一種基于高精度定位的電力線路監管系統

盧海權，戴 宇，宋洪剛，張捷華，施健坤，金順吉

(1.國網東陽市供電公司，浙江 金華 321000；2.浙江網澤科技有限公司，浙江 杭州 310000）

地理位置、環境條件及人為因素是影響電網安全穩定的重要因素。地理方面，在我國華北地區包含華北平原和黃土高原等多種地勢，這類型土地最大的特點是土質松軟，且長期受流水侵蝕。分散性大及地質問題使得建設在這里的桿塔極易受到外力破壞，包括桿塔傾斜、位移等，從而導致輸電線路受到威脅。極端惡劣氣候環境，使線路極易受到外力破壞，包括線路覆冰、老化，鄰近林區的自然火災等災害。人為的電力設施破壞和偷盜等也比較頻繁，其中大型機械違規施工成為破壞高壓線路的主要因素，因為高壓架空線路距離地面較遠，處于地面的施工人員有時會忽略或者對大型機械與線路的距離把控不準確，從而導致了電力線路的故障，且由于機械設備都屬于金屬材質，因此還會威脅到施工人員的生命安全[1]。

高精度定位技術一般指dm 級別或cm 級別的定位，這種精度的定位與5～10 m 精度定位有了本質區別，同時這種高精度的定位設備從成本上也允許大規模部署使用。精度在30～50 cm，完全可以區分房間，也可以很好區分一小塊區域，譬如是否進出某個房間，譬如一塊危險的工作區域靠近就告警，譬如兩個人或物靠得太近告警，譬如在一個小的區域時間過長可能有生命危險可以告警。文獻[2-6]研究了高精度定位技術在油氣田智能巡檢、智慧交通、智慧港口、列檢作業安全防護、共享單車精細化管理等領域的應用。隨著數字城市理念的不斷深入，越來越多的領域開始引入智慧監管系統，避免潛在危險源的預警不及時，節約人工巡檢成本。智慧監管系統的規劃設計已經成為國內外專家學者關注的重點。文獻[7]討論了云粒智慧在數智化新型城市建設中的應用推廣現狀。文獻[8]研究了以5G 為主的移動通信網絡在助推新技術和商業模式的創新，使新技術不斷提升對智慧城市建設的推動意義。

城市基礎建設和施工不斷擠壓著高壓輸電線路原有的安全通道環境，文獻[9-13]指出輸電線路設備設施發生外力破壞事件逐漸上升，已成為當前我國電網輸配電線路安全運行的主要隱患，將其劃分為固定隱患（主要指樹線矛盾等）、動態隱患（主要指大型吊車施工碰線等）。目前傳統運維工作人員現場定期巡視檢查，能夠發現線路隱患，但存在著一定的局限性，不能及時掌握線路通道走廊的外破變化情況。輸電線路防外破監管平臺，可有效解決我國輸電線路保護區內的違章植樹建房、違章施工作業、突發性和季節性“外破”等行為給輸電線路安全穩定運行帶來的威脅和隱患。以東陽供電公司為例，基于高精度定位技術對防外破監管平臺系統進行了規劃設計和運行策略研究。研究結果表明，該系統有著良好的社會效益和經濟效益，具有一定的推廣應用價值。

1 項目概況

近年來，由于全球變暖，惡劣極端天氣狀況頻發，加上基建工程和房地產開發，自然災害和人為活動導致輸電線路遭受外力破壞時有發生?；诟呔榷ㄎ晃锫摷夹g的發展和4G高清影像的傳播愈趨成熟，開發全方位、多角度對線路運行狀態可視化監控系統，有效防控因外力破壞引起的電力跳閘事故，保證電網系統的安全穩定運行。系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構

以東陽供電公司為例，輸電線路的防外破項目一直是一個長期重難點問題，每年花費大量人力物力，事故發生率仍高居不下。須要聯調多方行政部門，開展相關活動。包括對社會公民保護輸電線路的安全宣講，交管部門對工程車輛的運輸線路管制等。

2 解決方案特點

輸電線路防外破監管平臺綜合考慮了實用性、可擴展性、數據安全性的前提下開發，采用分層架構設計，方案如圖2所示，方案設計主要有以下特點。

圖2 方案設計

按照電力部門要求采用獨立部署或內網部署，系統和數據安全性好，公網的業務系統和管理平臺客戶端交互性好，可根據業務需求擴展。

車輛高精度定位裝置等物聯硬件采用4G 通信，監控設備具備在惡劣環境下持續正常工作的能力，整機可長時間連續工作和上傳數據。

監控中心是整個系統的管理平臺，主要管理前端監控子系統的參數配置，告警信息處理，遠程喊話等管理功能。

塔桿或工程項目內的專用視頻監控設備可采用太陽能供電，能設置數據采集密度；儲備容量高，達到國際要求的2 倍，能暫存30 天以上的數據，可實現實時監控和回放歷史視頻。

