CN106679625B - 基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，包括以下步骤：根据北斗地基CORS网监测精度判断是否符合实时动态厘米级监测要求，若符合，则通过网络RTK虚拟参考站方法获得铁塔监测数据；否则通过双监测点基线姿态测量方法获得铁塔监测数据；对监测数据进行处理和分析，计算铁塔倾斜角度和沉降值；若铁塔倾斜角度和沉降值超出电力输电线路运行规程限度要求，确定塔位坐标，发布现场巡视维护指令；若铁塔倾斜角度、沉降值未过电力输电线路运行规程要求，则判断铁塔倾斜趋势。本发明所述的监测方法，可以对广域范围电力铁塔进行全天候、全天时、自动化监测，及时发现安全隐患并预警，有效降低人工巡查成本。

Description

基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，具体涉及一种基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法。

背景技术

输电线路是电网的主动脉，电力铁塔的安全在电网中处于重要的位置，由于地质环境、自然灾害以及工程施工等人为因素影响，从而会导致铁塔发生倾斜和不均匀的沉降，进而引起输电线路杆塔倒塌。目前，传统的铁塔监测方法主要以人工巡检和传感器监测相结合的方式进行。这两种方法不仅需要消耗大量的人力和财力且效率低下，测量的精度也无法达到DL-741规程的要求。此外，在实际运行中受有线通信技术的布线限制与人工巡检的实时性不强限制，经常会出现通信线路故障、铁塔形变信息不精确、监测不及时等问题，进而引发电力线路故障问题。因此需要对铁塔形变进行高效率、高精度监测。同时，现有常规RTK方法常应用于地质变形监测领域，且存在单基准站局域范围监测(非广域覆盖)等限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，可对铁塔变形进行高效率、高精度监测，提高了重要输电线路电力铁塔运行维护效率和效益，同时也提高电网运检工作智能化、集约化和精益化的科学管理。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，包括以下步骤：

(1)根据CORS网监测精度判断是否符合实时动态厘米级监测要求；

(2)若符合厘米级监测要求，则通过网络RTK虚拟参考站方法获得铁塔监测数据；

(3)若不符合厘米级监测要求，则通过则双监测点基线姿态测量方法获得铁塔监测数据；

(4)根据监测数据，计算铁塔倾斜角度和沉降值；

(5)铁塔倾斜角度和沉降值判断铁塔倾斜角度和沉降值是否超过电力输电线路运行规程限度要求；

(6)若铁塔倾斜角度和沉降值超出电力输电线路运行规程限度要求，则按照预定义报警级别进行多手段通知管理人员，确定塔位坐标，发布现场巡视维护指令；

(7)若铁塔倾斜角度、沉降值未超出电力输电线路运行规程要求，则对铁塔倾斜、沉降趋势及历史数据进行分析，评铁塔安全状况。

所述的基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，步骤(2)中，所述通过姿态测量方法获得铁塔监测数据，具体包括以下步骤：

(21)采集基准站接收北斗信号获取的原始坐标数据；

(22)获取塔形关键位置部署的北斗监测点初步概要坐标数据；

(23)根据原始坐标数据和概要坐标数据，计算差分数据；

(24)对差分数据进行修正，计算网络RTK坐标；

(25)检核RTK坐标是否满足要求，保留合格的RTK坐标数据。

所述的基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，步骤(3)中，所述通过则双监测点基线姿态测量方法获得铁塔监测数据，具体包括以下步骤：

(31)以电力铁塔上某一北斗监测点1号实时单点坐标为启动坐标，

(32)获取铁塔监某一测点的当前监测数据；

(33)根据启动坐标和当前监测数据，计算RTCM差分数据；

(34)获取塔上另一北斗监测点的即时监测数据，并利用RTCM差分数据修正即时监测数据，获得高精度位置数据；

(35)通过计算两个监测点的相对坐标，获取基线长度和监测数据。

由上述技术方案可知，本发明所述的监测方法，可以对电力铁塔进行全天候、全天时、自动化监测，及时发现隐患并预警，有效降低人工巡查成本；高精度监测，实现实时动态厘米级、静态后处理毫米级的监测要求，有效解决人工检测存在的误差；具备智能数据分析功能，利用北斗地基增强CORS系统，可以广域范围下不同网省区域、不同类型铁塔及地质环境，高精度地监测铁塔姿态变形及沉降，提高国家对重大地区电塔灾害的监测效率和预警能力，推进电塔监测水平的发展；指导电网线路规划，对预设电力杆塔规划设计进行科学勘测；借助我国现有地基增强系统，有力推进北斗卫星导航系统电力行业大规模应用摸索。随着我国政府及各单位北斗地基增强网建设，本发明专利的研究和推广，可实现网省级的塔形监测及预警处理，满足电力信息化支撑功能需求。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的系统构架示意图；

图3是本发明软件框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图2所示，本实施例的基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法所采用的系统，包括铁塔北斗高精度监测点、北斗地基增强系统、北斗地基CORS系统服务平台、公网/短报文通信通道、电力塔形自动监测及预警平台，铁塔北斗高精度监测点由北斗天线、高精度接收机、供电模块、通信模块构成。公网/短报文通信通道为本方法各单元之间建立通信信道，保障数据传输。电力塔形自动监测及预警平台，该系统平台功能模块包括：塔形姿态3D建模、位置/GIS管理、巡检工单管理、通信管理(短报文/公网接入)、预警管理及智能统计分析、历史数据查询等功能模块。

该监测及预警平台利用基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精塔变形监测方法获取铁塔的倾斜、沉降等形变信息，通过序列学习理论，实现对电力塔形历史数据智能化分析。北斗地基CORS系统至铁塔监测点、监测点至预警平台通信，均利用北斗短报文+公网方式“双通道”通信技术。

如图3所示，基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法软件框架图，框架图分为三个层次：采集层、算法处理层、应用层。

采集层：进行北斗卫星基础性数据采集。通过北斗地基CORS系统服务平台获取各基准站观测数据，铁塔北斗高精度监测点进行单点信号采集；算法处理层：利用采集层数据，通过本方法获取铁塔高精度监测数据。铁塔北斗监测点利高精度位置数据，通过“双通道技术”传输至应用层；应用层：预警应用平台对接收到的电力铁塔监测点监测数据进行计算、分析处理、预警。

在铁塔关键位置布置北斗监测点设备，利用我国已经建成的北斗地基CORS系统，在实时动态厘米级精度区域范围内，运用网络RTK虚拟参考站技术，获取铁塔的倾斜、沉降和变形信息，开展广域网省级不同电压等级电力铁塔高精度变形监测；在精度不高区域(无法满足实时厘米级)，通过在铁塔上布设双监测点设备构成短基线，以姿态测量技术获取铁塔的倾斜、沉降和变形信息。所得监测信息，用于电力铁塔预警平台的广域范围铁塔变形监测。

双监测点姿态测量技术利用塔上北斗双天线部署方式作为地基增强网高精度盲区(无法满足厘米级)的补充监测方式，实现电力铁塔塔形高精度、自动化监测。

如图1所示，本实施例的基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，具体包括以下步骤：

S1：根据CORS网监测精度判断是否符合实时动态厘米级监测要求；

结合北斗地基CORS系统精度地理范围，根据待监测的安全隐患铁塔塔位信息，判断该监测区域是否符合实时动态厘米级要求。

S2：若符合厘米级监测要求，则通过网络RTK虚拟差分方法获得铁塔监测数据，具体如下：

利用网络RTK虚拟参考站技术，北斗地基CORS系统采集基准站接收北斗信号获取的原始数据，通过地面网络发回CORS系统服务平台，该服务平台综合通过塔上监测点发送的初始概要坐标进行虚拟参考站技术计算，将北斗地基CORS系统原始数据形成差分数据，发送至塔上北斗监测点终端。利用RTCM标准差分数据，塔上监测点终端接收实时观测数据并修正该数据，计算网络RTK坐标并检验数据质量。检验合格的RTK数据通过公网/北斗短报文发送至基于北斗系统的塔形自动监测及预警平台。

S3：若不符合厘米级监测要求，则通过则双监测点基线姿态测量方法获得铁塔监测数据，具体如下：

利用双监测点基线姿态测量技术作为高精度(厘米级)盲区补充监测手段，首先获得电力铁塔上某一北斗监测点1号实时单点坐标为启动坐标，获取当前监测1号点当前即时监测数据，并计算获得RTCM差分数据。同时，获取塔上另一北斗监测点2号的当前即时监测数据，并利用监测点1号差分数据修正以获得高精度位置数据。通过计算1号与2号的相对坐标，获取基线长度和监测数据，实现铁塔姿态高精度测量。

S4：对监测数据进行处理和分析，计算铁塔倾斜角度和沉降值；

根据前后两个时刻北斗监测点位移矢量数据，结合本发明中塔上北斗监测点位置，计算得出如下数据：

监测起始时刻监测点1的坐标(x_a0,y_a0,z_a0)、监测结束时刻监测点1的坐标(x_at,y_at,z_at)，完成如下计算：

水平偏移量：

竖直沉降量：

倾斜值：

倾斜角：其中H为监测点与塔地面的高度；

S5：判断铁塔倾斜角度和沉降值是否超过电力输电线路运行规程限度要求；

根据DL/T 741-2010《中华人民共和国电力行业标准：架空输电线路运行规程》中规定杆塔倾斜：50m以下高度铁塔倾斜度α＜0.4％，50m以上高度铁塔倾斜度α＜0.35％。需要开展对有安全隐患的铁塔进行预警监测和隐患处理工作。

S6：若铁塔倾斜角度和沉降值超出电力输电线路运行规程限度要求，则按照预定义报警级别进行多手段通知管理人员，确定塔位坐标，发布现场巡视维护指令；

S7：若铁塔倾斜角度、沉降值未超出电力输电线路运行规程要求，则对铁塔倾斜、沉降趋势及历史数据进行分析，评估其安全状况，从而对各种类型安全隐患进行准确预警。

根据本方法所得监测数据，分析铁塔的变形(倾斜和沉降)，评估其安全状况。采用“序列学习”方法对铁塔的变形进行分类、推理和评估，从而对各种类型安全隐患进行准确预警。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.基于北斗系统的广域范围电力铁塔高精度形变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据CORS网监测精度判断是否符合实时动态厘米级监测要求；

（2）若符合厘米级监测要求，则通过网络RTK虚拟参考站方法获得铁塔监测数据；

（3）若不符合厘米级监测要求，则通过双监测点基线姿态测量方法获得铁塔监测数据；

（4）根据铁塔监测数据，计算铁塔倾斜角度和沉降值；

（5）判断铁塔倾斜角度和沉降值是否超过电力输电线路运行规程限度要求；

（6）若铁塔倾斜角度和沉降值超出电力输电线路运行规程限度要求，则按照预定义报警级别进行多手段通知管理人员，确定塔位坐标，发布现场巡视维护指令；

（7）若铁塔倾斜角度、沉降值未超出电力输电线路运行规程要求，则对铁塔倾斜、沉降趋势及历史数据进行分析，评价铁塔安全状况；

步骤（2）中，所述通过网络RTK虚拟参考站方法获得铁塔监测数据，具体包括以下步骤：

（21）采集基准站接收北斗信号获取的原始坐标数据；

（22）获取塔形关键位置部署的北斗监测点初步概要坐标数据；

（23）根据原始坐标数据和概要坐标数据，计算差分数据；

（24）对差分数据进行修正，计算网络RTK坐标；

（25）检核RTK坐标是否满足要求，保留合格的RTK坐标数据；

步骤（3）中，所述通过双监测点基线姿态测量方法获得铁塔监测数据，具体包括以下步骤：

（31）以电力铁塔上某一北斗监测点1号实时单点坐标为启动坐标，

（32）获取铁塔某一监测点的当前监测数据；

（33）根据启动坐标和当前监测数据，计算RTCM差分数据；

（34）获取塔上另一北斗监测点的即时监测数据，并利用RTCM差分数据修正即时监测数据，获得高精度位置数据；

（35）通过计算两个监测点的相对坐标，获取基线长度和监测数据。