端。

实施本发明的基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统及方法，具有以下有益效果：(1)通过移动站与基准站的相互配合检测，通信系统将检测的结果发送回监控终端，能对输电线路位移进行全天候实时监测(2)通过采用基于卫星导航信息融合的技术对输电线路位移在线监测，提高了定位精度高，定位误差在0.1米内。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的监测系统的组成示意图；

图2是本发明的监控系统中基准站的定位设备构成示意图；

图3是本发明的监控系统中移动站的定位设备构成示意图；

图4是本发明的监控系统中基准站和移动站的安装位置示意图；

图5是本发明的监控系统中基准站和移动站之间的差分卫星导航信息融合的信息交换示意图；

图6是本发明的监控系统中基准站和移动站之间的卫星导航信息融合的信息交换示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本专利中的导航信息融合是指同时融合了美国的全球卫星定位信息、中国的北斗卫星定位信息和俄罗斯的格洛纳斯卫星定位信息等多个卫星导航信息，以提高线路位移定位精度。

参考图1，在本发明的基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统中，该监测系统包括：基于导航信息融合的移动站11、基于导航信息融合的基准站12、通信系统13以及监控终端14，其中，一个每个基准站12可以对应多个移动站11，每个基准站12将监测到的信息通过通信系统13发送给监控终端14，发送给通过该监控终端14可以查看输电线路的位移情况。

参考图2、图3，将对本发明的监测系统中的移动站和基准站的具体组成作详细描述。

基于卫星导航信息融合的输电线路位移在线监测方法，包括一个基于卫星导航信息融合的基准站和一个基于卫星导航信息融合的移动站；

1、基准站包括导航信息融合接收机122、无线发送与接收机124、基准站天线121，下面结合图2所示的基准站的定位设备构成示意图详细描述：

天线121通过电缆线与导航信息融合接收机122连接，天线121把接收到的卫星导航信息信号通过电缆传输给导航信息融合接收机122，再通过导航信息融合接收机122把接收到的卫星信号转换成反映天线121位置的信息，这些信息包括：精度、纬度、高度等，这些转换后的天线位置信息与之前通过精确测量得到并保存在导航信息融合接收机的天线位置信息进行比较，得出通过基准站接收机得到的定位信息与精确测量的位置信息的差值，把这个差值作为移动站卫星导航信息融合的差分信号，基准站导航信息融合接收机122通过串口线把得到的差分信号传送到无线发送与接收机124，通过无线发送与接收机124就把基准站导航信息融合接收机122得到的差分信号发送给移动站端的无线发送与接收机，实现了差分信号的传输。

具体连接见图2，差分信号是通过单线箭头传输，其传输方向是：先是导航信息融合接收机122，然后是无线发送与接收机124。

需要说明的是数据服务器123与无线发送与接收机124之间的信息传递是单向的，它们通过串口连接线相连，从无线发送与接收机124到数据服务器123的是移动站部分的经过差分信号校正的定位信息，该服务器123保存来自移动站部分测量得到的定位数据。

2、卫星导航信息融合的移动站组成结构包括天线111、卫星导航信息融合的接收机112、无线发送与接收机113，下面结合图3所示的移动站的定位设备构成示意图详细描述：

移动站部分包括：导航信息融合接收机112、天线111、无线发送与接收机113。天线111是用来接收卫星信号，该信号通过电缆传送给导航信息融合接收机112，同时来自基准站12的差分信号通过移动站部分的无线发送与接收机113接收到，再经串口线传输到导航信息融合接收机112。这样导航信息融合接收机既有来自移动站天线111的卫星信号，又有来自基准站部分的差分信号，导航信息融合接收机112把来自移动站天线的卫星信号转换成反映移动站天线111位置的定位信息，这些定位信息在经过差分信号校正之后就得到了精确的定位信息。导航信息融合接收机112把得到的定位信息通过串口线传送与接收机113连接，这样定位信息就通过无线发送与接收机发送到基准站的无线发送与接收机，基准站的无线发送与接收机在把定位信息传输给数据服务器，通过数据服务器最后定位信息就被保存到基准站的服务器中。

具体连接见图3，信号是通过单线箭头来传输，差分信号的传输方向是：先是无线发送与接收机113，然后是移动站导航信息融合接收机112，如图3所示。

需要说明的是第二导航信息融合接收机112与无线发送与接收机113通过两根串口线分别单向传输的，从第二导航信息融合接收机112到无线发送与接收机113的是来自基准站部分的差分信号，它们之间通过一根串口线相连，而从无线发送与接收机112到第二导航信息融合接收机113的是来自移动站接收机的定位信息，它们之间通过另外一根串口线相连。

3、基准站12、移动站11之间没有电路连接，它们之间只有差分信号与定位信息的相互无线传输，它们之间信息的传输是通过各个装置的无线发送与接收机来实现的，无线发送与接收机通过无线传输实现差分信息与定位信息的传输的。

基准站通过无线发送与接收机把差分信号发送给移动站的无线发送与接收机，在通过串口线到达移动站导航信息融合接收机；移动站通过无线发送与接收机把经过差分后的定位信息发送给基准站的无线发送与接收机，再通过数据服务器把定位信息保存在基准站的数据服务器中。

移动站11被安装在需要进行实时监测的线路上，如图4中的移动站位置。而基准站12是用来提供差分信号的装置，根据基于卫星导航信息融合原理，基准站天线121需要放置在一个经度、纬度、高度等信息已知的位置，这样才能与基准站接收机测量信号进行比较得到差分信号，一般可以通过精确测量手段测量出变电站或者导线杆塔上某一位置的精确经度、纬度、高度等信息，再把基准站天线121固定在这一经度、纬度、高度等信息精确已知的位置处，通过基准站接收机接收卫星信号并转换成该位置的经度、维度、高度等定位信息，得到的定位信息与通过精确测量得到的位置信息进行比较就得到了差分信号，该差分信号作为移动站接收机测量信号的校正信息，以减小差分移动站接收机的测量误差，提高监测系统精确性。

为了利用卫星导航信息融合的定位技术得到输电线路位移的轨迹，需采取卫星导航信息融合的定位方式，即监测系统由基准站和移动站组成。基准站安装在一个地理位置已知(可通过精确测量得到)的固定点上，如可安装在变电站中，也可安装在移动站附近的输电线路杆塔上。移动站安装在需要监测的输电线路上，如图4所示。

下面对本发明提供的基于卫星导航信息融合的输电线路位移在线监测系统的工作模式予以描述：

基于卫星导航信息融合的定位系统工作于实时动态定位(RealTimeKinematic-RTK)模式。基于卫星导航信息融合的基准站与移动站之间的差分数据交换方式为：基准站用无线发送与接收机把差分数据发送给移动站，移动站进行RTK差分解算后，实时输出基准站和移动站之间的基线在三维空间的向量。实时差分定位数据的更新频率为10Hz或更高，移动站再通过无线发送与接收机把移动站的定位信息发送给数据服务器，数据服务器再把实时定位结果传输并保存在数据服务器的硬盘中，如图5所示。由于基准站是固定的，线路上的移动站是随线路一起运动的，所以移动站位置的变化就导致移动站输出的定位信息发送变化，而定位信息中的经度、纬度、高度的变化便可以实时反映输电线路的位移情况。

再利用3D(three-dimensional)技术绘制出移动站的三维运动轨迹与位移频率，该轨迹即是输电线路的位移轨迹与频率，并可计算出输电线路位移的振幅与频率。

需要说明的是，在基准站服务器硬盘中保存的移动站的卫星导航信息融合的实时定位数据，可通过第三代移动通信(3rd-generation，3G)网络传送到控制中心，以便实时分析输电线路导线的位移情况，为防止输电线路发生大的位移时提供预警信息。

参考图6，该方案采用卫星导航信息融合的双频天线，操作简便，功能强大，功耗低、重量轻。基准站(地面)导航信息融合接收机采用NovAtel公司的FLEX6-G1S接收机，移动站导航信息融合接收机同样采用NovAtel公司的FLEX6-G1S接收机，并配置高精度零相位卫星导航信息融合的双频天线。差分后位置精度是2cm，数据更新率1Hz/10Hz/20Hz可选，速度精度0.02m/秒。

在本实施例中，把基准站天线固定在输电线路杆塔上的一个已知经度、纬度、高度等位置信息的位置，在通过接收卫星信号得到测量定位信息，基准站接收机测量得到的定位信息与通过精确测量的定位信息比较得到差分信号。而把移动站固定在实时监测的导线上。

基准站12包括：基准站FLEX6-G1S接收机、双频天线、数据服务器、电台FGR2-FHSSRadio、以及串口线、电缆线和数据连接线等连接固定器件。其中各个元件的连接关系是：卫星导航信息融合的双频天线通过电缆线与FLEX6-G1S接收机相连，FLEX6-G1S接收机通过串口线与服务器和电台FGR2-FHSSRadio相连。差分信号的传输路线是：FLEX6-G1S接收机通过串口线把差分信号传输到电台FGR2-FHSSRadio，电台FGR2-FHSSRadio把差分信号发送到移动站端的电台FGR2-15W。移动站端的定位信息在基准站中传输路线是：电台FGR2-FHSSRadio通过无线网络接收到来自移动站端的电台FGR2-15W发出的定位信号，电台FGR2-FHSSRadio通过串口线传输到数据服务器并保存到数据服务器中。

移动站11包括：移动站FLEX6-G1S接收机、卫星导航信息融合的双频天线、电台FGR2-15W以及串口线、电缆线和网络连接线等连接固定器件。其中各个元件的连接关系是：双频天线通过电缆线与FLEX6-G1S接收机相连，FLEX6-G1S接收机通过串口线1(传输FLEX6-G1S接收机发出的定位信息)与电台FGR2-15W相连。定位信息的传输路线是：FLEX6-G1S接收机通过串口线1把定位信息传输到电台FGR2-15W，电台FGR2-15W通过无线网络传输到基准站端的电台FGR2-FHSSRadio。差分信号的传输路线是：电台FGR2-15W通过无线网络接收到来自基准站端的电台FGR2-FHSSRadio发出的差分信息，电台FGR2-15W通过串口线2传输到FLEX6-G1S接收机。

基准站天线需安装在一个位置相对已知(可通过卫星导航信息融合的精确测量得到该点的位置)的固定点上，如输电线路杆塔或变电站内杆塔上，移动站安装在需要测量的输电线路上。如图4所示。

基准站通过无线发送与接收机把差分信号发送给移动站，移动站接收到基准站的差分信号，利用差分信号对移动站自身接收到的卫星导航信息融合的信号进行误差校正，得出10Hz10cm精度的位置及速度信息。移动站通过无线发送与接收机发送把经过差分处理的定位信息传输给数据服务器，并保存到数据服务器的硬盘上，硬盘上的数据就用来作为绘制线路位移轨迹及其它用途，方案如图6所示。

再利用3D技术绘制出移动站的三维运动轨迹，该轨迹即是输电线路位移轨迹，再计算在单位时间内的位移频率。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测系统，包括基于卫星导航信息融合的基准站(12)、基于卫星导航信息融合的移动站(11)、通信系统(13)以及监控终端(14)，其特征在于，

所述基准站(12)用于将基准站天线(121)接收到的卫星导航信息信号转换为该天线(121)位置的定位信息，并将所述定位信息与预存的该天线(121)的位置信息进行比较得到差值，还以所述差值作为差分信号发送给移动站(11)；

所述移动站(11)用于将移动站天线(111)接收到的卫星导航信息信号转换为该天线(111)位置的定位信息，还接收所述基准站(12)发送的差分信号并利用该差分信号对该移动站天线位置的定位信息进行误差校正，并把校正后的定位信息传送给所述基准站(12)，所述移动站天线(111)安装在输电线路上；

所述通信系统(13)用于将所述基准站(12)获取到的校正后定位信息发送给监控终端(14)。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述的基准站(12)包括：导航信息融合接收机(122)、无线发送与接收机(124)、基准站天线(121)以及数据服务器(123)，

所述基准站天线(121)用于接收卫星导航信息信号，所述导航信息融合接收机(122)用于将基准站天线(121)接收到的卫星导航信息信号转换为反映该天线(121)位置的定位信息，并将所述定位信息与预存的该天线(121)的位置信息进行比较得到差值，并以此差值作为差分信号通过所述无线发送与接收机(124)发送出去；

所述无线发送与接收机(124)还用于接收所述移动站(11)发送的校正后的定位信息，所述数据服务器(123)用于保存所述导航信息融合接收机(124)接收到校正后的定位信息。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述的移动站(11)包括：导航信息融合接收机(112)、无线发送与接收机(113)、移动站天线(111)，

所述移动站天线(111)用于接收卫星导航信息信号，所述导航信息融合接收机(112)用于将基准站天线(111)接收到的卫星导航信息信号转换为反映移动站天线(111)位置的定位信息，还接收所述基准站(12)发送的差分信号并利用该差分信号对该移动站天线位置的定位信息进行误差校正，并通过所述无线发送与接收机(123)将校正后的定位信息发送给所述基准站。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述基准站(12)与所述移动站(11)之间无线连接。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述基准站天线(121)安装在输电线路杆塔或变电站内杆塔上。

6.一种基于卫星导航信息融合的输电线路位移监测方法，包括基于卫星导航信息融合的基准站(12)、基于卫星导航信息融合的移动站(11)、通信系统(13)以及监控终端(14)，其特征在于，包括以下步骤：

所述基准站(12)将基准站天线(121)接收到的卫星导航信息信号转换为反映该天线位置的定位信息；

所述基准站(12)将所述定位信息与预存的该天线(121)的位置信息进行比较得到差值，还以所述差值作为差分信号发送给所述移动站(11)；

所述移动站(11)将移动站天线(111)接收到的卫星导航信息信号转换为反映该天线位置的定位信息，所述移动站天线(111)安装在输电线路上；

所述移动站(11)接收所述基准站(12)发送的差分信号并利用该差分信号对该移动站天线位置的定位信息进行误差校正，并把校正后的定位信息传送给所述基准站(12)；

所述通信系统(13)将所述基准站(12)获取到的校正后定位信息发送给所述监控终端(14)。

7.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述的基准站(12)包括：导航信息融合接收机(122)、无线发送与接收机(124)、基准站天线(121)以及数据服务器(123)，

所述基准站天线(121)接收卫星导航信息信号后，所述导航信息融合接收机(122)将基准站天线(121)接收到的卫星导航信息信号转换为反映该天线(121)位置的定位信息，并将所述定位信息与预存的该天线(121)的位置信息进行比较得到差值，并以此差值作为差分信号通过所述无线发送与接收机(124)发送出去；

所述无线发送与接收机(124)接收所述移动站(11)发送的校正后的定位信息，所述数据服务器(123)保存所述导航信息融合接收机(124)接收到校正后的定位信息。

8.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述的移动站(11)包括：导航信息融合接收机(112)、无线发送与接收机(113)、移动站天线(111)，

所述移动站天线(111)接收卫星导航信息信号后，所述导航信息融合接收机(112)将基准站天线(111)接收到的卫星导航信息信号转换为反映移动站天线(111)位置的定位信息，接收所述差分信号并利用该差分信号对所述移动站天线(111)位置的定位信息进行误差校正，并通过所述无线发送与接收机(123)将校正后的定位信息发送给所述基准站(12)。

9.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述基准站(12)与所述移动站(11)之间无线连接。

10.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述基准站天线(121)安装在输电线路杆塔或变电站内杆塔上。