CN114018218A - 一种电塔在线检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电塔在线检测系统及方法，包括有若干个输电线路检测终端、远程管控中心以及远程网络启动服务器，若干个输电线路检测终端通过远程网络启动服务器与远程管控中心实现通讯连接，远程网络启动服务器包括有网络接口协议模块和信道解算模块，若干个输电线路检测终端通过网络接口协议模块中的协议文件自动匹配接口实现与网络启动服务器之间的通信，信道解算模块通过获取的电塔信息随机生成专属信道，通过专属信道与远程管控中心实现信息交互。通过卫星定位技术获取安装在电塔塔身上的位姿传感器之间的角度变化值，将角度变化值通过专属信道传送至远程管控中心，避免了信息的拥塞现象，实现了对电力塔倾斜状态的在线检测和预警。

Description

一种电塔在线检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电塔在线监测技术领域，具体的，涉及一种电塔在线检测系统及方法。

背景技术

我国地理分布广泛，地质条件复杂多样，在自然环境和外界条件的作用下，如踩空(采煤后废弃空间)地区，飓风、重覆冰的极端气象地区，杆塔基础时常会发生滑移、倾斜、沉降、开裂等现象，从而引起杆塔形变或倾斜。杆塔倾斜属于典型的隐形故障，在杆塔倾斜现象发生的发展初期，巡线人员很难用肉眼观察到其微小变化。当发现其沉降时，输电线路已处于危险状态。安装杆塔倾斜监测装置，可以发现杆塔形变和倾斜，找出其发生、发展的特点，及时掌握早期杆塔变化，预见其发展程度，并及时采取相应措施，确保线路的安全运行。目前,线路杆塔倾斜度测量方法主要有铅垂法、经纬仪法、平面镜法以及地面激光测量法,传统方法都是依赖人去现场做勘测，耗时长，效率低；随着传感器技术和通信技术的发展，采用通信网络对传感器采集的数据进行传输可以实现全天候的电塔监测，然而，输电线路所面临的环境多变，电塔众多，数据的采集、传输和管理面临诸多困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种电塔在线检测系统及方法，通过卫星定位技术获取安装在电塔塔身上的位姿传感器之间的角度变化值，将角度变化值通过专属信道传送至远程管控中心，避免了信息的拥塞现象，实现了对电力塔倾斜状态的在线检测和预警。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种电塔在线检测系统，包括有若干个输电线路检测终端、远程管控中心以及远程网络启动服务器，所述若干个输电线路检测终端通过远程网络启动服务器与远程管控中心实现通讯连接，所述远程网络启动服务器包括有网络接口协议模块和信道解算模块，若干个输电线路检测终端通过网络接口协议模块中的协议文件自动匹配接口实现与网络启动服务器之间的通信，所述信道解算模块通过获取的电塔信息随机生成专属信道，通过专属信道与远程管控中心实现信息交互。

本方案中，远程网络启动服务器作为输电线路检测终端和远程管控中心信息传输的桥梁，远程网络启动服务器可以自动适配不同接口协议的输电线路检测终端，为每一个输电线路检测终端定制独立的专属信道，可以避免信息传输时的拥塞现象，保证了信息传输的安全高效性。

作为优选，所述输电线路检测终端包括有安装在电力塔身用于检测电力塔的倾斜状态的位姿检测设备、安装在塔身用于测量塔身环境的风速传感器以及中继终端，所述位姿检测设备分别与北斗卫星和中继终端通信连接；所述中继终端与风速传感器通信连接；所述中继终端与远程网络启动服务器通信连接。

本方案中，根据风速传感器采集的当前环境风力大小，确定当前采集的电塔姿态信息是否可靠；位姿检测设备通过北斗卫星获取高精度的几何坐标信息，中继终端获取位姿检测设备的位姿信息，将位姿信息发送至远程网络启动服务器。

作为优选，所述位姿检测设备包括安装在电力塔身上的第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器，第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的安装点在平面上构成直角三角形，直角三角形的初始角度为α₀、β₀以及γ₀，其中α₀＝90°，β₀+γ₀＝α₀。

本方案中，第一位姿传感器设置在电力塔的基座上，不随塔身的倾斜而有位置的变化，第二位姿传感器设置在第一位姿传感器的正上方，第三位姿传感器与第二位姿传感器水平设置，使得三个位姿传感器的安装点之间的连线为直角三角形，当铁塔倾斜时，第二位姿传感器以及第三位姿传感器会随着塔身的倾斜而有位置上的变化，使得三角形中三个夹角也随之变化，进而可以得到三个夹角与初始角度之间的偏差值，设定角度偏差阈值并与角度偏值进行比较，即可初步判定电塔是否存在倾斜隐患。

