北斗卫星短报文在输电线路覆冰监测系统中的应用_尚志建.pdf

电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering123目前，我国输电线路监测数据输送的模式有 GPRS通信、光纤通信，以及电力线载波通信。这几种技术都拥有各自突出的优越性，比如说传递速率快、稳定性强、拒干扰素力强，以及管理便捷等优势。但其弊端也都较为严重，比方说成本投入大、占用空间大、建造难度高，以及维护周期久等。因此相对来说，这几种通信手段实用性与经济性都不算很高1。而北斗文星短报文通信技术，不仅具备这几种技术的所有优势，其还能够完成更多的通信功能，同时也弥补了这些技术的缺点，定位效果稳定、可靠，精准性非常高。同时还具备、其余卫星导航系统所没有的短报文通讯功能，定位精准性能够满足 cm、d 级别，授时精准性能达到 10ns，测速精准性能达到 0.2m/s。当下被大规模用于国家发展的各种领域2。1 北斗卫星短报文通信技术1.1 基本原理卫星导航系统是借助若干人造地球卫星、进行对同一载体的监测，进而掌握其当前位置，然后按照每个卫星监测形成的相位差，来了解其运动方向，同时指挥其到达预定路径。北斗系统为每一位用户都设置了专属的身份证，其为北斗用户机分配的地址是独有的，也就是用户终端装配的、北斗 IC 卡的编号是唯一的。用户机器采用的扩频模式是码分多址，扩频伪码采用的是周期伪随机模式，北斗用户机通过波段频率、达成与北斗卫星的通信。北斗卫星把信号打包然后传递给地面中心，收到北斗卫星传递的数据后，地面中心会把数据传递给网关中心，在处理完数据后，地面中心会将其转发出去，然后北斗卫星会把重新收到的数据，转发给对应的用户机，由用户端完成对信号的解密与解调3。1.2 技术优势（1）辐射范围大。当下，北斗系统的信号传输能力、不仅可以覆盖全中国的领土，而且还能达成服务全世界的用户，其能够为全球使用者，提供精准的通信与定位功能。（2）保密性强。北斗系统是我国自主研发的导航定位系统，属于我国独立的知识产物，也就是说，在任何时候我国使用北斗系统，都不会被国际任何势力所干扰，因此通讯的保密性，以及安全性有非常可靠的保障。（3）抗干扰强。北斗卫星信号选择了 L/S 波谱，因此受雨衰影响非常小；选择了码分多址模式的 CDMA扩频手段，从而降低了码间影响4。1.3 通信限制（1）服务频度有限。用户工作站的服务频度直接受北斗 IC 卡影响，通常民用北斗 IC 卡频度是 60s/次，也就是说用户工作站、每次申请通讯时，都要间隔60秒，不然信息传递就会失败，且其获取信息的服务频度将处于无限制状态。（2）一次通信内容受约束。北斗 IC 卡规范了单次通讯报文的范围，民用北斗 IC 卡通讯容量是 78.5Byte，也就是使用北斗短报文进行通信，每次传输的内容不能高于 78.5Byte5。（3）民用北斗逻辑链路不具备短信回执。当北斗用户工作站、传输信息时，其不能确定目标是否接收成功。尽管有一定的通信约束，北斗短报文通信技术依旧在许多行业内，发挥着关键的作用。比方说，基于自然灾害严重的区域，最有效的应急通信模式就是北斗短报文通讯。大部分数据传输所用到的基础设备设施、在被自然灾害毁坏后，就不能完成数据传输，但北斗短报文通讯就能弥补这点不足。而且应用北斗系统还能节约大量的财物、与人力的消耗。北斗卫星短报文在输电线路覆冰监测系统中的应用尚志建（石家庄市经纬度科技有限公司 河北省石家庄市 050000）摘要：本文以北斗卫星短报文为出发点，以输电线路覆冰监测系统为切入点，探究北斗卫星短报文通信技术，分析北斗输电线路覆冰监测系统结构、原理、应用价值，并对此提出相应的应用发展建议。关键词：北斗卫星；输电线路；覆冰监测系统电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering1242 北斗输电线路覆冰监测系统结构与原理2.1 系统结构该系统的硬件模块包括电源模块、北斗通信模块，以及数据获取模块等。