CN102852166B - 一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统及方法，所述系统包括：地基基础监测装置，杆塔监测装置，状态监测代理装置和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，其中：地基基础监测装置，采集输电线路的地基基础监测参数；杆塔监测装置，采集铁塔的杆塔监测参数；状态监测代理装置，采用WIFI方式获取地基基础监测参数，采用WIFI方式获取杆塔监测参数；并采用OPGW方式将获取的参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，通过OPGW方式接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测，本发明实现了高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

Description

一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及输电线路铁塔监测技术，尤其涉及一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统及方法。

背景技术

青藏输电线路等高海拔冻土层输电线路由于特殊的地理环境，面临恶劣高原自然环境以及多年的冻土问题，冻土由于热稳定性差、水热活动强烈、厚层地下含冰量所占比重大，对环境变化极为敏感，冻土引起杆塔受力变化，输电线路经过冻土地区这些区域，轻者可造成基础倾斜、开裂、杆塔变形，重者造成基础沉陷、杆塔倾倒，严重威胁输电线路的安全运行。地处冻土区的输电线路杆塔地表沉降时，造成导地线的拉线位移变型，引起杆身、塔身受力弯曲或杆塔倾斜。铁塔倾斜后造成杆塔导地线的不平衡受力，引起绝缘子串和地线线夹迈步，电气安全距离不够等问题。当问题扩大时容易造成倒塔断线，电气距离不够引起跳闸等事故。在现象发生发展的初期，巡线人员很难用肉眼观察到微小的变化，如何通过线路杆塔的监测方案对冻土区杆塔的状态进行合理的监测预警，及时消除以上线路杆塔隐患，对青藏线直流线路等高海拔冻土层输电线路的安全运行至关重要。

冻土地基处理措施按防冻胀措施主要有：玻璃钢、锥形基础、润滑剂、地基土换填、隔水排水及保温。防融沉措施主要有：热棒、地基土换填、隔水排水等。

输电线路属于以点连线的地基非连续线状工程，在设计条件和建设工况等方面有许多自身的特点，电力行业在高原冻土的研究积累方面极为有限，对于这条快速启动的输电线路而言，基于冻土空间差异性及复杂性的突出特点，目前已有的资料和经验虽应充分利用和借鉴，但不能直接套用且程度有限，所以国家电网公司已经安排了勘测、设计和施工等方面的多个专题研究项目，以通过对冻土监测来掌握冻土的输电特性，为线路安全运行和线路杆塔选线、选位等提出了相应的选择依据，其中包括低温热管技术。

低温热管技术是20世纪60年代发展起来的。是无需外加动力、用于寒区土木工程地基中的冷冻技术。它是利用液气两相的转换对流循环来实现热量传输的系统，是无源冷却系统中热量传输效率最高的装置。

热棒是低温热管技术的一种应用新技术，热棒运行状态监测一般有直接法和间接法，直接法有中心管法和远红外摄像等方法，但涉及制造成本和观测成本，直接法并未广泛使用；热棒运行状态监测间接法是在热棒附近土体中埋设温度传感器，监测土体的温度，只要土体温度沿热棒逐渐降低，即可说明热棒的工作状态就没有问题。

在铁塔监测方面，国内外均有相关现有技术，但多采用单一的角度传感方法对铁塔倾斜作出判断，并结合累积数据对趋势做出判断。山西电力公司在采用多塔模型对杆塔倾斜作为判断和预测方面开展了一定的研究工作，中国电力科学研究院起草了相关铁塔监测企业标准，给出了初步的告警规则，但未就杆塔倾斜的多因素预警预防作深入研究。

在地基基础在线监测方面，国内外未见有应用十分成熟的系统，国网系统也还未有相应的企业标准给予明确。中国电科院国家电网公司重点实验室岩土室在铁塔基础的常规检测方面开展了大量的研究工作，得出了一套行之有效的基础检测方法，但在在线监测方面开展的工作还不够深入。

