一种监测架空输电线位置的方法和装置 技术领域 本发明涉及输电线在线监测技术领域， 更具体地说， 涉及一种监测架空输电线位 置的方法和装置。
背景技术 输电线弧垂是架空输电线路设计、 施工、 运行维护中的重要技术参数， 通过计算和 监控弧垂， 并结合对输电线跨越地区地面环境的监测， 可以有效预防输电线放电事故， 保证 电网的安全运行。
监测架空输电线弧垂的现有技术方案， 通常采用通过预先测定的档距、 已知的单 位长度导线所受载荷及导线的物理特性等数据进行计算获得。 采用此方法需要利用输电线 力学模型， 如图 1 所示， 其中， A、 B 为输电线的悬挂点 ； l 为档距 ； lD1、 lD2 为等效档距 ； h 为悬 挂点高差 ； TH 为导线最低点水平拉力 ； fD1、 fD2 为弧垂。
使用输电线力学模型计算弧垂的方法如下 ： 按照以下公式进行等效档距的近似计算 ：
按照以下公式计算导线任意点弧垂 ：q ＝ q0+qbing+qfeng………………………………………… (4) 其中 ： y 表示任意点弧垂， 单位为米 ； q 表示单位长度导线上所受垂直载荷， 单位为牛顿 /米； q0 表示单位长度导线重力， 单位为牛顿 / 米 ；
qbing 表示单位长度导线所受平均覆冰载荷， 单位为牛顿 / 米 ；
qfeng 表示单位长度导线所受平均风载荷， 单位为牛顿 / 米 ；
TH 表示导线最低点水平拉力， 单位为牛顿 ；
l 表示档距， 单位为米 ；
h 表示悬挂点高差， 单位为米 ；
lD1、 lD2 表示等效档距， 单位为米 ；
fmax 表示最大弧垂， 单位为米。
输电线路工程在建成后要运行数十年的时间。在此期间， 环境温度变化和因输送 电流变化引起的导线温度变化都会造成导线拉力的变化， 风载荷、 覆冰载荷引起的杆塔变 形， 杆塔两侧导线拉力变化的不平衡都会引起实际情况下导线物理参数、 导线拉力和档距
等参数的变化。所以使用预先测定的档距、 已知的单位长度导线所受载荷来计算输电线路 弧垂， 会难以避免产生较大的误差。 发明内容
有鉴于此， 本发明提供一种监测架空输电线位置的方法和装置， 有效地减少计算 弧垂时因使用预先测定的档距、 单位长度导线所受载荷不准确而产生的误差。
所述监测架空输电线位置的方法包括 ：
将处于架空输电线上全球定位系统 GPS 天线接收的 GPS 信号处理得到粗略坐标值 后， 通过通信天线发往连续运行卫星定位综合服务系统 CORS 数据中心 ；
接收所述 CORS 数据中心针对所述粗略坐标值计算的差分改正数据， 并结合所述 GPS 信号后进行网络载波相位动态实时差分 RTK 解算得到精确坐标值 ；
将所述精确坐标值通过所述通信天线发送至用户服务中心。
优选地， 还包括 ： 将所述发送至用户服务中心的精确坐标值写入运行基于浏览 器 - 服务器架构软件的服务器。
优选地， 所述 GPS 天线接收的 GPS 信号处理得到粗略坐标值后， 通过所述通信天线 发往所述 CORS 数据中心包括 ：
全球定位系统 GPS 双频定位模块将经所述 GPS 双频天线接收后的全球定位系统 GPS 信号处理得到粗略坐标值 ；
所述 GPS 双频定位模块将所述粗略坐标值传输到微控制单元 MCU ；
所述 MCU 将所述粗略坐标值传输到通用无线分组业务 GPRS 无线通讯模块 ；
所述 MCU 控制所述 GPRS 无线通讯模块与连续运行卫星定位综合服务系统 CORS 数 据中心连接， 建立网络通讯协议 TCP/IP 链路 1 ；
所述 GPRS 无线通讯模块将所述粗略坐标值通过所述 TCP/IP 链路 1 传输到 CORS 数据中心。
优选地， 接收所述 CORS 数据中心对所述粗略坐标值计算的差分改正数据， 并结合 所述 GPS 信号后进行所述 RTK 解算得到精确坐标值包括 ：
所述 CORS 数据中心将针对所述粗略坐标值计算所得的差分改正数据通过所述 TCP/IP 链路 1 传输到所述 GPRS 无线通讯模块 ；
所述 MCU 从所述 GPRS 无线通讯模块中读到所述差分改正数据后传输到所述 GPS 双频定位模块 ；
所述 GPS 双频定位模块将所述差分改正数据与所述 GPS 信号结合后进行网络载波 相位动态实时差分 RTK 解算后得到精确坐标值。
优选地， 所述精确坐标值通过所述通信天线发送至用户服务中心包括 ：
所述 GPS 双频定位模块将所述精确坐标值传输到所述 MCU ；
所述 MCU 接收所述精确坐标值后再传输到所述 GPRS 无线通讯模块 ；
所述 MCU 控制所述 GPRS 无线通讯模块与用户服务中心连接建立网络通讯协议 TCP/IP 链路 2 ；