所有模块均选择 RS485 与 RS232接口完成数据传输。硬件装置的构成包括电池包、积冰传感器，以及充电器等。其中气象、与积冰传感器数据收集构件；充电器等属于电源构件。采集卡内板载了数据处理操纵构件，北斗通信构件选择了通信传呼机，由此构成了监测系统整体6。2.1.1 气象传感器该设备的作用是获取气象数据，按具体性能分类主要有雨量、温湿度、大气压、风速，以及风向传感器。常用的温湿度传感器是DS18B20，其体积小，精准性高。风速传感器的设计参考了超声波时差原理，该设备配备了 4 个探头，能够精准捕捉全方位的风向。2.1.2 覆冰传感器该设备用到了微波检测方法，可以区别开空气、水、冰的反馈信号，从而达成对传感设备敏感部位结冰情况的监测，并按照信号强度大小，还有传感设备敏感部位结冰的具体情况，完成对结冰厚度的运算。可在线评判结冰的风险，辨别效果优异，测量精准性误差不超过 0.01mm，量程在 50mm 以内；可区分冰与水的形式，化冰后不会积水。运作原理：微波有波粒二象性，属于电磁波的一种，在微波穿透厚度与材质不同的媒质时，其吸收、透彻、折射、与反射情况都不一样，据此可分辨材质的属性。不同媒介下微波传递速度算式：进行微波测量时，物质的含冰与含水量不同，其能吸收的微波传输能量也不同，在进行微波穿透物质的信号测量时，利用算式把测量衰减值变为冰水混合物、水与积冰等形态，然后倒推就能知道积冰厚度，这就是含水率测量的原理。2.1.3 数据处理控制模块依靠串口可以实现、数据获取构件、与数据分析操纵构件间的数据互换，利用北斗通讯构件和 RS232 建立通讯。数据构件把获取的输电线路情况数据、借助串口传递给数据分析操纵构件。数据分析操纵构件板载了核心采集、与电源管理部分，装配的总电源携带硬件定时电路，因此能够防止采样板卡顿或是假死，每过 4h 会进行一次重启，进而确保设备稳定。电源有四种级别，外侧传感设备的电源、都依靠电驿操纵其传出，从而降低系统耗损。收集芯片选择耗能低的 MSP430 充当主控单片机。采集通道选择复用485，采集电路不只具备 3 路 AD，还把电源延伸到了端子，以备功能拓张时所用。2.1.4 电源模块蓄电池采用ddgm1140，该电池不用补液，完全封闭，占用空间小，能量集中性强，传电功率较高。其性能包括：内部风阻与传出电流低；不污染环境且自放电少；拒腐蚀性好；工艺化与特殊化的设计，提升了蓄电池的使用寿命；在极端环境中可正常工作。2.1.5 北斗通信模块北斗通讯构件选择了 C230C 北斗数传型用户工作站，该设备的设计是基于船载导航与通信，同时也允许北斗 RNSS/RDSS 性能，实际上属于船载一体机的一种。C230C 用户工作站内部板载了北斗基带、多频天线、主控，还有射频等功能机构，可达成 RNSS 导航定位、短报文通讯，还有 RDSS 定位性能。C230C 占用空间小、操纵便捷、构造单一、能耗低，被大规模用在营救救援、船载导航监控，还有卫星通讯等领域。该终端选择了防水材质，能够适应的工作温度是零下 25 度到零上 70 度之间，室外工作性能也很好。终端接口选择了 8 芯航空插头，可为所有机器供电，并能实现数据传递。RDSS 北斗 IC 卡需要安装固定在北斗卡座中。默认 RS232 为对外串口，调制速率是4800115200bps，默认调制速率是 19200bp。2.2 数据采集编码依靠串口，数据收集构件可以达成、与数据分析操纵构件间的数据互换，然后利用 RS232 达成和北斗通讯构件之间的通讯。在数据收集构件、获取到的输电线路情况数据、借助串口传递给数据分析操纵构件时，会利用中断的模式，把数据贮存到 flash 内，同时为其设定组别号。主程序运作流程是：从闪存 flash 内、加载输电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering125电线路情况数据，并根据相关编码形式完成编码，使其成为一个数据组。