作为优选，所述中继终端内设置有位姿解算模块，所述位姿解算模块通过获取三个位姿传感器的位置信息计算所构成三角形的各个角度α₁、β₁以及γ₁，通过与原始角度比较计算出各角度偏差值Δα、Δβ以及Δγ，进而将角度偏差值打包发送至远程网络启动服务器。

本方案中，通过中继终端对采集的数据进行预结算，可以极大的减少远程管控中心对于数据的处理过程。

作为优选，信道解算模块随机生成专属信道包括如下步骤：

中继终端通过网络接口协议模块获取对应接口协议文件，获取对应的接口协议文件进行接口程序配置，接口程序配置完成后实现了与远程网络启动服务器建立网络连接；

依次建立中继终端与远程网络启动服务器之间的网络连接，远程网络启动服务器端建立网络信道分配表，所述网络信道分配表覆盖所有频段的通讯频率范围；

通讯频率范围设置由大到小设置有n个载波频段；所述管理域内设置有n个中继终端；

按照远程网络启动服务器与中继终端的相对距离由大到小分配所述载波频段。

本方案中，通过对管理域内的通讯信道进行划分，保证了各个信息传输时的相对独立性，避免了信息拥塞的现象。

作为优选，所述第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器均为与接收卫星导航信号进项差分定位的GNSS接收机。通过三个天线接收卫星导航信号，利用卫星导航高精度差分定位，实现mm以内的几何高精度定位。

一种电塔在线检测方法，包括如下步骤：

建立网络连接：安装在电力塔上的中继终端依次与远程网络启动服务器和远程管控中心通讯连接，其中远程网络启动服务器按照远程网络启动服务器与中继终端的相对距离由大到小分配所述载波频段作为网络传输专属信道；

中继终端获取风速传感器的采集信号，当风速小于设定风速阈值时，获取第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的位姿信息；

通过位姿解算模块计算三个位姿传感器所构成三角形的各个角度α₁、β₁以及γ₁，通过与原始角度比较计算出各角度偏差值Δα、Δβ以及Δγ，进而将角度偏差值通过专属信道打包发送至远程网络启动服务器；

远程网络启动服务器将信息通过非对称加密后发送至远程管控中心；

所述远程管控中心将获取的角度差值作为三维电力塔模型的调整参数，判定电力塔的倾斜角度。

本方案中，位姿检测设备通过北斗卫星获取高精度的几何坐标信息，中继终端获取位姿检测设备的位姿信息，中继终端对位姿信息进行解算后，进而将角度偏差值通过专属信道打包发送至远程网络启动服务器，远程网络启动服务器将信息通过非对称加密后发送至远程管控中心，远程管控中心根据三维电力塔模型判定电力塔的倾斜角度和方向，制定维修策略，其中，三维电力塔模型作为本领域技术人员在前期铁塔修建时在三维虚拟地图上的建立的模型，基于UG或solidworks等三维制图软件制作的，通过输入三个定点的相对位置和角度偏差，即可得到电力塔模型实际的倾斜量，根据倾斜量判定电力塔是否具有危情。

作为优选，位姿解算模块计算三个传感器之间夹角公式如下：

其中，a为第一位姿传感器和第二位姿传感器的相对距离；b为第一位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离；c为第二位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离。

本发明的有益效果：本发明一种电塔在线检测系统及方法通过卫星定位技术获取安装在电塔塔身上的位姿传感器之间的角度变化值，将角度变化值通过专属信道传送至远程管控中心，避免了信息的拥塞现象，实现了对电力塔倾斜状态的在线检测和预警。

附图说明

图1为本发明的一种电塔在线检测系统的结构示意图。

图2为本发明的输电线路检测终端的结构示意图。

图中标记说明：1-远程管控中心、2-远程网络启动服务器、3-输电线路检测终端、4-北斗卫星、31-风速传感器、32-中继终端、33-位姿检测设备。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例：如图1所示，一种电塔在线检测系统的结构示意图，包括有若干个输电线路检测终端3、远程管控中心1以及远程网络启动服务器2，所述若干个输电线路检测终端通过远程网络启动服务器与远程管控中心实现通讯连接，所述远程网络启动服务器包括有网络接口协议模块和信道解算模块，若干个输电线路检测终端通过网络接口协议模块中的协议文件自动匹配接口实现与网络启动服务器之间的通信，所述信道解算模块通过获取的电塔信息随机生成专属信道，通过专属信道与远程管控中心实现信息交互。

