CN109298433A - 一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统，包括三层结构，第一层为传感器层，第二层为云服务平台，第三层为监测服务平台；传感器层包括北斗高精度基准传感器、北斗高精度位置传感器，其中至少两台北斗高精度空间位置传感器部署在电力杆塔体上，北斗高精度基准传感器部署在距离监测的电力杆塔附近10kM范围内、供电及网络条件较好的位置；云服务平台用于将传感器的实时数据，送到云数据中心存储，将数据传输到解算法服务器，解算出被监测的各个点的单一高精度三维位置信息；监测服务平台，用于将解算出的单一高精度位置信息，与电力杆塔自身信息进行相关分析。本发明为特殊电力杆塔高精度实时监控、灾害预测提供科学的数据支撑。

Description

一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统

技术领域

本发明涉及电力杆塔监测和灾害危险预警领域，具体是一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统。

背景技术

输电线路线路长、地域分布广、环境复杂多变。电力杆塔运行维护作业现场多处于山区和野外，电力杆塔运行维护作业现场多处于山区和野外，架设、安装、维修难度极大，时间、资金、人力物力成本高昂。但各种类型的地质灾害、气候灾害、输电导线力学性能变化、杆塔自身老化氧化等因素，给电力杆塔带来安全隐患。尤其对耐张塔、转角塔等特殊的电力杆塔，危害更为严重，如不能及时对这些特殊的电力杆塔进行有效的监测和灾害危险预警，可能导致杆塔倾斜、位移、变形、倒塌等。

对电力杆塔结构的常规监测，是基于光学、力学传感器的高精度监测，设计、安装难度大，自动化程度低，性价比、可靠性低，所以并没有得到较好的普及。

随着我国北斗卫星导航系统不断成熟，第三代北斗导航卫星顺利升空，标志着“北斗”进入全球导航时代。以北斗导航技术为支撑，我国的高精度定位技术日益成熟并大量应用，基于北斗空间定位技术的电力杆塔监测技术逐渐得到应用。

传统基于导航卫星(包括北斗、GPS等)的杆塔灾害监测系统，受到软、硬件条件制约，要求传感器必须远离高压输电线路、远离电磁波高反射区域、远离电磁波多径向反射体。所以，传统基于导航卫星的电力杆塔灾害监测系统，没有将监测传感器部署在电力杆塔塔体上，而是部署在电力杆塔塔基附近区域。由于传感器不在电力杆塔塔体上，只能监测由于杆塔地质、气象灾害引发的杆塔整体倾斜、移位情况，无法监测对灾害路径不在监测点上，如洪水没有发生在监测点一侧；而且也无法监测杆塔塔体结构的变化，如因杆塔因质量、锈蚀等因素导致自身变形，耐张塔转角塔受力不均匀导致的杆塔变形，气象灾害引发的杆塔受力变化(如台风、覆冰)导致杆塔变形等多种因素引发的电力杆塔倾斜、位移、变形；另外无法监测电力杆塔的位移形变趋势，预测杆塔灾害危害等级。

发明内容

本发明提出一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统，其基于北斗空间定位技术，将北斗高精度位置传感器安装在转角、耐张电力杆塔塔体的关键位置，以实现对杆塔的多个关键位置进行毫米级的三维空间高精度实时监控，可以有效地发现缓慢的、人工难以观察到的细小变化及形变趋势；通过将北斗高精度位置传感器在特殊电力杆塔体的部署，与电力杆塔结构、工作形态、输电导线力学特征相关联，再与电力杆塔可能遭受灾害的外力特征相关联，进行内外统一、数据相关、协调统筹的设计部署，为特殊电力杆塔高精度实时监控、灾害预测提供科学的数据支撑。

一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统，包括三层结构，第一层为传感器层，第二层为云服务平台，第三层为监测服务平台；

所述传感器层包括北斗高精度基准传感器、北斗高精度位置传感器，其中至少两台北斗高精度空间位置传感器部署在电力杆塔体上，北斗高精度基准传感器部署在距离监测的电力杆塔附近10kM范围内、供电及网络条件较好的位置，为监测点提供高精度位置解算参考；

