CN109443247A - 一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法及装置，包括在输电线路铁塔沿线路走向方向设置观测点，在输电线路铁塔平面上设置测量点，通过激光测距传感器测量观测点到测量点的距离，结合已有的输电线路铁塔的设计资料，计算出测量点的空间坐标，从而推导出输电线路铁塔旋转的角度大小。本发明通过这样一种新的测量方法，可以方便、精确、快速的得到输电线路铁塔旋转情况，及时发现输电线路铁塔隐患并消缺，防止更大的事故发生，避免造成不可估量的经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，具体是一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法及装置。
背景技术
横担是电线杆顶部横向固定的角铁，上面有瓷瓶，是杆塔中重要的组成部分，用来安装绝缘子及金具，以支撑导线、避雷线，并使之按规定保持一定的安全距离。按材料可分为铁横担、瓷横担、合成绝缘横担；横担按用途分10kV及以下线路用横担，如单杆横担、门杆横担、抬担、引线横担等及35kV及以上线路用组装横担(直线、转角及耐张)等。横担辅助安装的金具有M铁、横担联板、撑脚、曲拉板、抱箍、单头栓、双头栓、穿钉等。
直线横担用在只考虑在正常未断线情况下，承受导线的垂直荷重和水平荷重；耐张横担用在承受导线垂直和水平荷重外，还将承受导线的拉力差；转角横担用在除承受导线的垂直和水平荷重外，还将承受较大的单侧导线拉力。根据横担的受力情况，对直线杆或15°以下的转角杆采用单横担，而转角在15°到45°的转角杆、耐张杆、终端杆、分支杆皆采用双横担，45°以上的转角杆、耐张杆、终端杆、分支杆采用十字横担。(部分地区杆均采用双横担)横担一般安装在距杆顶200mm处，直线横担应装在受电侧，转角杆、终端杆、分支杆的横担应装在拉线侧。
随着铁塔服役年限的增加，铁塔会出现松动的现象，会稍微的旋转一定的角度，旋转的角度一般不会太大，但铁塔旋转会对整个输电线路造成不可估量的隐患和损失，因此，务必提出一种快速简便的方法去测量出输电线路铁塔旋转角度，用于预测故障风险，并给消缺人员提供一定的参考价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法及装置，能够快速简便的方法去测量出输电线路铁塔的旋转角度，用于预测故障风险，并给消缺人员提供一定的参考价值。
为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法。其特征在于包括如下步骤：
(1)收集所检测输电线路铁塔的设计资料；
(2)选择沿线路走向方向任意一侧，设置观测点；
(3)选择输电线路铁塔靠近观测点的平面上，设置测量点；
(4)根据观测点到测量点的距离，以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的平面整体旋转角度数据；
(5)在输电线路铁塔沿线路走向的另外一侧，重复步骤(2)～(4)，得到另一组输电线路铁塔旋转的角度数据；
(6)将两次测量的数据结果进行算术平均，得到输电线路铁塔的整体旋转检测角度大小。
如上所述的方法，步骤(1)中待检测输电线路铁塔的设计资料包括输电线路铁塔的型号、中心点位置、呼称高度H、横担长度、下层横担端点到中心的距离b以及输电线路的走向。
如上所述的方法，步骤(2)中观测点的位置处于输电线路的中心线附近，距所观测的输电线路铁塔平面距离在1/2呼称高度到2倍呼称高度之间，视野开阔，地形平坦，便于观测铁塔的区域。
如上所述的方法，步骤(3)中测量点的位置设置于输电线路铁塔横担的两个端点以及中心点。
如上所述的方法，步骤(4)中输电线路铁塔旋转角度通过以下公式计算得出：
或
其中，s1，s2分别表示观测点到最下层两横担的端点距离，s0表示观测点到最下层两横担的中心点距离，b表示设计资料中最下层横担端点到中心点的距离，L表示设计资料中呼称高度与观测点高度之差。
根据本发明的另一方面，提供了一种测量输电线路铁塔旋转角度的装置，包括三维云台及设于三维云台上的计算模块、激光测距传感器，激光测距传感器和显示模块均与计算模块信号连接；所述装置设于输电线路铁塔沿线路走向方向任意一侧，作为观测点；选择输电线路铁塔靠近观测点的平面上，设置测量点；
所述激光测距传感器用于测得观测点到测量点的距离；所述计算模块用于根据测得观测点到测量点的距离以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的第一平面整体旋转角度数据；
所述激光测距传感器还用于根据输电线路铁塔沿线路走向的另外一侧的观测点到测量点的距离；
所述计算模块还于根据测得另外一侧的观测点到测量点的距离以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的第二平面整体旋转角度数据，然后将第一平面整体旋转角度数据和第二平面整体旋转角度数据进行算术平均，得到输电线路铁塔的整体旋转检测角度大小。
如上所述的装置，还包括设于设于三维云台上的显示模块，显示模块均与计算模块信号连接，所述显示模块用于对所述计算模块计算所得输电线路铁塔的整体旋转检测角度进行显示。
如上所述的装置，所述三维云台包括固定平板、与固定平板连接的云台、连接于云台底部的可调三角架，可调三角架可调节固定平板的高度及角度，用于在地面上固定云台的位置，激光测距传感器、计算模块和显示模块安装在固定平板上。