所述传输到 GPRS 无线通讯模块的精确坐标值通过所述 TCP/IP 链路 2 传输到所述 用户服务中心。优选地， 所述粗略坐标值和精确坐标值均为 WGS84LLA 坐标。
所述监测架空输电线位置的装置， 放置于架空输电线上， 所述装置包括 ：
本体 ；
连接在本体上的全球定位系统 GPS 天线和通信天线 ；
为所述本体供电的外接电源 ；
其中， 所述本体用于 ： 将 GPS 天线接收的 GPS 信号处理得到粗略坐标值后， 通过通 信天线发往连续运行卫星定位综合服务系统 CORS 数据中心， 并接收所述 CORS 数据中心针 对所述粗略坐标值计算的差分改正数据， 结合所述 GPS 信号进行网络载波相位动态实时差 分 RTK 解算后得到精确坐标值， 并通过所述通信天线发送至用户服务中心。
优选地， 所述本体包括 ： GPS 双频定位模块、 与所述 GPS 双频定位模块连接的信号 转换电路板、 与所述信号转换电路板连接的主控板以及与主控板连接的 GPRS 通讯模块， 其 中：
所述 GPS 双频定位模块用于接收所述 GPS 信号并进行处理得到精确坐标值 ；
所述信号转换电路板用于转换所述信号转换电路板接收到的信号 ；
所述主控板用于实现所述 MCU 与所述 GPS 双频定位模块和所述 GPRS 通讯模块的 通讯 ； 所述 GPRS 通讯模块用于装置与所述 CORS 数据中心和所述用户服务中心之间建立 连接链路， 传输信号。
优选地， 所述主控板包括 ： 微控制单元 MCU、 电源转换电路和信号指示电路， 其中 ：
所述 MCU 控制所述 GPS 双频定位模块和所述 GPRS 通讯模块工作 ；
所述电源转换电路用于将外接电源电压转换为适宜所述监测装置工作的电压 ；
所述信号指示电路用于指示所述监测装置工作部件的状态。
优选地， 还包括用于不同串行通信标准之间的电平转换电路。
从上述的技术方案可以看出， 本发明实施例将所述监测装置设置在架空输电线 上， 并根据接收的 GPS(Global Position System， 全球定位系统 ) 信号和经 CORS 数据中心 计算的差分改正数据， 将所述差分改正数据结合所述 GPS 信号后进行 RTK 解算得到精确坐 标值， 根据所述精确坐标值计算弧垂， 有效地减少因使用预先测定的档距、 单位长度导线所 受载荷不准确计算弧垂产生的误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图 1 为现有技术中的输电线力学模型的示意图 ；
图 2 为本发明实施例的一种架空输电线位置的监测装置的示意图 ；
图 3 为本发明实施例的一种监测架空输电线位置的方法的流程图 ；
图 4 为本发明实施例中传输所述粗略坐标值至所述 CORS 数据中心的流程图 ；
图 5 为本发明实施例中以 CORS 数据中心下发的差分改正数据为辅助得到精确坐标值的流程图 ；
图 6 为本发明实施例中传输所述精确坐标值到所述用户服务中心的流程图。 具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种监测架空输电线位置的装置， 设置于所述架空输电线 上， 有效地减少计算弧垂时因使用预先测定的档距、 单位长度导线所受载荷不准确所产生 的误差。
所述监测装置的结构如图 2 所示， 包括 ：
本体 1 ；
连接在本体上的全球定位系统 GPS 天线 2 和通信天线 3 ；
为所述本体供电的外接电源 4 ； 其中， 本体 1 用于 ： 将 GPS 天线 2 接收的 GPS 信号处理得到粗略坐标值后， 通过通信 天线 3 发往连续运行卫星定位综合服务系统 (ContinuousOperational Reference System， CORS) 数据中心， 并接收所述 CORS 数据中心针对所述粗略坐标值计算所得的差分改正数 据， 结合所述 GPS 信号进行网络载波相位动态实时差分 (Real-time kinematics， RTK) 解 算， 解算后得到精确坐标值， 并通过所述通信天线 3 发送至用户服务中心。
其中， 也如图 2 所示， 本体 1 包括 ： GPS 双频定位模块 5、 与 GPS 双频定位模块 5 连 接的信号转换电路板 6、 与信号转换电路板 6 连接的主控板 7 以及与主控板 7 连接的通用无 线分组业务 (General Packet Radio Service， GPRS) 通讯模块 8， 其中 ：
GPS 双频定位模块 5 用于接收所述 GPS 信号并进行处理得到的精确坐标值 ；