本实施例中，远程网络启动服务器作为输电线路检测终端和远程管控中心信息传输的桥梁，远程网络启动服务器可以自动适配不同接口协议的输电线路检测终端，为每一个输电线路检测终端定制独立的专属信道，可以避免信息传输时的拥塞现象，保证了信息传输的安全高效性。

如图2所示，输电线路检测终端包括有安装在电力塔身用于检测电力塔的倾斜状态的位姿检测设备33、安装在塔身用于测量塔身环境的风速传感器31以及中继终端32，所述位姿检测设备分别与北斗卫星4和中继终端通信连接；所述中继终端与风速传感器通信连接；所述中继终端与远程网络启动服务器通信连接。

本实施例中，根据风速传感器采集的当前环境风力大小，确定当前采集的电塔姿态信息是否可靠；位姿检测设备通过北斗卫星获取高精度的几何坐标信息，中继终端获取位姿检测设备的位姿信息，将位姿信息发送至远程网络启动服务器，远程网络启动服务器对位姿信息进行加密后通过专属信道发送至远程管控中心。

所述位姿检测设备包括安装在电力塔身上的第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器，第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的安装点在平面上构成直角三角形，直角三角形的初始角度为α₀、β₀以及γ₀，其中α₀＝90°，β₀+γ₀＝α₀。

本实施例中，第一位姿传感器设置在电力塔的基座上，不随塔身的倾斜而有位置的变化，第二位姿传感器设置在第一位姿传感器的正上方，第三位姿传感器与第二位姿传感器水平设置，使得三个位姿传感器的安装点之间的连线为直角三角形，当铁塔倾斜时，第二位姿传感器以及第三位姿传感器会随着塔身的倾斜而有位置上的变化，使得三角形中三个夹角也随之变化，进而可以得到三个夹角与初始角度之间的偏差值，设定角度偏差阈值并与角度偏值进行比较，即可初步判定电塔是否存在倾斜隐患。

所述中继终端内设置有位姿解算模块，所述位姿解算模块通过获取三个位姿传感器的位置信息计算所构成三角形的各个角度α₁、β₁以及γ₁，通过与原始角度比较计算出各角度偏差值Δα、Δβ以及Δγ，进而将角度偏差值打包发送至远程网络启动服务器。通过中继终端对采集的数据进行预结算，可以极大的减少远程管控中心对于数据的处理过程。

信道解算模块随机生成专属信道包括如下步骤：

中继终端通过网络接口协议模块获取对应接口协议文件，获取对应的接口协议文件进行接口程序配置，接口程序配置完成后实现了与远程网络启动服务器建立网络连接；

依次建立中继终端与远程网络启动服务器之间的网络连接，远程网络启动服务器端建立网络信道分配表，所述网络信道分配表覆盖所有频段的通讯频率范围；

通讯频率范围设置由大到小设置有n个载波频段；所述管理域内设置有n个中继终端；

按照远程网络启动服务器与中继终端的相对距离由大到小分配所述载波频段。

本实施例中，通过对管理域内的通讯信道进行划分，保证了各个信息传输时的相对独立性，避免了信息拥塞的现象。

作为优选，所述第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器均为与接收卫星导航信号进项差分定位的GNSS接收机。通过三个天线接收卫星导航信号，利用卫星导航高精度差分定位，实现mm以内的几何高精度定位。

一种电塔在线检测方法，包括如下步骤：

建立网络连接：安装在电力塔上的中继终端依次与远程网络启动服务器和远程管控中心通讯连接，其中远程网络启动服务器按照远程网络启动服务器与中继终端的相对距离由大到小分配所述载波频段作为网络传输专属信道；

中继终端获取风速传感器的采集信号，当风速小于设定风速阈值时，获取第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的位姿信息；

通过位姿解算模块计算三个位姿传感器所构成三角形的各个角度α₁、β₁以及γ₁，通过与原始角度比较计算出各角度偏差值Δα、Δβ以及Δγ，进而将角度偏差值通过专属信道打包发送至远程网络启动服务器；

