CN110260809A - 面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，塔筒内底部设置有一激光垂准仪，并使用激光垂准仪向上发射激光铅垂线；在塔筒内设置有一个或多个激光可透过的坐标板装置，多个坐标板装置位于不同监测高度；还包括有多个分别与坐标板装置配合的、用于对坐标板上的激光投影点进行位移测量的视觉成像测量传感器；每个视觉成像测量传感器将各自高度的视觉成像测量结果传输至监测信息系统，根据不同高度坐标板上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态并对塔筒形建筑物不同高度倾斜形变进行实时监测；该方法，检测精度高，灵敏度高，不受外部气象条件干扰，工程布设简单，能够对风电塔筒进行柔性形变监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法。
背景技术
2017年中国风电装机总容量达到1.88亿千瓦，风机总数接近2万台，并且以9％的年符合增长率预期增加，有预测分析2023年总装机容量将达到3.15亿千瓦。风电塔筒的倾斜形变影响风机正常运转，风电塔筒倾斜超限容易造成风机损坏，严重的倾斜不加修正会造成倒塔事故，因此风电塔筒的倾斜监测是风机运营维护的重要工作。目前，市场上已有的室内定位方案存在的主要问题有：
(1)传统人工测绘方法效率低。使用传统测绘方法对风电塔筒进行倾斜监测受天气条件影响较大，测量中需要停机保证测量精度，并且无法实时监控，人工成本较高，效率低。
(2)倾斜传感器方案精度不足。在风电塔上端和底部加装倾斜传感器对风电塔进行实时倾斜监控的方案，虽然可以实时获取风电塔筒的倾斜数据，但是数据精度不足且随机误差过大，不能有效监控风电塔的实际倾斜状态，监测1′的倾斜量需要倾斜测量误差小于0.002°的姿态传感器，此类传感器造价过高。
(3)GPS实时定位方案精度不足。在风电塔顶端布设GPS实时监测系统，可以测量塔顶的实时位移量，检测1′的精度需要在80m的塔顶分辨出5mm的位移，而动态GPS测量精度在20mm左右。塔顶通常存在动态摆动情况，无法进行静态GPS检测，因此该方案测量精度不足。
因此，需要一种能解决上述问题的实时监控方法。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，塔筒内底部设置有一激光垂准仪，并使用激光垂准仪向上发射激光铅垂线；
在塔筒内设置有一个或多个激光可透过的坐标板装置，多个坐标板装置位于不同监测高度；
还包括有多个分别与坐标板装置配合的、用于对坐标板上的激光投影点进行位移测量的视觉成像测量传感器；
每个视觉成像测量传感器将各自高度的视觉成像测量结果传输至监测信息系统，根据不同高度坐标板上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态并对塔筒形建筑物不同高度倾斜形变进行实时监测。
其中，坐标板与塔筒的横截面平行设置，视觉成像测量传感器设置于塔筒内壁上，并位于对应的坐标板下方。
其中，坐标板通过连接杆与风电塔筒壁刚性固定。
其中，每个坐标板通过三根连接杆与风电塔筒壁刚性固定。每个坐标板包括有网状面板以及视觉辅助测量图案组成。
其中，根据不同高度坐标板上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态的方法如下：
设风塔筒底部横截面中心为坐标原点，以过塔筒底面横截面中心点的铅垂线为Z轴，向上为Z轴正方向，以坐标北方向为X轴正方向，以北偏东90°方向为Y轴方向建立塔筒内部三维坐标系；
X轴与Y轴相交于塔筒的横截面中心点O；设塔筒的中心轴线与监测高度上横截面的交点为O1、On；设在O点上方架设激光垂准仪，激光铅垂线与监测高度横截面交点为C、C1、Cn；
若C点与O点重合，则监测高度的倾斜角度θ计算如式1，即为：
其倾斜方向α计算如式子2，即：
若激光垂准仪在塔地面横截面的投影点C与横截面中心O不重合时，则监测高度的倾斜角度θ计算如式3，即：
倾斜方向α计算如式4，即：
其中，以塔底部横截面中心为坐标原点的坐标系下，激光铅垂线与塔筒不同高度横截面的投影点空间坐标不变，在倾斜形变监测过程中，视觉成像测量传感器检测不同高度横截面中心与激光投影点的位移变化量m，由于坐标板与塔筒刚性连接且与横截面重合，当发生倾斜形变时，激光投影点在坐标板中位移量n＝-m。