信号转换电路板 6 用于转换所述信号转换电路板接收到的信号 ；
主控板 7 用于控制 GPS 双频定位模块 5 和 GPRS 通讯模块 8 工作 ；
GPRS 通讯模块 8 用于与所述 CORS 数据中心和所述用户服务中心建立连接链路， 传 输信号。
主控板 7 包括 ： 微控制单元 (Microcontroller， MCU)7.1、 电源转换电路 7.2 和信 号指示电路 7.3， 其中 ：
MCU7.1 控制 GPS 双频定位模块 5 和 GPRS 通讯模块 8 工作 ；
电源转换电路 7.3 用于将外接电源 4 的电压转换为适宜所述监测装置工作的电 压；
信号指示电路 7.3 用于指示所述监测装置工作部件的状态。
所 述 通 讯 天 线 可 以 为 用 于 全 球 移 动 通 讯 系 统 (Global System for MobileCommunications， GSM) 的天线。
并且， 所述监测装置还包括用于不同串行通信标准之间的转换电路 9。
所述监测装置设置在架空输电线上， 可以实时地监测架空输电线安装所述监测装 置点的精确坐标值， 并根据所述精确坐标值计算出弧垂。 一般情况下， 对一个档距范围内没
有显著地形变化的情形， 将所述监测装置安装在架空输电线的离地最近点， 如图 1 所示的 O 点， 该点也是可能出现放电的危险点， 这样， 可以直接监测危险点的对地距离。比利用预先 测定的档距、 单位长度导线所受载荷计算弧垂， 再据此作出对地是否安全判断的传统方法， 准确度高， 误差小。 如果需要知道架空输电线其他位置的弧垂时， 当然可以把所述监测装置 安装在架空输电线的需要监测的位置， 监测此位置的坐标， 从而计算得到弧垂。 但在输电线 运行过程中， 所述监测装置不易拆卸安装， 故也可以将所述监测装置固定安装在架空输电 线的某点， 并根据该点的坐标值及线路方程推算其他点的坐标。
本发明实施例还公开了一种使用所述监测装置监测架空输电线位置的方法， 有效 地减少传统方法因所使用的预先测定档距、 单位长度导线所受载荷变化产生的误差。
所述在线监测架空输电线位置的方法， 具体过程如图 3 所示， 包括以下步骤 ：
步骤 S1， 将处于架空输电线上 GPS 天线接收的 GPS 信号解算得到粗略坐标值后， 通 过通信天线发往连续运行卫星定位综合服务系统 CORS 数据中心 ；
步骤 S2， 接收所述 CORS 数据中心针对所述粗略坐标值计算所得的差分改正数据， 并结合所述 GPS 信号后进行网络载波相位动态实时差分 RTK 解算得到精确坐标值 ；
步骤 S3， 所述精确坐标值通过所述通信天线发送至用户服务中心。 以上步骤在不断地重复进行， GPS 定位模块计算的坐标值包含在 $GPGGA 语句中， 在其中除了坐标值外， 还有专门的标志位用于指示解的状态， GPS 定位模块只需将 $GPGGA 语句的全部数据持续不断地发送到 MCU， MCU 根据标志位判断解的状态， 同时也将该语句的 全部数据发往无线通讯模块， 再由无线通讯模块发往 CORS 数据中心。同时， CORS 数据中心 计算所得的差分改正数据也是持续被无线通信模块接收， 再由 MCU 接收后转发给 GPS 定位 模块。
具体的， 所述步骤 1 的具体实现过程如图 4 所示， 包括以下步骤 ：
步骤 S11， 所述 GPS 双频定位模块将经所述 GPS 双频天线接收后的全球定位系统 GPS 信号处理得到粗略坐标值 ；
步骤 S12， 所述 GPS 双频定位模块将所述粗略坐标值传输到微控制单元 MCU ；
步骤 S13， 所述 MCU 将所述粗略坐标值传输到所述 GPRS 无线通讯模块 ；
步骤 S14， 所述 MCU 控制所述 GPRS 无线通讯模块与连续运行卫星定位综合服务系 统 CORS 数据中心连接， 建立网络通讯协议 TCP/IP 链路 1 ；
步骤 S15， 所述 GPRS 无线通讯模块将所述粗略坐标值经 TCP/IP 链路 1 传输到 CORS 数据中心。
更具体的， 在步骤 S11 中， 所述粗略坐标值为 WGS84LLA(World Geodetic System 1984) 坐标， 在所述 WGS84LLA 坐标中， 包含按照 NMEA-0183(National Marine Electronics Association) 定义的 $GPGGA 语句， 所述 $GPGGA 语句是一种以逗号为分隔符的字符串。
