CN110132121B - 北斗三号双频非组合rtk定位的输电杆塔形变监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，包括以下步骤：步骤1：监测点接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量；步骤2：基准站接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量，并进行定位，并通过算法，形成差分改正数据；步骤3：基准站与监测点通过差分定位算法进行差分定位；步骤4：将变形位移数据通过通信网络传输到服务器，服务器根据实时定位点变化计算偏移量；步骤5：偏移量数据记录至数据中心，根据预先安全阈值进行预警；步骤6：windows的用户端及安卓客户端访问服务器获取历史变化数据有查看实时形变数据。

Description

北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法

技术领域

本发明涉及利用北斗三号卫星导航系统新体制信号进行差分定位算法，具体涉及一种基于北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法。

背景技术

电力系统主要由发电、变电、输电、配电及调度等部分组成。输电线路杆塔是电力系统重要组成部分，随智能电网中智能输电提出。对重要输电线路节点杆塔进行形变监测十分必要，输电杆塔线路分布面积广，面对杆塔危险管理日趋重要。杆塔形变主要原因有以下几点：

1、外力破坏影起杆塔形变，导致输电线路事故。如，南方的冰灾，沿海的风灾，施工的机械作业碰撞等。

2、杆塔运行生命周期杆塔形变，杆塔材料也是有生命周期。特别对超高杆塔200米在各种环境因素均会造成塔形变化，根据塔形变化量判断是否安全范围内。

目前对杆塔形变进行监测手段有限，无法直观用数据量决断，精确度不够，无法随时对形变进行预警和建立和管理数据库。

为了解决上述技术问题，特提出一种新的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，包括以下步骤：

步骤1：监测点接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量；

步骤2：基准站接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量，并进行定位，并通过算法，形成差分改正数据；

步骤3：基准站与监测点通过差分定位算法进行差分定位，首先构建两个频点伪距和载波相位观测值站间单差观测方程，其次选取B1C频点为共同的参考，进而构建双差观测方程；最后采用抗差Kalman滤波进行参数估计,通过状态转移矩阵获得变形位移数据；

步骤4：将变形位移数据通过通信网络传输到服务器，服务器根据实时定位点变化计算偏移量；

步骤5：偏移量数据记录至数据中心，根据预先安全阈值进行预警；

步骤6：windows的用户端及安卓客户端访问服务器获取历史变化数据有查看实时形变数据。

优选地，所述步骤一的监测点为输电线路杆塔。

优选地，所述步骤一的解算采用的方式为卡尔曼滤波方法。

优选地，所述步骤三的差分定位算法的公式表达为：

式中，P和L分别为伪距和相位观测值；S为卫星；f为频点；b和r分别代表基站和移动站，e为位置改正数的系数阵；dt为站间差分后的接收机钟差；I为差分后的电离层参数，T为差分后的对流层参数；

为卫星到接收机间的几何距离减去其他误差源后的值；λ为波长；N为模糊度；

和

分别为伪距和载波测量噪声。

优选地，所述服务器根据实时定位点变化计算偏移量的方式为采用B1C频点/B2a频点以B1C频点参考模糊度来形成，其公式可表达为：

式中，

为双差后的B2a频点与B1C频点之间的伪距偏差；

为双差后的模糊度，其可表示为，

式中，

为双差后的B2a频点与B1C频点之间的相位偏差。

优选地，所述基准站与监测点通过差分定位算法进行实时校准达到厘米级。

有益效果

本发明根据基于北斗三号双频非组合RTK定位算法对杆塔变形进行监测，动态生成杆塔模型，当在地球自动作用力和外力规则发生变化时，杆塔外形因本身设计的结构和力学规则发生规律性变化是安全的。在发生无规律大变化时从而对杆塔危险进行预警。通过此系统进行杆塔变形监测，能有效提高输电线路运行安全，提高防风、防灾等自然灾害和人力破坏隐患，保证供电安全可靠。