输电线路在线监测系统目前通讯方式多以GPRS/CDMA/3G公网的方式为主，而在高海拔冻土层的输电线路多为无信号覆盖地区，这就造成监测数据无法或不能及时传送。

发明内容

本发明实施例提供一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统及方法，以实现高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

一方面，本发明实施例提供了一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，所述系统包括：地基基础监测装置，杆塔监测装置，状态监测代理装置和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，其中：

地基基础监测装置，采集输电线路的地基基础监测参数；

杆塔监测装置，采集铁塔的杆塔监测参数；

状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；

输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，通过OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

优选的，在本发明一实施例中，所述地基基础监测装置包括：地质沉降传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的地基基础沉降参数数据；热棒温度传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的热棒运行状态参数数据；土壤表面温度传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的土壤表面温度参数数据。

优选的，在本发明一实施例中，所述地质沉降传感器包括静力水准传感器。

优选的，在本发明一实施例中，所述地基基础监测装置还包括：太阳能电池和蓄电池，用于对所述地基基础监测装置中的用电部件供电。

优选的，在本发明一实施例中，所述杆塔监测装置包括：杆塔倾斜传感器，采集输电线路的杆塔监测参数中的杆塔倾斜参数数据；气象环境传感器，采集输电线路的杆塔监测参数中的气象环境参数数据，所述气象环境参数数据包括输电线路的杆塔周围的风速、风向、环境温度、环境湿度参数数据。

优选的，在本发明一实施例中，所述杆塔监测装置还包括：太阳能电池和蓄电池，用于对所述杆塔监测装置中的用电部件供电。

优选的，在本发明一实施例中，所述状态监测代理装置包括：太阳能电池和蓄电池，用于对所述状态监测代理装置中的用电部件供电。

优选的，在本发明一实施例中，所述输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站包括：输电线路铁塔地基基础在线监测模块，用于利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数，采用纵比和横比相结合的方法对高海拔冻土层的状态进行分析与评估：纵即以一定时间段为评估期，结合气象环境参数数据，研究同一个杆塔冻土层在线监测数据的变化趋势，判断冻土层的运行水平；横比以一定时间段为评估期，结合气象环境参数数据，研究同一个线路冻土层在线监测数据并进行比较，判断冻土层的运行水平。

优选的，在本发明一实施例中，所述输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站包括：输电线路铁塔地基基础预警模块，用于通过输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数，获取综合倾斜度参数和杆塔横担歪斜度参数进行杆塔运行状态的评估与判断进行预警。

另一方面，本发明实施例提供了一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测方法，所述方法应用于上述高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，所述方法包括：

通过地基基础监测装置采集输电线路的地基基础监测参数；

通过杆塔监测装置采集铁塔的杆塔监测参数；

通过状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；

通过输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，采用OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，所述系统包括：地基基础监测装置，杆塔监测装置，状态监测代理装置和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，其中：地基基础监测装置，采集输电线路的地基基础监测参数；杆塔监测装置，采集铁塔的杆塔监测参数；状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，通过OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测的技术手段，所以实现了高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统框架示意图；