把两组编完码的数据、基于北斗报文形式进行封装，进而达成在北斗通讯链路内、传递输电线路状况数据。2.3 软件流程依靠 RS232 串口，操纵端 PC 可实现和北斗通讯构件的连接。在北斗通讯构件获取到、传出传送的短报文讯号时，操纵中心第一步、会先对短报文帧格式进行解析，得出输电线路状况信息组，然后按照信息组的编码模式、加载出状况数据，并将其贮存到操纵中心的贮存设备中。假设传输频率是 65，进行传输时，如果在已知时间下，北斗数据通讯构件没有获取到、对应的短报文或是数据通讯讯号，从而造成获取的讯号、出现乱码或是乱序情况，可以按照数据组的标号，来辨别乱序或是丢失的数据组，之后通过对应的无线通讯方式，或是北斗短报文、给前端发出提示、命令再次传输北斗遗落的子包，执行补包程序；如果补包失败，则重新运行补包程序，如果 K 次后，依旧失败，则运行其余输电线的数据获取程序。3 北斗输电线路覆冰监测系统的应用价值3.1 可实现气象监测与判断 基于微气象的输电线路实时监测系统、应用了数据贮存技术、传感设备技术。以及嵌入式技术。系统依靠各类传感设备、完成对输电线路杆塔、所有气象状况数据的监测，并把数据贮存传递给操纵中心，其中的分析平台会分析输电设备的状态。与传统预防检修流程相比，在线检测技术更为先进、便捷。该系统的核心构件就是、能检测各类气象数据的传感设备，按照微气象传感设备传递的数据内容，系统可以监测到杆塔、与输电线路的各类气象指标、在具体运行中的变化，借助气象监测系统分析输电线路、有无故障或遭到自然灾害的毁坏。由于社会与经济的发展，电网规模也在随之增大，但这期间也会遭遇各类自然灾害与事故，最常见的就是自然灾害的影响，比方说龙卷风、暴雪、雷暴等，这些都会毁坏电网构造。3.2 可强化故障数据采集与传输捕捉能够对输电线路、造成影响的风险因子，装配在输电线杆塔中的监测设施，比方说获取各种信息的传感设备、电源、与操纵器等。传感设备的作用是获取、汇总各种输电线路的风险因子。通常对于大部分输电线路来说，需要被采集的风险因子都包括：覆冰厚度、温度、降水量、温度、风向、湿度，通过对这些数据的掌控，能够有效防止山火、台风，还有覆冰等自然灾害。3.3 可实现人机交互功能人性化系统的设计规划要充分考虑较为先进的方案，从而为未来新技术的应用做好铺垫。为了方便后续工作人员对系统的维修、运行、与调试，系统的人机交互模块，必须满足人性化的要求，操作界面要简单、直观，系统的功能上还要满足多样性、与易操作特点。因为我国输电线路分布范围广阔，区域不同，对于输电线路的监控重点也就不同，各地区会按照自己的实际情况，选择相应的传感设备，因此为了便于各地的实际应用，需要完善模块化构造，这样有利于后续的维护开展，同时还要装配各种型号的接口，为更新优化做好准备。4 北斗输电线路覆冰监测系统的应用问题北斗导航系统可以提供稳定性强的短报文服务，以及精准性高的授时服务，还有定位服务。其中授时服务的精准性实现了以纳秒为单位；定位服务能够提供精准的海拔高度数据，还有经纬度数据，使北斗导航系统，从真正意义上达成了三维立体；而短报文技术，更是领先世界的通讯技术，且知识产权是我国独有，基于我国网络涵盖区域来看，北斗短报文通讯达成了无盲点、无死角地覆盖了全国范围，弥补了在沙漠戈壁地区、高山森林低于，以及偏远西部地区网络信号弱或没有网络信号的不足，同时也会带动电力监控、航海、林业等领域出现更多的技术创新，并且也为应急救援、自然灾害等提供了更可靠的通信模式。北斗短报文信息，是因为被卫星通讯链路所约束，所以每次可传输的数据量非常有限。因此一定要合理控制、每次传递有限的数据空间，设置新的数据组码模式。同时也要兼顾、在进行数据输送时、有时候会出现数据丢失或是遗漏的情况，所以在每次进行数据传递期间，都要附带上编码数据传递，当传递数