呂建強，洪立瑋

（國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

輸電線路路徑的選擇是線路設計的重要環(huán)節(jié)，路徑選擇的優(yōu)劣會對項目初期投資、后期運行維護、電能損耗等方面產生直接影響，對供電企業(yè)經濟收益起到至關重要的作用[1]。目前輸電線路選線大多采用衛(wèi)星地圖選線-實地測量塔位的方式，衛(wèi)星地圖提供了很好的地形和地上物情況，但受精確度與時效性影響，現(xiàn)場情況與衛(wèi)星圖可能有較大出入，尤其是在山區(qū)等地上物茂密的地區(qū)。山區(qū)或偏遠地區(qū)手機信號覆蓋較差，無法使用在線地圖等工具，設計人員在地圖上選線完成后如果遇到現(xiàn)場與實際不符的情況需要返回駐地進行修改再次選線，浪費了大量時間和精力。

1 輸電線路選線

輸電線路初勘選線是輸電線路設計階段的第一步，當前線路選線流程大致為衛(wèi)片初步選擇-現(xiàn)場踏勘的流程，如遇到現(xiàn)場與預期不符則重復以上流程。現(xiàn)有選線設備多為移動端GPS、RTK等設備，設備配置多為“一人一機”的方式，設計人員在衛(wèi)片初選方案后隨勘察專業(yè)人員實地進行現(xiàn)場逐基勘測，確定全線轉角樁位。若轉角耐張段內地上物情況復雜尚須對擬定直線塔位情況進行核實。當某一基塔位無法滿足立塔條件時，往往相鄰多個塔位需要聯(lián)動調整，這需要設計人員多次往返調整塔基位置確保工程能夠實施。當遇到無網(wǎng)絡信號時受距離和通信影響只能一組人員進行實地踏勘，在交通不便尤其是山區(qū)會極大影響選線效率。

2 設計方案

2.1 LoRa通信技術

LoRa是一種低功耗局域網(wǎng)無線標準，其名稱“LoRa”源于遠距離無線電（long range radio），其最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現(xiàn)了低功耗和遠距離的統(tǒng)一，在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴大3～5倍[2]。它使用線性調頻擴頻調制技術，即保持了像FSK（頻移鍵控）調制相同的低功耗特性，又明顯地增加了通信距離，同時提高了網(wǎng)絡效率并消除了干擾，即不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發(fā)送也不會相互干擾，因此在此基礎上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關能夠并行接收并處理多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，大大擴展了系統(tǒng)容量。

2.2 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)應用場景為：常規(guī)通信手段未覆蓋的偏遠地區(qū)的線路選線及方案調整。

基于LoRa技術的輸電線路新型選線系統(tǒng)包括手持終端（現(xiàn)場定位）、網(wǎng)關終端（負責與PC交換數(shù)據(jù)）和PC端衛(wèi)星地圖API。手持終端負責現(xiàn)場定位并將定位信息回傳至網(wǎng)關，每個手持終端均可以作為轉發(fā)中繼節(jié)點，保證數(shù)據(jù)鏈路暢通。網(wǎng)關終端利用藍牙或串口與PC相連，將手持終端回傳的位置信息通過LoRa網(wǎng)絡接收后傳送給PC端，同時可以接收PC端指令指示新位置的方位；PC端API可以利用現(xiàn)有地圖工具將網(wǎng)關接收到的位置信息實時顯示在地圖上，方便設計人員現(xiàn)場調整路徑方案。系統(tǒng)典型應用如圖1所示。

圖1 選線系統(tǒng)典型應用

2.3 硬件設計

該系統(tǒng)手持端與網(wǎng)關共享相同硬件設計，通過軟件切換設備類型。該硬件需要具有獲取GPS位置信息、LoRa傳輸、充電、PC通信和顯示功能，各模塊與主控通過相應通信接口連接，主控芯片采用ESP32雙核ARM處理器，其自帶了Wi-Fi和藍牙協(xié)議棧[3]，從而簡化了與PC主機的通信設計。硬件設計如圖2所示。