图2为本发明实施例一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测方法流程图；

图3为本发明应用实例高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统组成示意图；

图4为本发明应用实例静力水准传感器示意图；

图5为本发明应用实例热棒的工作原理示意图；

图6为本发明应用实例地基基础监测装置的原理示意图；

图7为本发明应用实例地基基础监测装置的印刷电路示意图；

图8为本发明应用实例地基基础监测装置的软件整体流程示意图；

图9为本发明应用实例地基基础监测装置的读串口数据线程执行流程示意图；

图10为本发明应用实例地基基础监测装置的模型计算线程执行流程示意图；

图11为本发明应用实例地基基础监测装置的无线网络发送线程执行流程示意图；

图12为本发明应用实例杆塔倾斜监测装置的监测原理示意图；

图13为本发明应用实例杆塔监测装置的原理示意图；

图14为本发明应用实例杆塔监测装置的太阳能供电方式设计示意图；

图15为本发明应用实例杆塔监测装置的软件整体流程示意图；

图16为本发明应用实例状态监测代理装置的原理示意图；

图17为本发明应用实例状态监测代理装置的网络传输示意图；

图18为本发明应用实例状态监测代理装置的软件整体设计流程示意图；

图19为本发明应用实例输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站的软件设计框架示意图；

图20为本发明应用实例热棒的温度测量示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

为了对电力系统中高海拔冻土层输电线路的铁塔倾斜、铁塔地基基础、热棒运行状态、气象环境等参数准确、可靠无误地监测，进而为高海拔输电线路冻土层的安全运行提供判定依据，提供了高海拔冻土层输电线路在线监测系统及方法。

如图1所示，为本发明实施例一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统框架示意图，所述系统包括：地基基础监测装置11，杆塔监测装置12，状态监测代理装置13和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站14，其中：

地基基础监测装置11，采集输电线路的地基基础监测参数；

杆塔监测装置12，采集铁塔的杆塔监测参数；

状态监测代理装置13，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置11通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置12通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站14通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站14；

输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站14，通过OPGW方式与状态监测代理装置13通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

优选的，所述地基基础监测装置包括：地质沉降传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的地基基础沉降参数数据；热棒温度传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的热棒运行状态参数数据；土壤表面温度传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的土壤表面温度参数数据。优选的，所述地质沉降传感器包括静力水准传感器。优选的，所述地基基础监测装置还包括：太阳能电池和蓄电池，用于对所述地基基础监测装置中的用电部件供电。

优选的，所述杆塔监测装置包括：杆塔倾斜传感器，采集输电线路的杆塔监测参数中的杆塔倾斜参数数据；气象环境传感器，采集输电线路的杆塔监测参数中的气象环境参数数据，所述气象环境参数数据包括输电线路的杆塔周围的风速、风向、环境温度、环境湿度参数数据。优选的，所述杆塔监测装置还包括：太阳能电池和蓄电池，用于对所述杆塔监测装置中的用电部件供电。

优选的，所述状态监测代理装置包括：太阳能电池和蓄电池，用于对所述状态监测代理装置中的用电部件供电。

优选的，所述输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站包括：输电线路铁塔地基基础在线监测模块，用于利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数，采用纵比和横比相结合的方法对高海拔冻土层的状态进行分析与评估：纵即以一定时间段为评估期，结合气象环境参数数据，研究同一个杆塔冻土层在线监测数据的变化趋势，判断冻土层的运行水平；横比以一定时间段为评估期，结合气象环境参数数据，研究同一个线路冻土层在线监测数据并进行比较，判断冻土层的运行水平。优选的，所述输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站包括：输电线路铁塔地基基础预警模块，用于通过输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数，获取综合倾斜度参数和杆塔横担歪斜度参数进行杆塔运行状态的评估与判断进行预警。

对应于上述方法实施例，如图2所示，为本发明实施例一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测方法流程图，所述方法应用于上述高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，所述方法包括：

201、通过地基基础监测装置采集输电线路的地基基础监测参数；

202、通过杆塔监测装置采集铁塔的杆塔监测参数；

203、通过状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；

204、通过输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，采用OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

本发明上述方法或系统实施例因为采用高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，所述系统包括：地基基础监测装置，杆塔监测装置，状态监测代理装置和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，其中：地基基础监测装置，采集输电线路的地基基础监测参数；杆塔监测装置，采集铁塔的杆塔监测参数；状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，通过OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测的技术手段，所以实现了高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

以下举应用实例介绍本发明方案：

如图3所示，为本发明应用实例高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统组成示意图，该高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统由地基基础监测装置，杆塔监测装置，状态监测代理装置和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站四部分组成。

第一部分：输电线路的地基基础监测装置：

地基基础监测装置主要采集输电线路的土壤表面温度、地基基础沉降、热棒运行状态等三个要素。其中，土壤表面温度测量采用高性能的温度传感器、高精度AD转换及补偿算法，满足于冻土层的高精度温度测量需求；地质沉降测量采用静力水准传感器，满足要求高精度监测垂直位移的应用需求，可监测到0.05mm的高程变化；热棒运行状态测量采用间接法，所有传感器通过有线方式进行联系，地基基础监测装置定期采集输电线路冻土的运行数据，并通过短距离无线WIFI(Wireless Fidelity，无线保真，俗称无线宽带，IEEE802.11a/g/b，工作在2.4GHz，定向天线距离5km)方式传输到状态监测代理装置；

如图4所示，为本发明应用实例静力水准传感器示意图，该静力水准传感器是一种精密液位测量系统，该系统设计用于测量多个测点的相对沉降。在使用中，一系列的传感器容器使用通液管联接，每一容器的液位由一精密振弦式传感器测得。传感器下挂有一个浮筒，当容器液位发生变化时，浮筒所受到的浮力即被传感器感应。

在多点系统中，所有静力水准传感器的垂直位移均是相对于其中任意一点(这一点又叫基准点或参照点)的变化，该点的垂直位移应是相对稳定的，以便能精确计算静力水准传感器各测点的沉降变化。

如图5所示，为本发明应用实例热棒的工作原理示意图，在温度传感器布点上，多点式温度传感器用于混凝土、土体或钻孔中时可直接安装埋入，传感器通过埋入冻土内部，通过数据监测装置接收冻土内部各温度计变化状态采集数据，由于冻土层的特殊性，确定在离基础20-30米处钻孔，放入一个数字式温度传感器，取得天然冻土温度；冻土温度布点可以在热棒侧壁(绑在管上，不用钻孔)、离热棒0.5米，1.5米，2米处钻孔等典型点，埋入温度传感器；为防止冻胀等对线缆的破坏，需要用PVC(Poly Vinyl Chloride，聚氯乙烯)管保护线缆；钻孔要干钻，快速成孔，埋设完毕后要用细砂回填。

如图6所示，为本发明应用实例地基基础监测装置的原理示意图。地基基础监测装置的供电方式采用太阳能电池+蓄电池供电，以满足监测装置的长期供电需要。如图7所示，为本发明应用实例地基基础监测装置的印刷电路示意图。如图8所示，为本发明应用实例地基基础监测装置的软件整体流程示意图。如图9所示，为本发明应用实例地基基础监测装置的读串口数据线程执行流程示意图。如图10所示，为本发明应用实例地基基础监测装置的模型计算线程执行流程示意图。如图11所示，为本发明应用实例地基基础监测装置的无线网络发送线程执行流程示意图。

第二部分：输电线路的杆塔监测装置：

如图12所示，为本发明应用实例杆塔倾斜监测装置的监测原理示意图。杆塔监测装置主要采集铁塔双方向倾斜程度和风速、风向、环境温度、环境湿度等周围气象环境参数，其中杆塔倾斜测量采用了如下方法：

关闭偏移功能开关后，杆塔倾斜装置前端测量的是自身相对于大地倾斜的角度，用θ1表示，并非杆塔真实的倾角。安装完毕后，测量杆塔相对与大地的真实倾角θ2，并将θ2下载到杆塔倾斜装置前端，杆塔倾斜装置前端自动计算出杆塔倾斜装置自身相对于杆塔的倾斜的角度(偏移量)Δθ，计算公式为：