远程网络启动服务器将信息通过非对称加密后发送至远程管控中心；

所述远程管控中心将获取的角度差值作为三维电力塔模型的调整参数，判定电力塔的倾斜角度。

本实施例中，位姿检测设备通过北斗卫星获取高精度的几何坐标信息，中继终端获取位姿检测设备的位姿信息，中继终端对位姿信息进行解算后，进而将角度偏差值通过专属信道打包发送至远程网络启动服务器，远程网络启动服务器将信息通过非对称加密后发送至远程管控中心，远程管控中心根据三维电力塔模型判定电力塔的倾斜角度和方向，制定维修策略，其中，三维电力塔模型作为本领域技术人员在前期铁塔修建时在三维虚拟地图上的建立的模型，基于UG或solidworks等三维制图软件制作的，通过输入三个定点的相对位置和角度偏差，即可得到电力塔模型实际的倾斜量，根据倾斜量判定电力塔是否具有危情。

位姿解算模块计算三个传感器之间夹角公式如下：

其中，a为第一位姿传感器和第二位姿传感器的相对距离；b为第一位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离；c为第二位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离。

以上所述之具体实施方式为本发明一种电塔在线检测系统及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电塔在线检测系统，其特征在于，包括有若干个输电线路检测终端、远程管控中心以及远程网络启动服务器，所述若干个输电线路检测终端通过远程网络启动服务器与远程管控中心实现通讯连接，所述远程网络启动服务器包括有网络接口协议模块和信道解算模块，若干个输电线路检测终端通过网络接口协议模块中的协议文件自动匹配接口实现与网络启动服务器之间的通信，所述信道解算模块通过获取的电塔信息随机生成专属信道，通过专属信道与远程管控中心实现信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种电塔在线检测系统，其特征在于，所述输电线路检测终端包括有安装在电力塔身用于检测电力塔的倾斜状态的位姿检测设备、安装在塔身用于测量塔身环境的风速传感器以及中继终端，所述位姿检测设备分别与北斗卫星和中继终端通信连接；所述中继终端与风速传感器通信连接；所述中继终端与远程网络启动服务器通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种电塔在线检测系统，其特征在于，所述位姿检测设备包括安装在电力塔身上的第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器，第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的安装点在平面上构成直角三角形，直角三角形的初始角度为α₀、β₀以及γ₀，其中α₀＝90°，β₀+γ₀＝α₀。

4.根据权利要求3所述的一种电塔在线检测系统，其特征在于，所述中继终端内设置有位姿解算模块，所述位姿解算模块通过获取三个位姿传感器的位置信息计算所构成三角形的各个角度α₁、β₁以及γ₁，通过与原始角度比较计算出各角度偏差值Δα、Δβ以及Δγ，进而将角度偏差值打包发送至远程网络启动服务器。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种电塔在线检测系统，其特征在于，信道解算模块随机生成专属信道包括如下步骤：

中继终端通过网络接口协议模块获取对应接口协议文件，获取对应的接口协议文件进行接口程序配置，接口程序配置完成后实现了与远程网络启动服务器建立网络连接；

依次建立中继终端与远程网络启动服务器之间的网络连接，远程网络启动服务器端建立网络信道分配表，所述网络信道分配表覆盖所有频段的通讯频率范围；

通讯频率范围设置由大到小设置有n个载波频段；所述管理域内设置有n个中继终端；

按照远程网络启动服务器与中继终端的相对距离由大到小分配所述载波频段。

6.根据权利要求2或3或4所述的一种电塔在线检测系统，其特征在于，所述第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器均为与接收卫星导航信号进项差分定位的GNSS接收机。

7.一种电塔在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立网络连接：安装在电力塔上的中继终端依次与远程网络启动服务器和远程管控中心通讯连接，其中远程网络启动服务器按照远程网络启动服务器与中继终端的相对距离由大到小分配所述载波频段作为网络传输专属信道；

中继终端获取风速传感器的采集信号，当风速小于设定风速阈值时，获取第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的位姿信息；

通过位姿解算模块计算三个位姿传感器所构成三角形的各个角度α₁、β₁以及γ₁，通过与原始角度比较计算出各角度偏差值Δα、Δβ以及Δγ，进而将角度偏差值通过专属信道打包发送至远程网络启动服务器；

远程网络启动服务器将信息通过非对称加密后发送至远程管控中心；

所述远程管控中心将获取的角度差值作为三维电力塔模型的调整参数，判定电力塔的倾斜角度。

8.根据权利要求7所述的一种电塔在线检测方法，其特征在于，位姿解算模块计算三个传感器之间夹角公式如下：

其中，a为第一位姿传感器和第二位姿传感器的相对距离；b为第一位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离；c为第二位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离。

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