本发明的有益效果：提供了一种面向风电类塔的实时倾斜形变监测方法，该方法使用自动安平激光铅锤仪作提供的激光铅垂线作为风电塔筒形变检测的基准，在不同塔筒不同高度横截面上布设激光可透过的坐标板装置，坐标板上具有视觉测量辅助图案，并提出使用成像测量方式测量激光铅垂线在坐标板上的位移变化，用于对风电塔筒的倾斜形变监测；该方法，检测精度高，灵敏度高，不受外部气象条件干扰，工程布设简单，能够对风电塔筒进行柔性形变监测。
附图说明
图1为本发明塔筒视觉倾斜监测实施示意图；
图2为本发明实施实例的激光可透过的坐标板装置安装俯视示意图；
图3为本发明实施例激光垂准仪位于塔筒底面中心时投影关系示意图；
图4为本发明实施例激光垂准仪不位于塔筒底面中心时投影关系示意图；
图1至图4中的附图标记说明：
1-激光垂准仪；2-激光铅垂线；3-坐标板；4-视觉成像测量传感器；5-塔筒正视图横截面；6-计算机信息系统；7-网状面板；8-视觉辅助测量图案；9、10、11-连接杆；12-塔筒内壁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
本发明中的主要解决方法为1、使用自动安平激光垂准仪1提供的激光铅垂线2作为塔形变检测的基准。2、提出在塔筒不同高度的上布设激光可透过的坐标板3装置，坐标板3平面与所在高度的塔筒横截面平行。3、在坐标板3上设置视觉辅助测量图案8，使用视觉成像测量方式监测激光投影中心在坐标板3上的位移量。4、将不同高度上的实时视觉测量结果输入计算机信息系统6利用发明中提出的公式进行计算用于分析风电塔筒的实时倾斜形变状态。
本发明中的安装方式不限于塔内具体位置，如单独在塔内某段或多段进行布置亦属于本发明的方案。
如图1至图4所示：本实施例所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，塔筒内底部设置有一激光垂准仪1，并使用激光垂准仪1向上发射激光铅垂线2；
在塔筒内设置有一个或多个激光可透过的坐标板3装置，多个坐标板3装置位于不同监测高度；
还包括有多个分别与坐标板3装置配合的、用于对坐标板3上的激光投影点进行位移测量的视觉成像测量传感器4；
每个视觉成像测量传感器4将各自高度的视觉成像测量结果传输至监测信息系统，根据不同高度坐标板3上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态并对塔筒形建筑物不同高度倾斜形变进行实时监测。
本实施例所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，坐标板3与塔筒的横截面平行设置，视觉成像测量传感器4设置于塔筒内壁12上，并位于对应的坐标板3下方。
本实施例所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，坐标板3通过连接杆9、10、11与风电塔筒壁刚性固定。
本实施例所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，每个坐标板3通过三根连接杆9、10、11与风电塔筒壁刚性固定。每个坐标板3包括有网状面板7以及视觉辅助测量图案8组成。网状面板7，可透过激光的网状面板7，用于与遮挡激光铅垂线2形成投影点，通视允许激光透过网状小孔不改变光路方向，用于辅助视觉测量投影点在坐标板3中的坐标。
本实施例所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，根据不同高度坐标板3上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态的方法如下：
设风塔筒底部横截面中心为坐标原点，以过塔筒底面横截面中心点的铅垂线为Z轴，向上为Z轴正方向，以坐标北方向为X轴正方向，以北偏东90°方向为Y轴方向建立塔筒内部三维坐标系；
X轴与Y轴相交于塔筒的横截面中心点O；设塔筒的中心轴线与监测高度上横截面的交点为O1、On；设在O点上方架设激光垂准仪1，激光铅垂线2与监测高度横截面交点为C、C1、Cn；
如图3，若C点与O点重合，则监测高度的倾斜角度θ计算如式1，即为：
其倾斜方向α计算如式子2，即：
