CN111982064B

CN111982064B - 一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法

Info

Publication number: CN111982064B
Application number: CN202010621256.XA
Authority: CN
Inventors: 李志坚; 王伟; 张海滨; 梅德冬; 邓烽; 郑玉平; 丁杰; 张何; 赵子龙; 侯宇; 刘世裕; 董璇; 左红兵
Original assignee: NARI Group Corp; Nari Technology Co Ltd; State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: NARI Group Corp; Nari Technology Co Ltd; State Grid Electric Power Research Institute
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2040-07-01
Also published as: CN111982064A

Abstract

本发明公开一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，包括，采集杆塔上不同安装点的北斗通信终端的立体三维坐标；根据所述北斗通信终端的立体三维坐标计算X轴倾角和Y轴倾角；根据X轴倾角和Y轴倾角计算杆塔顺线倾角和横向倾角。本发明方法适用于两个北斗通信终端安装于杆塔上任意位置，两个北斗通信终端在杆塔上垂直安装，以及一个北斗通信终端安装在杆塔任意位置，另一北斗通信终端置于杆塔底部地面。本方法适用性广，基于输电线路方向顺线倾角、横向倾角对架空输电线路杆塔倾斜进行监测显示更加直观，更便于运行和维护。

Description

一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，属于电力设备在线监测技术领域。

背景技术

杆塔作为架空输电线路的重要组成部分，是承受导线应力及外力的直接部位。严格控制铁塔倾斜是保证输电线路安全运行的一个重要环节。

杆塔倾斜产生的原因主要有：

1)塔腿基础高差超出允许偏差。施工单位铁塔基础在施工完成之后塔腿基础高差不符合设计图纸，超过规程、规范允许的偏差，易出现杆塔倾斜的现象。

2)铁塔螺栓紧固率不符合要求。紧线前铁塔螺栓紧固率达不到标准，而进行紧线施工，在外力的作用下，易出现塔材弯曲的情况，将导致杆塔倾斜。

3)基础不均匀沉降。环境破坏，水土流失，导致输电线路出现基础位移、基础不均匀沉降等情况，导致杆塔倾斜。

4)施工单位野蛮施工。施工单位在组塔以及架线施工过程时，不按作业指导书、施工方案施工，塔材受外力破坏严重，导致杆塔倾斜。

5)受外界不可抗力破坏。导线覆冰、台风等外界条件都肯能使其超出了铁塔所能承受的外力，导致杆塔倾斜。

杆塔倾斜产生的危害主要有：

1)杆塔横线路方向倾斜，易造成绝缘子横向迈步，线路运行后造成带电部分与杆塔间隙过小，电气安全距离不够引起放电。

2)杆塔顺线路方向倾斜，易造成杆塔向身部倾斜，造成导线弧垂变化，引起导线张力变化，及导线对地安全距离不足。

3)杆塔倾斜易导致绝缘子迈步，特别是地线由于挂点距地线距离较小，迈步到一定程度地线横担会受力增大，超过设计承受力时，将会造成横担歪曲变形、塔头挠曲等现象。

4)杆塔倾斜绝缘子迈步后，会导致导线、地线线夹发生位移,导线、地线会在线夹内滑动，滑动不一致时引起弧垂变大，导致导线对地、对树障等安全距离发生变化。

当前架空输电线路在线监控系统多采用杆塔倾斜传感器测量给出X轴倾角、Y轴倾角或给出X轴重力加速度、Y轴重力加速，对于运行维护很不直观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，采集安装于杆塔上的北斗终端设备立体三维坐标，计算得出架空输电线路顺线倾角、横向倾角，对于架空输电线路杆塔倾斜监测更加直观，便于维护。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，包括：

采集杆塔上不同安装点的北斗通信终端的立体三维坐标；

根据所述北斗通信终端的立体三维坐标计算X轴倾角和Y轴倾角；

根据X轴倾角和Y轴倾角计算杆塔顺线倾角和横向倾角。

进一步的，所述采集杆塔上不同安装点的北斗通信终端的立体三维坐标，包括：

采集杆塔上两处不同安装点的北斗通信终端A和北斗通信终端B初始安装时的立体三维坐标Ax0、Ay0、Az0和Bx0、By0、Bz0，以及实时运行时的立体三维坐标Ax′、Ay′、Az′和Bx′、By′、Bz′。

进一步的，所述根据所述北斗通信终端的立体三维坐标计算X轴倾角和Y轴倾角，包括：

其中，Angle_x为初始安装时两安装点的X轴倾角，Angle_y为初始安装时两安装点的Y轴倾角；Angle_x′为实时运行时两安装点的X轴倾角，Angle_y′为实时运行时两安装点的Y轴倾角。

进一步的，所述根据X轴倾角和Y轴倾角计算杆塔顺线倾角和横向倾角，包括：

计算初始安装时两安装点之间连线的顺线倾角Angle_0和横向倾角Angle_1：

Angle_0＝arctan(tan(Angle_x)·cos(Angle_axis)+tan(Angle_y)·sin(Angle_axis))；

Angle_1＝arctan(tan(Angle_y)·cos(Angle_axis)-tan(Angle_x)·sin(Angle_axis))；

计算实时运行时两安装点之间连线的顺线倾角Angle_2和横向倾角Angle_3：

Angle_2＝arctan(tan(Angle_x′)·cos(Angle_axis)+tan(Angle_y′)·sin(Angle_axis))；

Angle_3＝arctan(tan(Angle_y′)·cos(Angle_axis)-tan(Angle_x′)·sin(Angle_axis))；

其中，Angle_axis为X轴与杆塔顺线方向的夹角；

计算杆塔顺线倾角Angle_along和横向倾角Angle_lateral：

Angle_along＝Angle_2-Angle_0；

Angle_lateral＝Angle_3-Angle_1。

采集杆塔上相互垂直的两处不同安装点北斗通信终端A和北斗通信终端B安装时的立体三维坐标Ax、Ay、Az和Bx、By、Bz，以及采集实时运行状态的北斗通信终端A和北斗通信终端B的立体三维坐标Ax1、Ay1、Az1和Bx1、By1、Bz1。

计算北斗通信终端A的安装位置离地面的高度H：

H12＝Az1-Bz1；Az1＞Bz1；或

H12＝Bz1-Az1；Bz1＞Az1；

其中，L1，L2，H12为计算的中间变量；

基于北斗通信终端A的安装位置离地面的高度H，以及安装时的立体三维坐标Ax、Ay，以及当前实时采集的立体三维坐标Ax1、Ay1，计算杆塔的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y：

Angle_along＝arctan(tan(Angle_x)·cos(Angle_axis)+tan(Angle_y)·sin(Angle_axis))；

Angle_lateral＝arctan(tan(Angle_y)·cos(Angle_axis)-tan(Angle_x)·sin(Angle_axis))。

其中，Angle_axis为X轴与杆塔顺线方向的夹角，Angle_along为杆塔顺线倾角，Angle_lateral为杆塔横向倾角。

采集杆塔上北斗通信终端A安装时的立体三维坐标Ax、Ay、Az，以及安装于杆塔底座地面的北斗通信终端B的三维坐标中的Bz。

计算北斗通信终端A离地面的高度：

H＝Az-Bz；

基于北斗通信终端A离地面的高度，以及安装时北斗通信终端A的立体三维坐标中Ax、Ay，以及当前实时采集的北斗通信终端A的立体三维坐标Ax1、Ay1，计算杆塔的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y：

进一步的，所述杆塔顺线倾角和横向倾角由就地杆塔监测装置计算，或者通过上送采集信息由后台系统计算。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明提出的一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，基于杆塔上不同安装点的北斗通信终端的立体三维坐标进行杆塔顺线倾角和横向倾角的测量，对架空输电线路杆塔倾斜监测显示更加直观，更便于运行和维护。且本发明方法适用于后台系统计算，也适用于就地杆塔监测装置计算，适用性广。

附图说明

图1为本发明实施例中基于杆塔任意两位置安装的北斗通信终端设备的杆塔倾斜监测流程图；

图2为本发明实施例中基于杆塔垂直线上两位置安装的北斗通信终端设备的杆塔倾斜监测流程图；

图3为本发明实施例中基于杆塔与地面两位置的北斗通信终端设备的杆塔倾斜监测流程图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，包括：

采集杆塔上不同安装点的北斗通信终端的立体三维坐标；

根据所述立体三维坐标计算X轴倾角和Y轴倾角；

根据X轴倾角和Y轴倾角计算杆塔顺线倾角和横向倾角。

实施例1

基于杆塔任意两位置安装的北斗通信终端进行杆塔倾斜监测，参见图1，包括：

步骤一：采集杆塔上两处不同安装点A、B北斗通信终端安装时的立体三维坐标Ax0、Ay0、Az0和Bx0、By0、Bz0，运行时实时采集三维坐标表示为Ax′、Ay′、Az′和Bx′、By′、Bz′，计算得到两安装点安装时与实时运行状态下的X轴倾角和Y轴倾角(所有角度单位均为弧度)：