圖2 硬件電路模塊設計

2.4 軟件邏輯

系統(tǒng)軟件邏輯如圖3所示，分為發(fā)送流程和接收流程。發(fā)送流程：上電后設備根據(jù)設定時間間隔或手動觸發(fā)進行GPS信息采集并通過LoRa模塊進行傳輸，傳輸完成后自動進入待機（接收）狀態(tài)。接收流程：在設備待機（接收）狀態(tài)下接收到LoRa網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包并觸發(fā)處理中斷，中斷函數(shù)校驗數(shù)據(jù)完整性后判斷該數(shù)據(jù)包目的地是否為本設備，若目的地是本身則將數(shù)據(jù)顯示或上傳PC（網(wǎng)關功能），若目的地不是本身則通過LoRa模塊將該數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)（中繼功能）。

圖3 軟件流程圖

2.5 數(shù)據(jù)格式

根據(jù)系統(tǒng)功能編制數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)格式須包含發(fā)送和接收端的唯一地址信息用以確認數(shù)據(jù)來源和目的地，位置信息為承載的有效數(shù)據(jù)，預留數(shù)據(jù)位作為后續(xù)功能擴展支持，數(shù)據(jù)包哈希值用于驗證數(shù)據(jù)完整性。采用結構體的組織形式，包含信息如表1所示。

表1 系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)格式

3 系統(tǒng)應用

某山區(qū)地區(qū)移動通信信號較差，設計人員在衛(wèi)片中選擇點位，原始方案點位設計如圖4所示，塔位滿足設計塔型檔距要求。

圖4 原始設計方案塔位

3.1 原始選線方案

設計人員隨測量人員實地定點時發(fā)現(xiàn)原設計③號塔位地上物環(huán)境不滿足立塔條件，須進行調整。設計人員在原③塔位周邊進行實地勘察，初步擬定符合立塔條件的新③號塔位（圖5青色標出）并采集相應坐標，將新塔位坐標帶回駐地進行驗證，發(fā)現(xiàn)新③號塔位與原②號塔位檔距超限，第一次塔位調整不符合要求，隨后再次前往現(xiàn)場，選擇圖6中綠色標注新③號塔位，再次重復檢驗流程并優(yōu)化新④號塔位后完成選線。過程中每次調整都須返回駐地驗證塔位，選擇新位置時須再次上下山，選線時間需要3天。

圖5 塔位一次調整

3.2 基于LoRa網(wǎng)絡的選線

設計人員于駐地1攜帶安裝了配套地圖的計算機和LoRa網(wǎng)關設備，測量人員攜帶LoRa移動端模塊與網(wǎng)關連接，分2組分別至圖4中的塔位②和③，測量人員位置可通過LoRa網(wǎng)絡實時顯示在計算機中。此時②號塔位反饋塔位地上物滿足立塔條件，③號反饋不滿足立塔條件，須進行調整，在③號周邊地區(qū)找到適合立塔的新③號位置（圖5青色標注），但PC端通過實時測量發(fā)現(xiàn)新③號塔位與現(xiàn)有②號塔位檔距超限，不滿足設計要求，隨后重新在PC端規(guī)劃③號塔位（圖6中綠色），同時優(yōu)化④號位置，將新塔位發(fā)送給兩組測量人員，測量人員依照塔位坐標前往新位置，確認地上物滿足立塔條件后完成選線。基于LoRa的選線方法省去了往返駐地的時間，同時可以多組協(xié)同工作，選線時間縮短為1天。

圖6 塔位二次調整

4 結束語

針對偏遠地區(qū)移動網(wǎng)絡覆蓋不足，設計了一種基于LoRa網(wǎng)絡的輸電線路選線系統(tǒng)，結合LoRa無線通信技術的長距離、低功耗和自組網(wǎng)的特點，將GPS模塊獲取位置信息回傳至LoRa網(wǎng)關實時在PC衛(wèi)星圖中顯示，供設計人員實時優(yōu)化更新線路路徑。同時該選線方式將原有單組踏勘作業(yè)拓展為多組并行作業(yè)，大大提高了選線效率。