如图4，若激光垂准仪1在塔地面横截面的投影点C与横截面中心O不重合时，则监测高度的倾斜角度θ计算如式3，即：
倾斜方向α计算如式4，即：
其中，以塔底部横截面中心为坐标原点的坐标系下，激光铅垂线2与塔筒不同高度横截面的投影点空间坐标不变，在倾斜形变监测过程中，视觉成像测量传感器4检测不同高度横截面中心与激光投影点的位移变化量m，由于坐标板3与塔筒刚性连接且与横截面重合，当发生倾斜形变时，激光投影点在坐标板3中位移量n＝-m。
本发明的有益效果：提供了一种面向风电类塔的实时倾斜形变监测方法，该方法使用自动安平激光铅锤仪作提供的激光铅垂线2作为风电塔筒形变检测的基准，在不同塔筒不同高度横截面上布设激光可透过的坐标板3装置，坐标板3上具有视觉测量辅助图案，并提出使用成像测量方式测量激光铅垂线2在坐标板3上的位移变化，用于对风电塔筒的倾斜形变监测；该方法，检测精度高，灵敏度高，不受外部气象条件干扰，工程布设简单，能够对风电塔筒进行柔性形变监测。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (7)
1.一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：塔筒内底部设置有一激光垂准仪(1)，并使用激光垂准仪(1)向上发射激光铅垂线(2)；
在塔筒内设置有一个或多个激光可透过的坐标板(3)装置，多个坐标板(3)装置位于不同监测高度；
还包括有多个分别与坐标板(3)装置配合的、用于对坐标板(3)上的激光投影点进行位移测量的视觉成像测量传感器(4)；
每个视觉成像测量传感器(4)将各自高度的视觉成像测量结果传输至计算机信息系统(6)，根据不同高度坐标板(3)上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态并对塔筒形建筑物不同高度倾斜形变进行实时监测。
2.根据权利要求1所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：坐标板(3)与塔筒的横截面平行设置，视觉成像测量传感器(4)设置于塔筒内壁(12)上，并位于对应的坐标板(3)下方。
3.根据权利要求2所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：坐标板(3)通过连接杆(9、10、11)与风电塔筒壁刚性固定。
4.根据权利要求3所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：每个坐标板(3)通过三根连接杆(9、10、11)与风电塔筒壁刚性固定。
5.根据权利要求3所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：每个坐标板(3)包括有网状面板(7)以及视觉辅助测量图案(8)组成。
6.根据权利要求1所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：根据不同高度坐标板(3)上投影点位置变化推算塔筒形建筑物的倾斜形变状态的方法如下：
设风塔筒底部横截面中心为坐标原点，以过塔筒底面横截面中心点的铅垂线为Z轴，向上为Z轴正方向，以坐标北方向为X轴正方向，以北偏东90°方向为Y轴方向建立塔筒内部三维坐标系；
X轴与Y轴相交于塔筒的横截面中心点O；设塔筒的中心轴线与监测高度上横截面的交点为O1、On；设在O点上方架设激光垂准仪(1)，激光铅垂线(2)与监测高度横截面交点为C、C1、Cn；
若C点与O点重合，则监测高度的倾斜角度θ计算如式1，即为：
其倾斜方向α计算如式子2，即：
若激光垂准仪(1)在塔地面横截面的投影点C与横截面中心O不重合时，则监测高度的倾斜角度θ计算如式3，即：
倾斜方向α计算如式4，即：
7.根据权利要求6所述的一种面向风电塔筒形建筑物的倾斜形变检测方法，其特征在于：以塔底部横截面中心为坐标原点的坐标系下，激光铅垂线(2)与塔筒不同高度横截面的投影点空间坐标不变，在倾斜形变监测过程中，视觉成像测量传感器(4)检测不同高度横截面中心与激光投影点的位移变化量m，由于坐标板(3)与塔筒刚性连接且与横截面重合，当发生倾斜形变时，激光投影点在坐标板(3)中位移量n＝-m。
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