如上所述的装置，云台侧面设有左右转动控制旋钮、上下转动控制旋钮、前后转动控制旋钮，能够控制激光测距传感器在水平和垂直方向上自由旋转，并能在所需要的位置固定住激光测距传感器的方向。
如上所述的装置，固定平板上还安装有水平仪，通过调节水平仪的气泡位置可以将所述三维平台调整到水平。
本发明利用现场实测的观测点到横担处的测量点距离数据，结合已知的输电线路铁塔设计资料，观测点和测量点之间的空间几何关系，计算出横担水平旋转角的表达式，从而提供了一种新的输电线路铁塔旋转检测方法，检测装置简单实用，方便操作人员的使用。
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为本发明测量输电线路铁塔旋转角度的方法的示意图；
图2为本发明测量输电线路铁塔旋转角度的装置的结构示意图。
图中：1—铁塔本体，2—旋转后的下层横担，3—观测点到下层横担左侧端点距离，4—观测点到下层横担右侧端点距离，5—观测点到下层横担中心点距离，6—下层横担旋转角度，7—未旋转的下层横担，8—旋转后的下层横担在地面的投影，9—未旋转的下层横担在地面的投影，10—观测点；
11—可调三角架，12—左右转动控制旋钮，13—固定平板，14—计算模块，15—上下转动控制旋钮，16—前后转动控制旋钮，17—水平仪，18—显示模块，19—激光测距传感器。
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付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。
如图1所示，一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：通过收集输电线路铁塔的设计资料，得到输电线路铁塔的型号、中心点位置、呼称高度H、横担长度、下层横担端点到中心的距离b以及输电线路的走向。
步骤(2)：在输电线路铁塔沿线路走向的中心线附近，离输电线路铁塔平面距离在1/2呼称高度到2倍呼称高度之间，视野开阔，地形平坦，便于观测铁塔的区域，沿线路走向方向任意一侧选择一个观测点Q，在Q点处架设测量输电线路铁塔旋转角度的装置。
如2所示，所述测量输电线路铁塔旋转角度的装置包括三维云台及设于三维云台上的计算模块14、显示模块18、激光测距传感器19，激光测距传感器19和显示模块18均与计算模块14信号连接。所述三维云台包括固定平板13、与固定平板13连接的云台、连接于云台底部的可调三角架11，可调三角架11可调节固定平板13的高度及角度，用于在地面上固定云台的位置。激光测距传感器19、计算模块14和显示模块18安装在固定平板13上。云台侧面设有左右转动控制旋钮12、上下转动控制旋钮15、前后转动控制旋钮16，能够控制激光测距传感器19在水平和垂直方向上自由旋转，并能在所需要的位置固定住激光测距传感器19的方向。固定平板13上还安装有水平仪17，通过调节水平仪17的气泡位置可以将所述三维平台调整到水平。
步骤(3)：选择输电线路铁塔靠近观测点的平面上，设置测量点本发明的测量点的位置设置于输电线路铁塔横担的两个端点以及中心点。
步骤(4)：根据观测点到测量点的距离，以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的平面整体旋转角度数据；
具体的，通过激光测距传感器19测量观测点10到测量点的距离，激光测距传感器19所测得结果传输至计算模块14中，计算模块14通过STM32单片机系统进行数据存储和函数计算，得到所测输电线路铁塔的旋转角度，并将结果数据传递给显示模块18中的TFT彩屏进行显示。
具体实现时，调节可调三角架11，使装置的能够平稳的固定在所设观测点处。记录装置中激光测距传感器19离地高度为h，令L＝H-h，L为下层横担到观测点的垂直高度，以及输电线路铁塔资料中的下层横担端点到中心的距离b，上述数据均传输至计算模块14。
调节激光测距传感器19的角度，测量观测点到下层横担端点的距离QC＝s2，QD＝s1，以及到横担中心的距离QP＝s0，下层横担到观测点的垂直高度PO＝AC＝DB＝L，下横层横担端点到中心的距离CD＝AB＝b，假设旋转角度∠BOM＝∠NOA＝θ。
从下层横担左侧的角度出发，可以先得到∠AOQ，然后得到θ。由空间几何关系，可得下列公式：
θ＝90°-∠AOQ (4)
联立公式(1)～(4)，可得输电线路铁塔下层横担的旋转角度为公式(5)所示：
从下层横担右侧的角度出发，可以先得到∠BOQ，然后得到θ。由空间几何关系，可得下列公式：
θ＝∠QOB-90° (9)
联立公式(6)～(9)，可得输电线路铁塔下层横担的旋转角度为公式(10)所示：
以上两种推导得到的公式(5)和(10)，均可表达出输电线路铁塔下横担旋转角度的值。将激光测距传感器测量出来的s0，s1，s2，分别自动传递到计算模块14，经过STM32单片机系统编程计算，得到所测量的旋转角度大小。
步骤(5)：在输电线路铁塔沿线路走向的另外一侧，重复步骤(2)～(4)，得到另一组输电线路铁塔旋转的角度数据。即再移动至输电线路铁塔的另一面，重复上述过程可以得到另一组旋转角度数据。