附图说明

图1为本发明基于北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测系统结构图。

图2为本发明基于北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测系统装置示意图。

图3为本发明基于北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测系统的单一参考的双频非组合RTK定位方法实现流程图。

图4为本发明基于北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测系统应用实例图。

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。

请参阅说明书附图，本发明提供一种技术方案：一种北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，包括以下步骤：

步骤1：监测点接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量数据；

步骤2：基准站接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量，并进行定位，并通过算法，形成差分改正数据；

步骤3：基准站的观测量数据与监测点的差分改正数据通过差分定位算法进行差分定位，首先构建两个频点伪距和载波相位观测值站间单差观测方程，其次选取B1C频点为共同的参考，进而构建双差观测方程；最后采用抗差Kalman滤波进行参数估计,通过状态转移矩阵获得变形位移数据；

步骤4：将变形位移数据通过通信网络传输到服务器，服务器根据实时定位点变化计算偏移量；

步骤5：偏移量数据记录至数据中心，根据预先安全阈值进行预警；

步骤6：windows的用户端及安卓客户端访问服务器获取历史变化数据有查看实时形变数据。

优选地，所述步骤一的监测点为输电线路杆塔。

优选地，所述步骤一的解算采用的方式为卡尔曼滤波方法。

优选地，所述步骤二的算法为：通过网络RTK原理形成差分改正数据。

其中V为虚拟参考站，A为主基准站，Δ▽为双差算子，M为多路径。服务器端将虚拟观测值发送给监测站，监测站构建超短基线实现快速、准确模糊度固定。

优选地，所述步骤三的差分定位算法的公式表达为：

式中，P和L分别为伪距和相位观测值；S为卫星；f为频点；b和r分别代表基站和移动站，e为位置改正数的系数阵；dt为站间差分后的接收机钟差；I为差分后的电离层参数，T为差分后的对流层参数；

为卫星到接收机间的几何距离减去其他误差源后的值；λ为波长；N为模糊度；

和

分别为伪距和载波测量噪声。

优选地，所述服务器根据实时定位点变化计算偏移量的方式为采用B1C频点/B2a频点以B1C频点参考模糊度来形成，其公式可表达为：

式中，

为双差后的B2a频点与B1C频点之间的伪距偏差；

为双差后的模糊度，其可表示为，

式中，

为双差后的B2a频点与B1C频点之间的相位偏差。

优选地，所述基准站与监测点通过差分定位算法进行实时校准达到厘米级。

本发明利用北斗三号卫星导航系统并结合差分技术实现精密定位。以基准站、监测站接收北斗三号卫星导航系统B1C频点、B2a频点两个频点的新体制信号，基准站与监测站之间进行数据交互，通过差分方法解算以达到厘米级精度，以输电线路杆塔为监测对象进行观测，通过平台客户端进行杆塔实时形变量查看。接收北斗三号新体制信号，采用无模糊捕获、跟踪算法，完成信号解调、解扩、解码与解算，实现伪距与载波相位观测量提取。基于伪距与载波相位观测量，接收电网平台基准站网提供的差分改正数据，采用单一参考的双频非组合RTK定位算法，完成北斗三号实时厘米级、后处理毫米级定位，实现对输电杆塔形变的实时、全天候不间断监测。基准站与监测站均可实现与电网平台之间数据的加密交互，并可通过电网平台终端进行数据查看。设备采用市电供电，由电源适配器进行统一电压转换，支持涵盖12V与24V的宽电压输入。采用相位中心稳定且误差较小的高增益测量型天线。采用近地WIFI联网方式，或者远程无线移动通信方式，实现监测装置统一接入平台。

本发明实施提供的基于北斗三号双频非组合RTK定位算法的输电杆塔形变监测主要包括监测站、基准站、北斗三号卫星三个主要部分，通信网络、客户端、服务器为系统的数据传输和存储及查看。

本发明最大特点是在于基于北斗三号卫星导航系统新体制信号，采用北斗三号双频非组合RTK定位算法，并结合可配置的监测站装置以及WIFI及无线通信网络，完成实时厘米级的高精度定位，实现输电杆塔形变监测。

