CN106568415A - 一种风电塔台基础沉降监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

一种风电塔台基础沉降监测系统及监测方法，系统包括分布式传感器、基准站、差分站、组网通信设备和控制中心，其中分布式传感器和差分站分别为多个，分布式传感器依次连接的传感器部件、发送通信终端以及天线组成，基准站和差分站分别由GNSS接收机、GNSS接收天线、发送通信终端以及天线组成，组网通信设备包括天线以及发送通信终端，控制中心包括依次连接的天线、接收通信终端、数据采集器、服务器和显示器，为风电机组的建设运营提供完整的监测报告数据，同时可在监控中心实时在线监测各种安全状况，及时发现安全隐患，杜绝重大事故发生。

Description

一种风电塔台基础沉降监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及风电机组过程中环境监测、地质灾害监测技术领域，具体涉及一种基于传感器测量和卫星定位的风电塔台基础沉降监测系统及其监测方法。

背景技术

风电作为技术最成熟的新能源利用方式之一，在国家的大力支持下已经实现连续五年翻番的快速增长，在风电机组建设的过程中，为确保特大型工程在使用寿命期的安全运营，必须对这些工程的运行状况进行监测。监测工程形变可以有效反映工程结构的工作状况，因此,以形变监测提供工程的健康状况及预警,就是一项必须长期进行和不断提高的工作,然而,采用常规方法进行大型工程的形变监测,存在诸多限制和不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电塔台基础沉降监测系统，为风电机组的建设运营提供完整的监测报告数据，同时可在监控中心实时在线监测各种安全状况，及时发现安全隐患，杜绝重大事故发生。

一种风电塔台基础沉降监测系统，包括分布式传感器、基准站、差分站、组网通信设备和控制中心，其中分布式传感器和差分站分别为多个；

分布式传感器安装在塔台周边以及结构体中，由依次连接的传感器部件、发送通信终端以及天线组成，用于测量风电塔台基础周边的环境参数以及塔台基础结构和基准站土层的倾斜变形、倾角变化、垂直位移、水平位移参数，测量参数通过发送通信终端和天线传输给控制中心；

基准站和差分站分别由GNSS接收机、GNSS接收天线、发送通信终端以及天线组成，用于接收导航卫星信号，并实时提供GNSS观测值、改正数和状态信息发送至控制中心；其中基准站用于接收导航卫星的信号，以导航卫星信号确定位置基准，提供基准位置信息；差分站安装在风电机组塔台上，接收导航卫星信号并与基准站数据进行比对，与基准站数据进行差分解算来获取风电塔台基础的沉降情况；

组网通信设备包括天线以及发送通信终端，用于将分布在不同位置和区域的分布式传感器测量参数、基准站和差分站的数据传递到控制中心；

控制中心包括依次连接的天线、接收通信终端、数据采集器、服务器和显示器，所述控制中心用于实时采集和计算分布在不同位置区域的分布式传感器、基准站和差分站数据，对分布式传感器的测量数据与导航卫星的信息进行采集、计算、分析以及图形化显示，实时显示风电塔台基础周围环境以及塔台基础的沉降情况。

进一步地，传感器部件是若干不同种类的传感器。

进一步地，基准站和差分站分别包括机柜，GNSS接收机、扼流圈天线、避雷系统、太阳能模块、电源适配器、串口服务器、POE供电系统和发送通信终端，其中GNSS接收机分别连接扼流圈天线、串口服务器和POE供电系统，太阳能模块、电源适配器、串口服务器、POE供电系统和发送通信终端依次连接，GNSS接收机和避雷系统还分别接地，其中太阳能模块包括太阳能光伏组件和DC电源。

进一步地，组网通信设备中发送通信终端数量与分布式传感器的数量相同，并且发送通信终端之间互相连通。

进一步地，控制中心还用于风电机组塔台周边地形以及塔台基础沉降变化提供先期预警，并给监测平台提供沉降预警信息。

本发明还提供一种风电塔台基础沉降监测方法，依次包括如下步骤：

(1)在风电塔台基础的周围土层以及塔台基础的结构体中，安装固定所需要的分布式传感器，并将天线置于土层外或者结构体外侧，适当调整天线位置使其不受遮挡；

(2)在风电塔台基础500M以外,3KM以内选择地基结实的在三个点安装基准站，并在靠近基准站土层里安装垂直位移量传感器,测量三个基准站之间的距离，并将基准站中GNSS接收天线和通信终端的天线展开，调整位置使其不受遮挡；

(3)在风电塔台基础的边沿区域选择至少4个安装点安装差分站，并将差分站GNSS接收天线和通信终端的天线展开，调整位置使其不受遮挡；

(4)在风电塔台基础的内结构体内安装控制中心，将通信天线置于塔台外部，调整天线位置使其不受遮挡，用高频电缆将天线连接至控制中心的接收通信终端；

(5)控制中心接收分布式传感器、基准站、差分站的信号，数据采集器将各路传感器、基准站和差分站的数据进行采样、格式转化后分路输出；

(6)利用获取的导航卫星的载波相位、伪距信息解算基准站和差分站的位置，计算以3个基准站所确立的三角形区域的平面信息，以此平面作为参考，将差分站的观测值与参考值进行差分计算，获取差分站相对参考平面的变化量；

(7)利用获取的多种传感器参数和差分站相对参考平面的变化量，结合风电塔台基础结构参数以及安全阈值条件，对风电塔台基础的结构的倾斜度、倾角、水平位移和垂直位移进行全面分析；

(8)显示风电塔台结构的温度、湿度、倾斜度、倾角、水平位移量、垂直位移量、塔台的结构体三维图，在控制中心无人值守时自动将监测参数推送至管理员。

本发明的风电塔台基础沉降监测系统及其监测方法，可以实现：

1)完整的监测过程数据，同时可在监控中心实时在线监测各种安全状况，及时发现安全隐患，杜绝重大事故发生；

2)给监测平台提供沉降预警信息，取得了实时在线测量、测量精度高,系统可靠运行，操作易用简单的有益效果

附图说明

图1为风电塔台基础沉降监测系统示意图

图2为风电塔台基础沉降监测系统结构示意图

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种风电塔台基础沉降监测系统，如图1所示，包括分布式传感器、基准站、差分站、组网通信设备和控制中心，其中分布式传感器和差分站分别为多个，分布式传感器安装在塔台周边以及结构体中，由依次连接的传感器部件、发送通信终端以及天线组成，用于测量风电塔台基础周边的环境参数以及塔台基础结构和基准站土层的倾斜变形、倾角变化、垂直位移、水平位移参数等，传感器部件是若干不同种类的传感器，可以是温度计、湿度计、倾角计、测斜仪等，测量参数通过发送通信终端和天线传输给控制中心。

基准站和差分站是由GNSS接收机、GNSS接收天线、发送通信终端以及天线组成，用于接收导航卫星信号，并实时提供GNSS观测值、各种改正数、状态信息、以及其它信息发送至控制中心。基准站用于接收导航卫星的信号，以导航卫星信号确定位置基准，提供基准位置信息；差分站安装在风电机组塔台上，接收导航卫星信号并与基准站数据进行比对，与基准站数据进行差分解算来获取风电塔台基础的沉降情况。

其中，基准站和差分站是若干个固定的、连续运行的导航卫星接收站，利用通信网络相连，实时提供GNSS观测值、各种改正数、状态信息、以及其它信息的设备。

具体地，基准站和差分站的结构如图2所示，包括机柜，GNSS接收机、扼流圈天线、避雷系统、太阳能模块、电源适配器、串口服务器、POE供电系统和发送通信终端，其中GNSS接收机分别连接扼流圈天线、串口服务器和POE供电系统，太阳能模块、电源适配器、串口服务器、POE供电系统和发送通信终端依次连接，GNSS接收机和避雷系统还分别接地，其中太阳能模块包括太阳能光伏组件和DC电源。

组网通信设备包括天线以及发送通信终端，用于将分布在不同位置和区域的分布式传感器测量参数、基准站和差分站的数据传递到控制中心，组网通信设备包括的发送通信终端数量与分布式传感器的数量相同，并且发送通信终端之间互相连通。控制中心用于实时采集和计算分布在不同位置区域的分布式传感器、基准站和差分站数据，并对数据进行分析解算，并实时展现风电塔台基础周边环境以及塔台基础的沉降情况。控制中心包括依次连接的天线、接收通信终端、数据采集器、服务器和显示器，其中服务器中包括分析软件、解算软件以及界面软件，控制中心用于接收处理分布式传感器测量参数、基准站、差分站的数据，对分布式传感器的测量数据与导航卫星的信息进行采集、计算、分析以及图形化显示，实时显示风电塔台基础周围环境以及塔台基础的沉降情况，为风电机组塔台周边地形以及塔台基础沉降变化提供先期预警，并给监测平台提供沉降预警信息。

本发明还还提供了一种风电塔台基础沉降监测方法，利用风电塔台基础沉降监测系统来实现，依次包括如下步骤：

(1)在风电塔台基础的周围土层以及塔台基础的结构体中，安装固定所需要的分布式传感器，并将天线置于土层外或者结构体外侧，适当调整天线位置使其不受遮挡；

(2)在风电塔台基础500M以外,3KM以内选择地基结实的在三个点安装基准站，并在靠近基准站土层里安装垂直位移量传感器,测量三个基准站之间的距离，并将基准站中GNSS接收天线和通信终端的天线展开，调整位置使其不受遮挡；