步骤(6)：将两次测量的数据结果进行算术平均，得到输电线路铁塔的整体旋转检测角度大小。即分别利用输电线路铁塔相对的两个平面进行测量，得到两组测量数据后，进行算术平均得到旋转角度的大小进，将最终计算得出的输电线路铁塔旋转角度显示在显示模块中的TFT彩屏上，从而方便操作人员了解输电线路铁塔的旋转情况。通过这种精确的表达式，可以简便、明了的计算出输电铁塔旋转角度，得到较精确的数值，作为判断是否需要对铁塔进行消缺。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测量输电线路铁塔旋转角度的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)收集所检测输电线路铁塔的设计资料；
(2)选择沿线路走向方向任意一侧，设置观测点；
(3)选择输电线路铁塔靠近观测点的平面上，设置测量点；
(4)根据观测点到测量点的距离，以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的平面整体旋转角度数据；
(5)在输电线路铁塔沿线路走向的另外一侧，重复步骤(2)～(4)，得到另一组输电线路铁塔旋转的角度数据；
(6)将步骤(4)和步骤(5)两次测量的数据结果进行算术平均，得到输电线路铁塔的整体旋转检测角度大小。
2.如权利要求1所述的测量输电线路铁塔旋转角度的方法，其特征在于：步骤(1)中待检测输电线路铁塔的设计资料包括输电线路铁塔的型号、中心点位置、呼称高度H、横担长度、下层横担端点到中心的距离b以及输电线路的走向。
3.如权利要求1所述的测量输电线路铁塔旋转角度的方法，其特征在于：步骤(2)中观测点的位置处于输电线路的中心线附近，距所观测的输电线路铁塔平面距离在1/2呼称高度到2倍呼称高度之间，视野开阔，地形平坦，便于观测铁塔的区域。
4.如权利要求1所述的测量输电线路铁塔旋转角度的方法，其特征在于：步骤(3)中测量点的位置设置于输电线路铁塔横担的两个端点以及中心点。
5.如权利要求1所述的测量输电线路铁塔旋转角度的方法，其特征在于：步骤(4)中输电线路铁塔旋转角度通过以下公式计算得出：
或
其中，s1，s2分别表示观测点到最下层两横担的端点距离，s0表示观测点到最下层两横担的中心点距离，b表示设计资料中最下层横担端点到中心点的距离，L表示设计资料中呼称高度与观测点高度之差。
6.一种测量输电线路铁塔旋转角度的装置，其特征在于：包括三维云台及设于三维云台上的计算模块、激光测距传感器，激光测距传感器和显示模块均与计算模块信号连接；所述装置设于输电线路铁塔沿线路走向方向任意一侧，作为观测点；选择输电线路铁塔靠近观测点的平面上，设置测量点；
所述激光测距传感器用于测得观测点到测量点的距离；所述计算模块用于根据测得观测点到测量点的距离以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的第一平面整体旋转角度数据；
所述激光测距传感器还用于根据输电线路铁塔沿线路走向的另外一侧的观测点到测量点的距离；
所述计算模块还于根据测得另外一侧的观测点到测量点的距离以及输电线路铁塔的设计资料，计算出输电线路铁塔靠近观测点的第二平面整体旋转角度数据，然后将第一平面整体旋转角度数据和第二平面整体旋转角度数据进行算术平均，得到输电线路铁塔的整体旋转检测角度大小。
7.如权利要求6所述的测量输电线路铁塔旋转角度的装置，其特征在于：还包括设于设于三维云台上的显示模块，显示模块均与计算模块信号连接，所述显示模块用于对所述计算模块计算所得输电线路铁塔的整体旋转检测角度进行显示。
8.如权利要求7所述的测量输电线路铁塔旋转角度的装置，其特征在于：所述三维云台包括固定平板、与固定平板连接的云台、连接于云台底部的可调三角架，可调三角架可调节固定平板的高度及角度，用于在地面上固定云台的位置，激光测距传感器、计算模块和显示模块安装在固定平板上。
9.如权利要求8所述的测量输电线路铁塔旋转角度的装置，其特征在于：云台侧面设有左右转动控制旋钮、上下转动控制旋钮、前后转动控制旋钮，能够控制激光测距传感器在水平和垂直方向上自由旋转，并能在所需要的位置固定住激光测距传感器的方向。
10.如权利要求8所述的测量输电线路铁塔旋转角度的装置，其特征在于：固定平板上还安装有水平仪，通过调节水平仪的气泡位置可以将所述三维平台调整到水平。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100031 No. 86 West Chang'an Avenue, Beijing, Xicheng District Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant after: Super high voltage company of State Grid Hubei Electric Power Co.,Ltd. Applicant after: HUBEI CHAONENG ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Address before: 100031 No. 86 West Chang'an Avenue, Beijing, Xicheng District Applicant before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant before: STATE GRID HUBEI ELECTRIC POWER CO., LTD. MAINTENANCE Co. Applicant before: HUBEI CHAONENG ELECTRIC POWER Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |