吕建强，洪立玮

（国网冀北电力有限公司廊坊供电公司，河北 廊坊 065000）

输电线路路径的选择是线路设计的重要环节，路径选择的优劣会对项目初期投资、后期运行维护、电能损耗等方面产生直接影响，对供电企业经济收益起到至关重要的作用[1]。目前输电线路选线大多采用卫星地图选线-实地测量塔位的方式，卫星地图提供了很好的地形和地上物情况，但受精确度与时效性影响，现场情况与卫星图可能有较大出入，尤其是在山区等地上物茂密的地区。山区或偏远地区手机信号覆盖较差，无法使用在线地图等工具，设计人员在地图上选线完成后如果遇到现场与实际不符的情况需要返回驻地进行修改再次选线，浪费了大量时间和精力。

1 输电线路选线

输电线路初勘选线是输电线路设计阶段的第一步，当前线路选线流程大致为卫片初步选择-现场踏勘的流程，如遇到现场与预期不符则重复以上流程。现有选线设备多为移动端GPS、RTK等设备，设备配置多为“一人一机”的方式，设计人员在卫片初选方案后随勘察专业人员实地进行现场逐基勘测，确定全线转角桩位。若转角耐张段内地上物情况复杂尚须对拟定直线塔位情况进行核实。当某一基塔位无法满足立塔条件时，往往相邻多个塔位需要联动调整，这需要设计人员多次往返调整塔基位置确保工程能够实施。当遇到无网络信号时受距离和通信影响只能一组人员进行实地踏勘，在交通不便尤其是山区会极大影响选线效率。

2 设计方案

2.1 LoRa通信技术

LoRa是一种低功耗局域网无线标准，其名称“LoRa”源于远距离无线电（long range radio），其最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3～5倍[2]。它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK（频移键控）调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。

2.2 系统设计

系统应用场景为：常规通信手段未覆盖的偏远地区的线路选线及方案调整。

基于LoRa技术的输电线路新型选线系统包括手持终端（现场定位）、网关终端（负责与PC交换数据）和PC端卫星地图API。手持终端负责现场定位并将定位信息回传至网关，每个手持终端均可以作为转发中继节点，保证数据链路畅通。网关终端利用蓝牙或串口与PC相连，将手持终端回传的位置信息通过LoRa网络接收后传送给PC端，同时可以接收PC端指令指示新位置的方位；PC端API可以利用现有地图工具将网关接收到的位置信息实时显示在地图上，方便设计人员现场调整路径方案。系统典型应用如图1所示。

图1 选线系统典型应用

2.3 硬件设计

该系统手持端与网关共享相同硬件设计，通过软件切换设备类型。该硬件需要具有获取GPS位置信息、LoRa传输、充电、PC通信和显示功能，各模块与主控通过相应通信接口连接，主控芯片采用ESP32双核ARM处理器，其自带了Wi-Fi和蓝牙协议栈[3]，从而简化了与PC主机的通信设计。硬件设计如图2所示。

图2 硬件电路模块设计

2.4 软件逻辑

系统软件逻辑如图3所示，分为发送流程和接收流程。发送流程：上电后设备根据设定时间间隔或手动触发进行GPS信息采集并通过LoRa模块进行传输，传输完成后自动进入待机（接收）状态。接收流程：在设备待机（接收）状态下接收到LoRa网络数据包并触发处理中断，中断函数校验数据完整性后判断该数据包目的地是否为本设备，若目的地是本身则将数据显示或上传PC（网关功能），若目的地不是本身则通过LoRa模块将该数据包进行转发（中继功能）。

图3 软件流程图

2.5 数据格式

根据系统功能编制数据格式，数据格式须包含发送和接收端的唯一地址信息用以确认数据来源和目的地，位置信息为承载的有效数据，预留数据位作为后续功能扩展支持，数据包哈希值用于验证数据完整性。采用结构体的组织形式，包含信息如表1所示。

表1 系统传输数据格式

3 系统应用

某山区地区移动通信信号较差，设计人员在卫片中选择点位，原始方案点位设计如图4所示，塔位满足设计塔型档距要求。

图4 原始设计方案塔位

3.1 原始选线方案

设计人员随测量人员实地定点时发现原设计③号塔位地上物环境不满足立塔条件，须进行调整。设计人员在原③塔位周边进行实地勘察，初步拟定符合立塔条件的新③号塔位（图5青色标出）并采集相应坐标，将新塔位坐标带回驻地进行验证，发现新③号塔位与原②号塔位档距超限，第一次塔位调整不符合要求，随后再次前往现场，选择图6中绿色标注新③号塔位，再次重复检验流程并优化新④号塔位后完成选线。过程中每次调整都须返回驻地验证塔位，选择新位置时须再次上下山，选线时间需要3天。

图5 塔位一次调整

3.2 基于LoRa网络的选线

设计人员于驻地1携带安装了配套地图的计算机和LoRa网关设备，测量人员携带LoRa移动端模块与网关连接，分2组分别至图4中的塔位②和③，测量人员位置可通过LoRa网络实时显示在计算机中。此时②号塔位反馈塔位地上物满足立塔条件，③号反馈不满足立塔条件，须进行调整，在③号周边地区找到适合立塔的新③号位置（图5青色标注），但PC端通过实时测量发现新③号塔位与现有②号塔位档距超限，不满足设计要求，随后重新在PC端规划③号塔位（图6中绿色），同时优化④号位置，将新塔位发送给两组测量人员，测量人员依照塔位坐标前往新位置，确认地上物满足立塔条件后完成选线。基于LoRa的选线方法省去了往返驻地的时间，同时可以多组协同工作，选线时间缩短为1天。

图6 塔位二次调整

4 结束语

针对偏远地区移动网络覆盖不足，设计了一种基于LoRa网络的输电线路选线系统，结合LoRa无线通信技术的长距离、低功耗和自组网的特点，将GPS模块获取位置信息回传至LoRa网关实时在PC卫星图中显示，供设计人员实时优化更新线路路径。同时该选线方式将原有单组踏勘作业拓展为多组并行作业，大大提高了选线效率。