参见图4为本系统应用实例，具体步骤如下：

步骤一，对输电线路杆塔高、中、底三层选择若干个监测点，分别在监测点安装北斗三号测量型天线，监测站装置安装于塔体弱电箱内。

步骤二，地面建设基准站网。

步骤三，基准站与监测站同时观测北斗三号卫星，同时基准站需要与监测站通信网络互通。

步骤四，基准站与监测站之间进行B1C频点/B2a频点双频非组合RTK定位算法，进行解算并精密定位。

步骤五，本地或者远程PC和移动终端实时查看杆塔形变数据。

本发明公开一种基于北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测系统，基于BDS-3播发的新信号频点的基础上，采用B1C频点、B2a频点双频非组合RTK定位，本发明选取B1C频点为两个频点的共同参考，并同时估计速度和加速度。特别采用低功耗、轻量化、模块化、可配置的设计方案，可实现系统高度灵活配置，具有实时厘米级、事后毫米级的定位精度。该系统通过无线WIFI、无线移动通信(2G/3G/4G)等方式实现与电网平台之间加密数据交互。该系统主要包括：监测站若干、基准站、主备服务器、客户端等硬件以及北斗三号双频非组合RTK定位软件。该系统要支持无线定位监测点接入和无限用户端访问接入，主要由带宽和用户硬件性能决定。该系统可实现输电杆塔形状变化的精确监测，实时反映输电杆塔健康状况，对杆塔健康性能进行预警提升效率和安全保障。

优选地，服务器为(GNSS)数据处理平台，支持网络RTK，精密单点定位，网平差等功能；kalman滤波能够实时计算站点位移，速度和加速度，最后通过速度和加速度积分来获得站点的位移；安全阈值具体应根据输电杆塔类型和电力应用经验数据给出。

本发明方案所公开的技术手段不局限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括以上技术特征任意组合所组成的方案。

在本发明的描述中，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：监测点接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量；

步骤2：基准站接收北斗三号卫星信号，通过解调、解扩、解码与解算，获得伪距与载波相位观测量，并进行定位，并通过算法，形成差分改正数据；

步骤3：基准站与监测点通过差分定位算法进行差分定位，首先构建两个频点伪距和载波相位观测值站间单差观测方程，其次选取B1C频点为共同的参考，进而构建双差观测方程；最后采用抗差Kalman滤波进行参数估计,通过状态转移矩阵获得变形位移数据；

步骤4：将变形位移数据通过通信网络传输到服务器，服务器根据实时定位点变化计算偏移量；

步骤5：偏移量数据记录至数据中心，根据预先安全阈值进行预警；

步骤6：windows的用户端及安卓客户端访问服务器获取历史变化数据有查看实时形变数据。

2.根据权利要求1所述北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，其特征在于：所述步骤一的监测点为输电线路杆塔。

3.根据权利要求1所述北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，其特征在于：所述步骤一的解算采用的方式为卡尔曼滤波方法。

4.根据权利要求1所述北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，其特征在于，所述步骤三的差分定位算法的公式表达为：

式中，P和L分别为伪距和相位观测值；S为卫星；f为频点；b和r分别代表基站和移动站；dt为站间差分后的接收机钟差；I为差分后的电离层参数，T为差分后的对流层参数；

为卫星到接收机间的几何距离减去其他误差源后的值；λ为波长；N为模糊度；

和

分别为伪距和载波测量噪声。

5.根据权利要求4所述北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，其特征在于，所述服务器根据实时定位点变化计算偏移量的方式为采用B1C频点/B2a频点以B1C频点参考模糊度来形成，其公式可表达为：

式中，

为双差后的B2a频点与B1C频点之间的伪距偏差；

为双差后的模糊度，其可表示为，

式中，

为双差后的B2a频点与B1C频点之间的相位偏差。

6.根据权利要求1所述北斗三号双频非组合RTK定位的输电杆塔形变监测方法，其特征在于：所述基准站与监测点通过差分定位算法进行实时校准达到厘米级。

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