秦玥 黃萌

（1.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司平谷供電公司 北京平谷 101200 2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司咸陽(yáng)市楊凌供電公司 陜西咸陽(yáng) 712100）

多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)在變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的問(wèn)題及處理

秦玥1黃萌2

（1.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司平谷供電公司 北京平谷 101200 2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司咸陽(yáng)市楊凌供電公司 陜西咸陽(yáng) 712100）

在變電站運(yùn)維過(guò)程中，影響變電站設(shè)備、人身安全的因素有很多，如誤入帶電間隔、安全距離不足等，為了避免這些問(wèn)題，更好的保障運(yùn)維人員人身安全，有必要在變電站建立基于定位系統(tǒng)的安全防護(hù)監(jiān)控平臺(tái)。隨著定位技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)應(yīng)用多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)能夠很好的為運(yùn)維人員提供安全防護(hù)。

超聲定位；安全運(yùn)維；TDOA

前言

隨著變電站運(yùn)維一體化模式的推廣應(yīng)用，運(yùn)維班組需要負(fù)責(zé)的變電站數(shù)量不斷增多，在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)工作中，工作量及人員復(fù)雜程度都得到了提升。這就對(duì)如何在運(yùn)維過(guò)程中更好的保障人身、設(shè)備安全提出了更大的考驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)維過(guò)程中影響人身、設(shè)備的安全因素主要有誤入帶電間隔、安全距離不足、安全工具缺失等。針對(duì)這些問(wèn)題，傳統(tǒng)的五防措施效果不明顯，究其原因，主要是對(duì)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有進(jìn)行有效的安全防護(hù)及監(jiān)控。在下面這篇文章里，我們將對(duì)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單了解，并對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施進(jìn)行分析。

1 超聲定位原理及多目標(biāo)定位系統(tǒng)

1.1 定位原理

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，超聲波的方向性號(hào)，且具有很強(qiáng)的穿透性，在不同介質(zhì)（氣、液、固等）中都能夠很好的進(jìn)行傳播，在測(cè)速、測(cè)距等方面都有著很好的作用，在這篇文章里，我們主要是對(duì)其在測(cè)距方面的應(yīng)用進(jìn)行分析。目前應(yīng)用較多的測(cè)距技術(shù)主要有脈沖測(cè)距、連續(xù)波相干測(cè)距和多普勒頻移法三種，其中脈沖測(cè)距法是通過(guò)對(duì)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)間的精確計(jì)算來(lái)確定傳感器到測(cè)量目標(biāo)間的距離；連續(xù)波相干測(cè)距法是應(yīng)用連續(xù)聲波信號(hào)來(lái)測(cè)量傳播時(shí)間進(jìn)而對(duì)距離進(jìn)行估算的方法；多普勒頻移法則是根據(jù)聲學(xué)原理，即被測(cè)物發(fā)生移動(dòng)時(shí)會(huì)引起多普勒效應(yīng)這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在這里我們選用脈沖測(cè)距法，這種方法具有技術(shù)簡(jiǎn)單、誤差小等特點(diǎn)。

根據(jù)測(cè)距結(jié)果實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位則依賴于定位算法的選擇，目前應(yīng)用較多的有RSSI、TOA、AOA、TDOA這四種算法，通過(guò)對(duì)四種方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，在此我們選用TDOA（到達(dá)時(shí)間差算法），圖1為TODA定位算法原理圖。

圖1 TDOA定位算法原理圖

通過(guò)對(duì)圖1的分析，其定位算法原理是被測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出超聲波信號(hào)，如果有四個(gè)以上的定位傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)，則計(jì)算機(jī)在同一時(shí)間基準(zhǔn)下，對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)到各個(gè)定位傳感器節(jié)點(diǎn)互相之間的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而推算出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與至少三個(gè)參考點(diǎn)間的距離，再利用三邊測(cè)量的原理得到被測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。應(yīng)用TDOA這一算法，對(duì)于時(shí)間同步的要求不是很高，只是求解的過(guò)程較為復(fù)雜，但是通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)能夠很好的解決這一問(wèn)題。

1.2 多目標(biāo)定位系統(tǒng)

變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)的定位系統(tǒng)有著需要對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分的要求，目前應(yīng)用較為廣泛的區(qū)分方法有頻分技術(shù)、時(shí)分技術(shù)及編碼技術(shù)三種。在這里我們以編碼技術(shù)入手，對(duì)多目標(biāo)定位功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。由于超聲波信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)因?yàn)樗p、反射等因素出現(xiàn)多徑干擾問(wèn)題，同時(shí)在定位時(shí)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，所以我們選用脈沖壓縮技術(shù)來(lái)解決這類問(wèn)題。我們選擇采用偽隨機(jī)碼的直接序列擴(kuò)頻方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)區(qū)分，在定位時(shí)外界干擾信號(hào)與經(jīng)過(guò)直接序列擴(kuò)頻編碼的信號(hào)具有很低的相關(guān)性，所以能夠很好的實(shí)現(xiàn)區(qū)分，且定位精度得到有效的提高。[1]