定制專用的線路管理數字地圖，在地圖上標注固定危險源或線路區域內的工程項目。

定制線路通道和保護區域的電子圍欄，車輛安裝亞米級高精度定位設備，進入報警區域的車輛平臺實時彈窗報警，同時發送告警信息到相關線路管理人員手機。

3 系統運行分析

基于外破源防闖入系統，其特征在于：包括服務器和設置在服務器內的實時監控、軌跡回放、業務報表、消息提醒和系統設置等模塊。

實時監控模塊包括車輛信息模塊、地圖模塊和狀態顯示界面。車輛信息模塊包括車輛列表和車輛具體信息模塊。車輛列表模塊用于存儲用戶信息以及車隊和車輛信息，同時對于同一用戶下的車隊和車輛信息進行統一匹配排列；車輛具體信息模塊用于與車輛列表模塊通信，并顯示選中車輛的相關具體信息。地圖模塊包括衛星定位地圖系統和電子圍欄系統，衛星定位地圖系統用于與車輛列表模塊通信，并對所有的車輛進行衛星定位，電子圍欄系統用于與衛星定位地圖系統和狀態顯示界面通信，并在衛星定位地圖系統中實現預設的電子圍欄。狀態顯示界面分別與車輛列表模塊、車輛具體信息模塊、衛星定位地圖系統和電子圍欄系統通信，并進行圖形化信息顯示。

場地視頻模塊對動態危險源如施工現場或附近的塔桿加裝太陽能監控探頭，可調取線路實時視頻畫面，自定義窗口畫面數，支持畫面輪播功能，全局監控各個場地畫面。

信息管理模塊采用分級管理，以工程為單位建立工程信息檔案，包括工地基本信息，相關負責人信息，車輛信息，線路信息。建立車輛白名單（加裝指定GPS 定位硬件），每日進行信息維護更新，審核新增車輛（設備），實時短信推送至相關責任人。對工程機械所有方提供手機小程序端，可將使用的車輛（設備）綁定后提交備案或審核。及時安裝高精度定位監管設備，納入動態監管，線路管理人員在Web 端查看和審核，會改變設備審核狀態，一車一碼通過紅/黃/綠碼顯示不同狀態，分別表示未監控設備、臨時通過設備、監控設備。有未納入監管機械設備需要在電力線路區域內施工，機械操作人員或使用單位手機端提交相應電力部門備案和審核后，通過短信推送至相應線路管理人，提示有新待審核設備或臨時設備。

軌跡回放模塊包括車輛行駛數據存儲模塊和回放設置模塊。車輛行駛數據存儲模塊用于對車輛列表模塊中。所有存儲的車輛行駛信息進行時間化信息存儲；回放設置模塊分別與車輛列表模塊、衛星定位地圖系統和車輛行駛數據存儲模塊通信，并顯示存儲的指定時間段內的車輛行駛軌跡。

業務報表模塊用于與車輛列表模塊、衛星定位地圖系統和電子圍欄系統通信，并存儲車輛行駛記錄、里程信息和圍欄超時信息記錄。

消息提醒模塊用于與車輛列表模塊、衛星定位地圖系統和電子圍欄系統通信。消息提醒模塊包括車輛定位模塊和消息顯示模塊，消息顯示模塊用于存儲和顯示車輛報警信息和車輛事件信息；車輛定位模塊與消息顯示模塊通信，并對具體的報警車輛或事件車輛進行衛星定位地圖系統上實時定位。

系統設置模塊分別與實時監控模塊、軌跡回放模塊、業務報表模塊和消息提醒模塊通信，用于對實時監控模塊、軌跡回放模塊、業務報表模塊和消息提醒模塊進行參數設置和信息調整。

為實現輸電線路防外破目的，本系統實際實施技術方案步驟為：（1）根據車輛錄入要求，將需要監控的車輛信息錄入；（2）根據每個用戶所對應的車隊和車輛信息進行匹配；（3）通過服務器對所有錄入的車輛進行衛星定位，實現車輛位置監控；（4）通過電子圍欄系統將需要防闖入的區域在電子地圖上設定；（5）監控的車輛進入防闖入區域后，服務器能夠監控和超時報警；（6）在查詢某輛車行駛軌跡時，通過回放設置模塊查詢并設定需要軌跡回放的時間段；（7）然后通過回放設置模塊調取存儲模塊中對應的車輛信息，并進行車輛設定時間段內的軌跡回放；（8）當車輛遇事故或報警時，對應車輛的報警信息通過服務器能夠進入消息提醒模塊內，并在消息顯示模塊中顯示，同時能夠對應到車輛列表模塊，并通過車輛定位模塊調取該車輛在電子地圖上的實時位置；（9）當需要對服務器內的模塊進行參數設置時，通過系統設置模塊對車輛進行參數設定。如圖3所示。

圖3 系統設置模塊

4 結束語

本系統基于GPS 高精度定位技術和物聯網技術，結合大數據智能研判，可有效解決我國輸電線路保護區內的違章植樹建房、違章施工作業、突發性和季節性“外破”等行為給輸電線路安全穩定運行帶來的威脅和隱患。輸電線路防外力破壞是電力部門一項長期而又艱巨的工作，只有在相關電力部門、政府單位領導下向群眾宣傳電力法規和電力設施保護知識，提高人民群眾對防外力破壞電力設施工作的認識，同時，結合科技手段，借助輸電線路防外破可視化監控裝置，可全方位、多角度對線路運行狀態進行監控，有效防控因外力破壞引起的電力跳閘事故，保證電網的安全穩定運行。