Δθ＝θ2-θ1

注意，Δθ是指杆塔倾斜装置自身相对于杆塔的倾斜的角度，安装完毕后，杆塔倾斜装置前端和杆塔成为一个整体，二者相对倾斜不再发生改变，所以Δθ不会再发生改变。

设置偏移参数后，杆塔倾斜装置前端自动打开偏移功能开关。测出自身相对于大地的倾斜角度θ1后，再与Δθ相加，从而得到杆塔的真实倾角θ2。

如图13所示，为本发明应用实例杆塔监测装置的原理示意图。杆塔监测装置采用短距离无线WIFI(IEEE802.11a/g/b，工作在2.4GHz，定向天线距离5km)方式，将采集到的杆塔倾斜数据和气象环境数据传输到状态监测代理装置。杆塔监测装置采用太阳能电池+蓄电池供电方式。如图14所示，为本发明应用实例杆塔监测装置的太阳能供电方式设计示意图。如图15所示，为本发明应用实例杆塔监测装置的软件整体流程示意图。

第三部分：输电线路的状态监测代理装置：

由于高海拔冻土层地区多属于人烟稀少的地方，公网信号覆盖差，故利用输电线路的光缆进行监测数据的传输，是一种有效的通讯传输方式。本发明实施例输电线路的状态监测代理装置的通讯设计采用了WIFI+OPGW(Optical Fiber Composite Overhead GroundWire，光纤复合架空地线)通讯方式。如图16所示，为本发明应用实例状态监测代理装置的原理示意图。如图17所示，为本发明应用实例状态监测代理装置的网络传输示意图。如图18所示，为本发明应用实例状态监测代理装置的软件整体设计流程示意图。

第四部分：输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站：

如图19所示，为本发明应用实例输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站的软件设计框架示意图。输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站完成数据的存储、查询、分析诊断、维护以及与其他系统接口的功能，状态监测代理装置与主站之间采用基于TCP/IP协议的网络通讯方式，通过热棒运行状态的在线监测，可以有效评价热棒在高海拔冻土层的应用效果和使用寿命，有效地指导热棒在杆塔地基基础的设计；地基基础稳定性的在线监测，可以有效评估地基基础的沉降水平，掌握冻土层的变化情况；杆塔倾斜的在线监测，可以掌握杆塔的姿态变化。

主站上完成的分析评估方法，是采用纵比和横比相结合的方法对高海拔冻土层的状态进行分析与评估，纵比即以一定时间段为评估期(天、周、月)，结合气象条件，研究同一个杆塔冻土层在线监测数据的变化趋势，判断冻土层的运行水平，纵比选取与当前时间段环境条件相近的时间段内的测量结果进行比较；横比即以一定时间段为评估期(天、周、月)，结合气象条件，研究同一个线路冻土层在线监测数据进行比较，判断冻土层的运行水平。

如图20所示，为本发明应用实例热棒的温度测量示意图。通常来说，热棒有效影响范围大于3m。可在铁塔热棒的有效影响范围外设置基准温度传感器T_j，沿热棒向下依次布置温度传感器T_a、T_b等，根据同一时间内温度传感器采集到的温度数值，热棒工作状态可通过如下评价，即：T_a＜T_j且T_b＜T_j且T_b＜T_a三个公式均为真，说明热棒运行良好；否则热棒存在缺陷。

杆塔倾斜预警主要通过综合倾斜度和杆塔横担歪斜度两个参数进行杆塔运行状态的评估与判断。综合倾斜度，表示为TG(Tower Gradient)；杆塔横担歪斜度，表示为CAG(Cross Arm Gradient)。如下表1为综合倾斜度预警表，如下表2为杆塔横担歪斜度预警表，其中，单位：mm/m(或‰)。

表1 综合倾斜度预警表

表2 杆塔横担歪斜度预警表

备注：杆塔倾斜监测预警值为在无冰、风速5m/s及年平均气温作用下，对50米及以上高度杆塔，倾斜度不超过杆塔全高的0.5％；对50米以下高度杆塔，倾斜度不超过杆塔全高的1.0％。横担歪斜度不超过1.0％。