所述云服务平台用于将传感器的实时数据，送到云数据中心存储，将数据传输到解算法服务器，进行基于云服务器的解算，即实时基线解算、后处理基线解算、后处理平差计算，解算出被监测的各个点的单一高精度三维位置信息；

所述监测服务平台，用于将解算出的单一高精度位置信息，与电力杆塔自身信息进行相关分析；将解算出的单一高精度位置信息，进行二次联合解算，即将电力杆塔塔体上，一个单一点的高精度位置信息，与其它单一点的高精度位置信息，进行分层横向、分层纵向及三维的联合解算，并与与电力杆塔自身信息进行相关分析；将与电力杆塔微动趋势特征相违背的监测位置数据点去除，即二次云飞点；监测推送与预警，即将点高精度位置信息，分层横向、分层纵向及三维的多点联合高精度位置信息，以可视化、表格化、趋势化的方式呈现给授权用户，并建立趋势预警机制，将高精度位置微运动趋势数据与电力杆塔倾斜、位移、变形程度进行相关处理，确立预警等级，并将信息推送给相关部门及相关人员。

本发明利用北斗高精度传感器的设计部署，为北斗高精度特殊电力杆塔监测系统提供科学计算的基础数据，实现对电力杆塔塔体倾斜、移位、变形监测及趋势预警，提高了特殊电力杆塔精确监测预警的可靠性、自动化程度，部署难度小，安装便捷，监测精度高，可监测因地质灾害、气象灾害等自然条件及人为采空引发的特殊电力杆塔倾斜、位移、形变。

附图说明

图1为本发明基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本发明基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统的结构示意图，所述基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统包括三层结构，第一层为传感器层，第二层为云服务平台，第三层为监测服务平台。

所述传感器层包括北斗高精度基准传感器(基准端)、北斗高精度位置传感器(监测端)、以及辅助观测传感器，所述辅助观测传感器包括温度传感器、湿度传感器等，为系统提供原始位置信息、位置基准信息和温度、湿度等辅助信息，并将这些数据传感器数据实时采集、接收、格式转换、加密、传输给第二层的云服务平台。这一层的处理是以硬件为主体，各传感器用于向系统提供位置信息。

所述云服务平台用于将传感器的实时数据，送到云数据中心存储，将数据传输到解算法服务器，进行基于云服务器的解算，即实时基线解算、后处理基线解算、后处理平差计算，这一层的处理是云服务与软件为主体。该层的任务：一是将单一的监测点位置数据与基准位置数据进行联合解算，解算出被监测的各个点的单一高精度三维位置信息；二是将单一的高精度三维信息进行平滑处理，去除因接收机噪声、多路径干扰、输电线路强电磁干扰等因素产生的飞点信息去除；三是存储解算后的数据。

所述监测服务平台的作用：一是将解算出的单一高精度位置信息，与电力杆塔自身信息进行相关分析；二是将解算出的单一高精度位置信息，进行二次联合解算，即将电力杆塔塔体上，一个单一点的高精度位置信息，与其它单一点的高精度位置信息，进行分层横向、分层纵向及三维的联合解算，并与与电力杆塔自身信息进行相关分析；三是将与电力杆塔微动趋势特征相违背的监测位置数据点去除，即二次云飞点；四是监测推送与预警，即将点高精度位置信息，分层横向、分层纵向及三维的多点联合高精度位置信息，以可视化、表格化、趋势化的方式呈现给授权用户，并建立趋势预警机制，将高精度位置微运动趋势数据与电力杆塔倾斜、位移、变形程度进行相关处理，确立预警等级，并将信息推送给相关部门及相关人员，在杆塔的位移、形变危害指数较高时，直接推送数据到运维部门，提醒运维部门及时排除隐患，防止倾斜和倒塔事故的发生。用户可以方便地以PC端、移动客户端对数据进行远程访问，不用到偏僻、交通不便、气候恶劣的一线现场，就可实现远程、自动化、网络化、云端处理的监测。