1.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)定位原理及定位算法的分析，在對(duì)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)至少需要由三部分組成，分別是智能定位終端（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)）、無(wú)線定位傳感器節(jié)點(diǎn)（定位節(jié)點(diǎn)）及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸基站（基站），具體的系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.2.2 工作原理

通過(guò)對(duì)圖2的分析，我們能夠?qū)ο到y(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)有一個(gè)簡(jiǎn)單的了解。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

（1）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出經(jīng)過(guò)偽隨機(jī)編碼的超聲波信號(hào)；

（2）定位節(jié)點(diǎn)接收到超聲波信號(hào)，若接收到信號(hào)數(shù)量超過(guò)四個(gè)，則通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)同一時(shí)間基準(zhǔn)下信號(hào)到達(dá)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而推算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到各定位節(jié)點(diǎn)的直線距離；

（3）利用三邊測(cè)量法原理，就可得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在電氣室內(nèi)的實(shí)際位置坐標(biāo)。

為了對(duì)多個(gè)定位目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，需要對(duì)各個(gè)不同目標(biāo)分配不同的、彼此相關(guān)性好的偽隨機(jī)碼。各個(gè)定位傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)這些偽隨機(jī)碼就能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的區(qū)分。具體的實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。[2]

2 應(yīng)用中的問(wèn)題及解決措施

超聲波定位設(shè)備在室內(nèi)定位應(yīng)用過(guò)程中，由于所處環(huán)境的特殊情況會(huì)遇到很多問(wèn)題，諸如定位誤差、電磁干擾、環(huán)境干擾等。而要想保證定位系統(tǒng)的定位精確度，就需要妥善的解決這些問(wèn)題。

2.1 定位誤差

通過(guò)將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)安裝在安全帽進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處于定位節(jié)點(diǎn)范圍的中心位置時(shí)，定位精度最高，但是當(dāng)處于定位節(jié)點(diǎn)范圍邊緣時(shí)，定位誤差較大，誤差能達(dá)到1m，這對(duì)安全距離及帶電間隔的防護(hù)將會(huì)造成巨大影響。

為了降低定位誤差，可采取對(duì)定位算法的升級(jí)改進(jìn)，或是增加定位節(jié)點(diǎn)數(shù)量并進(jìn)行合理位置設(shè)置等措施。

圖3 定位實(shí)現(xiàn)原理圖

2.2 電磁干擾

在變電站各電氣室內(nèi)，由于高、低壓電氣設(shè)備的運(yùn)行，室內(nèi)環(huán)境電磁輻射非常嚴(yán)重，定位系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到工頻電磁場(chǎng)、射頻電磁場(chǎng)及阻尼振蕩磁場(chǎng)的干擾，定位精度無(wú)法得到保障。

通過(guò)對(duì)干擾環(huán)境三要素的分析，干擾源的消除基本不可能，所以消除干擾要從干擾路徑及被干擾設(shè)備抗干擾能力兩方面入手。如可通過(guò)采取對(duì)硬件電路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、對(duì)印刷電路板進(jìn)行合理排布及進(jìn)行良好的接地屏蔽等措施。[3]

3 結(jié)束語(yǔ)

多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)在變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，對(duì)于提高運(yùn)維工作管理安全水平有著積極的意義。在上面文章里，我們只是簡(jiǎn)單的對(duì)其定位原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了了解，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中影響定位精確度的因素及解決措施進(jìn)行了分析。要想在運(yùn)維工作各個(gè)方面得到更好的應(yīng)用，最重要的是不斷加強(qiáng)對(duì)其定位算法的改進(jìn)升級(jí)。

[1]吳駿.變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)的TDOA定位系統(tǒng)研究[J].電力與能源，2015（06）：779～781

[2]胡帆.變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[C].杭州電子科技大學(xué)，2015：18～22.

[3]黃薛凌.變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全防護(hù)及監(jiān)控技術(shù)研究與應(yīng)用[C].華北電力大學(xué)，2015：67～76.

TM73

A

1004-7344（2016）29-0056-02

2016-10-5

秦玥（1987-），男，助理工程師，大學(xué)本科，從事變電運(yùn)維工作。黃萌（1988-），女，助理工程師，大學(xué)本科，從事人力資源工作。