地基基础稳定性采用地基基础沉降来进行描述，所有静力水准传感器的垂直位移均是相对于其中任意一点(这一点又叫基准点或参照点)的变化。地基基础稳定性的评估为传感器的垂直位移相对于基准点小于10mm，即地基基础稳定性良好；大于10mm，即地基基础稳定性不良。

由于青藏等高海拔冻土层输电线路气候的特殊性，热棒运行状态、杆塔倾斜和基础稳定性监测设备易受恶劣天气影响，昼夜温差大，研究并开发青藏直流输电线路等高海拔冻土层输电线路热棒、冻土地基基础和杆塔倾斜智能化监测设备，通过数字温度传感器的运用来掌握冻土温度的变化，通过倾斜传感器的测量来掌握杆塔运行的姿态，通过测沉降位移的静力水准传感器来掌握地基基础的变化，监测数据自动分析，监测曲线即时动态显示，监测报表定制自动输出，积累分析监测数据，从而总结青藏直流输电线路等高海拔冻土层输电线路热棒运行效果，及时掌握冻土地基基础和杆塔运行的情况，更好地服务于青藏直流输电线路等高海拔冻土层输电线路的安全稳定运行。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrativelogical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrativecomponents)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，其特征在于，所述系统包括：地基基础监测装置，杆塔监测装置，状态监测代理装置和输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，其中：

地基基础监测装置，采集输电线路的地基基础监测参数；

所述地基基础监测装置包括地质沉降传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的地基基础沉降参数数据；

热棒温度传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的热棒运行状态参数数据；

土壤表面温度传感器，采集输电线路的地基基础监测参数中的土壤表面温度参数数据；

所述地质沉降传感器包括静水水准传感器；

杆塔监测装置，采集铁塔的杆塔监测参数；

状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；

输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，通过OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。

2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述地基基础监测装置还包括：

太阳能电池和蓄电池，用于对所述地基基础监测装置中的用电部件供电。

3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述杆塔监测装置包括：

杆塔倾斜传感器，采集输电线路的杆塔监测参数中的杆塔倾斜参数数据；

气象环境传感器，采集输电线路的杆塔监测参数中的气象环境参数数据，所述气象环境参数数据包括输电线路的杆塔周围的风速、风向、环境温度、环境湿度参数数据。

4.如权利要求1或3所述系统，其特征在于，所述杆塔监测装置还包括：

太阳能电池和蓄电池，用于对所述杆塔监测装置中的用电部件供电。

5.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述状态监测代理装置包括：

太阳能电池和蓄电池，用于对所述状态监测代理装置中的用电部件供电。

6.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站包括：

输电线路铁塔地基基础在线监测模块，用于利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数，采用纵比和横比相结合的方法对高海拔冻土层的状态进行分析与评估：纵即以一定时间段为评估期，结合气象环境参数数据，研究同一个杆塔冻土层在线监测数据的变化趋势，判断冻土层的运行水平；横比以一定时间段为评估期，结合气象环境参数数据，研究同一个线路冻土层在线监测数据并进行比较，判断冻土层的运行水平。

7.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站包括：

输电线路铁塔地基基础预警模块，用于通过输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数，获取综合倾斜度参数和杆塔横担歪斜度参数进行杆塔运行状态的评估与判断进行预警。

8.一种高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7中任一项所述高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测系统，所述方法包括：

通过地基基础监测装置采集输电线路的地基基础监测参数；

通过杆塔监测装置采集铁塔的杆塔监测参数；

通过状态监测代理装置，采用无线宽带WIFI方式与地基基础监测装置通讯，获取输电线路的地基基础监测参数，采用WIFI方式与杆塔监测装置通讯，获取铁塔的杆塔监测参数；并采用光纤复合架空地线OPGW方式与输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站通讯，将获取的输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数发送给输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站；

通过输电线路铁塔地基基础在线监测与预警主站，采用OPGW方式与状态监测代理装置通讯，接收并利用输电线路的地基基础监测参数和铁塔的杆塔监测参数进行高海拔冻土层输电线路铁塔基础在线监测。