本发明应用于特殊电力杆塔，指内外受力较为复杂的耐张塔和转角塔。

耐张塔，指用耐张绝缘子悬挂导线或分裂导线的电力杆塔，除支承导线和架空地线的重力和风力外，还承受这些导线张力。导线和架空地线在耐张型塔处开断，且被定位于导线和架空地线呈直线的线段中，用来减小线路沿纵向的连续档的长度，以便于线路施工和维修，并控制线路沿纵向杆塔可能发生串倒的范围。

转角塔，指用于改变输电线路方向的电力杆塔称转角塔。转角塔主要从用途考虑，按线路走向有时需要改变方向考虑，转角塔是根据输电线路转角塔外侧主材受拉应力控制，而不受压应力失稳影响的特点进行了理论分析和计算，提出了转角塔采用不对称设计可节约钢材的特殊塔。

其中高精度基准传感器和高精度监测传感器原理相同，都是由北斗高精度天线、北斗高精度接收机、电源模块通信模块组成。不同的是，高精度基准传感器向系统提供数据基准数据，为解算高精度三维数据提供基准参考，1个高精度基准传感器可以为10千米内的所有监测点提供基准参考；高精度监测传感器的任务是向系统提供监测点的原始位置数据，通过与基准数据联合解算，得到毫米级高精度三维位置数据。

为特殊电力杆塔塔体监测专门设计的高精度监测传感器，由北斗高精度天馈系统、北斗高精度接收机、通信模块、电源模块组成。其作用是接收北斗高精度位置信息，并通过移动互联网送到云端服务器，同时，也接收云平台下达的功能切换、固件升级等指令。传感器的主体安装在设备箱内，北斗高精度天馈系统位于设备箱外。

本发明利用我国先进的北斗导航卫星系统，通过在地面建立基准增强站，以定位算法获得定位数据差分信息，实现高精准定位，通过传感器在塔体上的设计部署，结合现场的北斗高精度空间三维位置数据在监测中心进行存储、高精度解算、报警生成、可视化呈现、推送等一系列处理后，实现远程监测、危害告警。

Claims (2)

1.一种基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统，其特征在于：包括三层结构，第一层为传感器层，第二层为云服务平台，第三层为监测服务平台；

所述传感器层包括北斗高精度基准传感器、北斗高精度位置传感器，其中至少两台北斗高精度空间位置传感器部署在电力杆塔体上，北斗高精度基准传感器部署在距离监测的电力杆塔附近10kM范围内、供电及网络条件较好的位置，为监测点提供高精度位置解算参考；

所述云服务平台用于将传感器的实时数据，送到云数据中心存储，将数据传输到解算法服务器，进行基于云服务器的解算，即实时基线解算、后处理基线解算、后处理平差计算，解算出被监测的各个点的单一高精度三维位置信息；

所述监测服务平台，用于将解算出的单一高精度位置信息，与电力杆塔自身信息进行相关分析；将解算出的单一高精度位置信息，进行二次联合解算，即将电力杆塔塔体上，一个单一点的高精度位置信息，与其它单一点的高精度位置信息，进行分层横向、分层纵向及三维的联合解算，并与与电力杆塔自身信息进行相关分析；将与电力杆塔微动趋势特征相违背的监测位置数据点去除，即二次云飞点；监测推送与预警，即将点高精度位置信息，分层横向、分层纵向及三维的多点联合高精度位置信息，以可视化、表格化、趋势化的方式呈现给授权用户，并建立趋势预警机制，将高精度位置微运动趋势数据与电力杆塔倾斜、位移、变形程度进行相关处理，确立预警等级，并将信息推送给相关部门及相关人员。

2.如权利要求1所述的基于北斗卫星定位技术的输电线路杆塔塔体监测系统，其特征在于：高精度基准传感器和高精度监测传感器均由北斗高精度天线、北斗高精度接收机、电源模块通信模块组成，高精度基准传感器用于向系统提供数据基准数据，为解算高精度三维数据提供基准参考；高精度基准传感器用于向系统提供数据基准数据，为解算高精度三维数据提供基准参考。