(3)在风电塔台基础的边沿区域选择至少4个安装点安装差分站，并将差分站GNSS接收天线和通信终端的天线展开，调整位置使其不受遮挡；

(4)在风电塔台基础的内结构体内安装控制中心，将通信天线置于塔台外部，调整天线位置使其不受遮挡，用高频电缆将天线连接至控制中心的接收通信终端；

(5)控制中心接收分布式传感器、基准站、差分站的信号，数据采集器将各路传感器、基准站和差分站的数据进行采样、格式转化后分路输出；

(6)利用获取的导航卫星的载波相位、伪距信息解算基准站和差分站的位置，计算以3个基准站所确立的三角形区域的平面信息，以此平面作为参考，将差分站的观测值与参考值进行差分计算，获取差分站相对参考平面的变化量；

(7)利用获取的多种传感器参数和差分站相对参考平面的变化量，结合风电塔台基础结构参数以及安全阈值条件，对风电塔台基础的结构的倾斜度、倾角、水平位移和垂直位移进行全面分析；

(8)显示风电塔台结构的温度、湿度、倾斜度、倾角、水平位移量、垂直位移量、塔台的结构体三维图，在控制中心无人值守时自动将监测参数推送至管理员。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (6)

1.一种风电塔台基础沉降监测系统，包括分布式传感器、基准站、差分站、组网通信设备和控制中心，其中分布式传感器和差分站分别为多个，其特征在于：

分布式传感器安装在塔台周边以及结构体中，由依次连接的传感器部件、发送通信终端以及天线组成，用于测量风电塔台基础周边的环境参数以及塔台基础结构和基准站土层的倾斜变形、倾角变化、垂直位移、水平位移参数，测量参数通过发送通信终端和天线传输给控制中心；

基准站和差分站分别由GNSS接收机、GNSS接收天线、发送通信终端以及天线组成，用于接收导航卫星信号，并实时提供GNSS观测值、改正数和状态信息发送至控制中心；其中基准站用于接收导航卫星的信号，以导航卫星信号确定位置基准，提供基准位置信息；差分站安装在风电机组塔台上，接收导航卫星信号并与基准站数据进行比对，与基准站数据进行差分解算来获取风电塔台基础的沉降情况；

组网通信设备包括天线以及发送通信终端，用于将分布在不同位置和区域的分布式传感器测量参数、基准站和差分站的数据传递到控制中心；

控制中心包括依次连接的天线、接收通信终端、数据采集器、服务器和显示器，所述控制中心用于实时采集和计算分布在不同位置区域的分布式传感器、基准站和差分站数据，对分布式传感器的测量数据与导航卫星的信息进行采集、计算、分析以及图形化显示，实时显示风电塔台基础周围环境以及塔台基础的沉降情况。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：传感器部件是若干不同种类的传感器。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于：基准站和差分站分别包括机柜，GNSS接收机、扼流圈天线、避雷系统、太阳能模块、电源适配器、串口服务器、POE供电系统和发送通信终端，其中GNSS接收机分别连接扼流圈天线、串口服务器和POE供电系统，太阳能模块、电源适配器、串口服务器、POE供电系统和发送通信终端依次连接，GNSS接收机和避雷系统还分别接地，其中太阳能模块包括太阳能光伏组件和DC电源。

4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于：组网通信设备中发送通信终端数量与分布式传感器的数量相同，并且发送通信终端之间互相连通。

5.如权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于：控制中心还用于风电机组塔台周边地形以及塔台基础沉降变化提供先期预警，并给监测平台提供沉降预警信息。

6.一种利用如上述权利要求1-5任一项所述的风电塔台基础沉降监测系统的监测方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

(1)在风电塔台基础的周围土层以及塔台基础的结构体中，安装固定所需要的分布式传感器，并将天线置于土层外或者结构体外侧，适当调整天线位置使其不受遮挡；

(2)在风电塔台基础500M以外,3KM以内选择地基结实的在三个点安装基准站，并在靠近基准站土层里安装垂直位移量传感器,测量三个基准站之间的距离，并将基准站中GNSS接收天线和通信终端的天线展开，调整位置使其不受遮挡；

(3)在风电塔台基础的边沿区域选择至少4个安装点安装差分站，并将差分站GNSS接收天线和通信终端的天线展开，调整位置使其不受遮挡；

(4)在风电塔台基础的内结构体内安装控制中心，将通信天线置于塔台外部，调整天线位置使其不受遮挡，用高频电缆将天线连接至控制中心的接收通信终端；

(5)控制中心接收分布式传感器、基准站、差分站的信号，数据采集器将各路传感器、基准站和差分站的数据进行采样、格式转化后分路输出；

(6)利用获取的导航卫星的载波相位、伪距信息解算基准站和差分站的位置，计算以3个基准站所确立的三角形区域的平面信息，以此平面作为参考，将差分站的观测值与参考值进行差分计算，获取差分站相对参考平面的变化量；

(7)利用获取的多种传感器参数和差分站相对参考平面的变化量，结合风电塔台基础结构参数以及安全阈值条件，对风电塔台基础的结构的倾斜度、倾角、水平位移和垂直位移进行全面分析；

(8)显示风电塔台结构的温度、湿度、倾斜度、倾角、水平位移量、垂直位移量、塔台的结构体三维图，在控制中心无人值守时自动将监测参数推送至管理员。