由于， 所述 GPS 双频定位模块串行通讯接口包括 GPS 双频定位模块第一串行通讯 口 GPS-UART1 和 GPS 双频定位模块第二串行通讯口 GPS-UART2， 所述 MCU 串行通讯接口包 括： MCU 第一串行通讯口 MCU-UART1、 MCU 第二串行通讯口 MCU-UART2 和 MCU 第三串行通讯 口 MCU-UART3。所述 UART 为 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， 通用异步 接收 / 发送装置。
所以， 在步骤 S12 中， GPS 双频定位模块经所述 GPS-UART1 传输所述粗略坐标值，
再经所述 MCU-UART1 传输到所述 MCU 中。
在步骤 S13 中， 所述 MCU 经所述 MCU-UART3 将所述粗略坐标值传输到所述 GPRS 无 线通讯模块。
在步骤 S14 中， 所述 MCU 也通过所述 MCU-UART3 发布命令控制所述 GPRS 无线通讯 模块与所述 CORS 数据中心连接， 建立网络通讯协议 TCP/IP 链路 1。
然而， 由于所述 GPS 双频定位模块的串行通讯口符合 RS232 电平， 所述 MCU 的串行 通讯口符合 LVTTL 电平， 所以， 所述粗略坐标值由所述 GPS 双频定位模块向所述 MCU 传输 前， 先进行电平转换。
并且， 在步骤 S15 中， 所述 GPRS 无线通讯模块通过 GSM 天线将所述粗略坐标值发 送到所述 TCP/IP 链路 1 上。
所述步骤 2 的具体实现过程如图 5 所示， 包括以下步骤 ：
步骤 S21， 所述 CORS 数据中心根据所述粗略坐标值计算的差分改正数据通过所述 TCP/IP 链路 1 传输到所述 GPRS 无线通讯模块 ；
步骤 S22， 所述 MCU 从所述 GPRS 无线通讯模块中读到所述差分改正数然后传输到 所述 GPS 双频定位模块 ；
步骤 S23， 所述 GPS 双频定位模块将所述差分改正数据与所述 GPS 信号结合后进行 网络载波相位动态实时差分 RTK 解算后得到精确坐标值。
更具体的， 在步骤 S21 中， 所述 CORS 数据中心根据所述粗略坐标值计算所得的差 分改正数据再通过所述 TCP/IP 链路 1 传输到所述 GPRS 无线通讯模块的数据缓冲区。
在步骤 S22 中， 所述 MCU 经所述 MCU-UART3 从所述 GPRS 无线通讯模块中读到所述 差分改正数据后， 再通过所述 MCU-UART2 经所述 GPS-UART2 传输到所述 GPS 双频定位模块。
在步骤 S23 中， 所述精确坐标值也为 WGS84LLA 坐标。
所述步骤 3 的具体实现过程如图 6 所示， 包括以下步骤 ：
步骤 S31， 所述 GPS 双频定位模块将所述精确坐标值传输到所述 MCU ；
步骤 S32， 所述 MCU 接收所述精确坐标值后再传输到所述 GPRS 无线通讯模块 ；
步骤 S33， 所述 MCU 控制所述 GPRS 无线通讯模块与用户服务中心连接建立网络通 讯协议 TCP/IP 链路 2 ；
步骤 S34， 所述传输到 GPRS 无线通讯模块的精确坐标值通过所述 TCP/IP 链路 2 传 输到所述用户服务中心。
更具体的， 在步骤 S31 中， 所述 GPS 双频定位模块经所述 GPS-UART1 传输再经所述 MCU-UART1 将所述精确坐标值传输到所述 MCU。
在步骤 S32 中， 所述 MCU 接收所述精确坐标值后再经所述 MCU-UART3 传输到所述 GPRS 无线通讯模块。
在步骤 S33 中， 所述 MCU 通过所述 MCU-UART3 发布命令， 控制所述 GPRS 无线通讯 模块与用户服务中心连接建立的网络通讯协议 TCP/IP 链路 2。
在步骤 S34 中， 所述精确坐标值从所述 GPRS 无线通讯模块也要经所述 GSM 天线传 输到所述 TCP/IP 链路 2。
在其他实施例中， 所述方法还包括步骤 ： 所述发送至用户服务中心的精确坐标值 写入运行基于浏览器 - 服务器的架构软件的服务器。这样， 用户就可以通过访问网页读取到存储在所述服务器中的架空输电线上安装所述监测装置点的精确坐标值了。
需要说明的是， 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说 明的都是与其他实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 并且， 上 述实施例公开的方法和装置是相对应的， 相关之处可互相参见。
对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。