步骤二：测量得到X轴与杆塔顺线方向的夹角Angle_axis，基于初始安装时计算的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y，计算得到两安装点A和B之间连线的顺线倾角Angle_0和横向倾角Angle_1(所有角度单位均为弧度)，以及基于实时运行状态下的X轴倾角Angle_x′和Y轴倾角Angle_y′计算实时运行状态下的北斗通信终端设备A和B两点之间连线的顺线倾角Angle_2和横向倾角Angle_3：

Angle_3＝arctan(tan(Angle_y′)·cos(Angle_axis)-tan(Angle_x′)·sin(Angle_axis))。

步骤三：初始安装时两安装点A和B两点之间连线的顺线倾角Angle_0和横向倾角Angle_1，与实时运行状态下两安装点A和B两点之间连线的顺线倾角Angle_2和横向倾角Angle_3的变化角度即为杆塔顺线倾角Angle_along和横向倾角Angle_lateral，计算公式如下所示：

Angle_along＝Angle_2-Angle_0；

Angle_lateral＝Angle_3-Angle_1。

实施例2

基于杆塔垂直线上两位置安装的北斗通信终端进行杆塔倾斜监测，如图2所示，包括：

步骤一：采集杆塔上垂直两处不同安装点A、B北斗终端安装时的立体三维坐标Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz，由于是同一垂直线上安装，因此Ax＝Ay，Bx＝By，Zx≠Zy，该情况下计算得到A、B两处安装点的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y均等于0。

步骤二：采集实时运行状态的北斗通信终端A和B的立体三维坐标Ax1、Ay1、Az1、Bx1、By1、Bz1，计算北斗通信终端A的安装位置离地面的高度H，如下：

H12＝Az1-Bz1；Az1＞Bz1；或

H12＝Bz1-Az1；Bz1＞Az1；

其中，L1，L2，H12为计算的中间变量。

步骤三：基于北斗通信终端A的安装位置离地面的高度H，以及安装时记录的立体三维坐标Ax、Ay，以及当前实时采集的立体三维坐标Ax1、Ay1，计算得到杆塔的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y(所有角度单位均为弧度)：

步骤四：测量得到X轴与杆塔顺线方向的夹角Angle_axis，根据杆塔的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y，采用如下公式即可计算得到杆塔顺线倾角Angle_along和横向倾角Angle_lateral：

Angle_along＝arctan(tan(Angle_x)·cos(Angle_axis)+tan(Angle_y)·sin(Angle_axis))

实施例3

基于杆塔与地面两位置的北斗通信终端进行杆塔倾斜监测，如图3所示，包括：

步骤一：采集杆塔上北斗通信终端A安装时的立体三维坐标Ax、Ay、Az，以及安装于杆塔底座地面的北斗通信终端B的三维坐标中的Bz，北斗通信终端B仅用于测试北斗通信终端A离地面的高度，测量结束后北斗通信终端B可以撤除，不需要安装于现场。北斗通信终端A离地面的高度计算如下：

H＝Az-Bz。

步骤二：由上述测量方法得到杆塔的北斗通信终端A的安装位置距离地面的高度H，关于北斗通信终端A距离地面的高度H也可通过其他方法测量得到，结合安装时记录的立体三维坐标中Ax、Ay，以及当前实时采集的北斗通信终端A的立体三维坐标Ax1、Ay1，计算得到杆塔的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y(所有角度单位均为弧度)：

步骤三：测量得到X轴与杆塔顺线方向的夹角Angle_axis，杆塔的X轴倾角Angle_x和Y轴倾角Angle_y，计算得到杆塔顺线倾角Angle_along和横向倾角Angle_lateral：

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，其特征在于，包括：

采集杆塔上不同安装点的北斗通信终端的立体三维坐标，包括：采集杆塔上两处不同安装点的北斗通信终端A和北斗通信终端B初始安装时的立体三维坐标，以及实时运行时的立体三维坐标；所述安装点包括：杆塔上两处不同位置，以及杆塔上和杆塔底座地面上两处不同位置；

根据X轴倾角和Y轴倾角计算杆塔顺线倾角和横向倾角，包括：

当北斗通信终端安装在杆塔上两处不同位置时，杆塔顺线倾角Angle_along和横向倾角Angle_lateral计算如下：

Angle_along＝Angle_2-Angle_0；

Angle_lateral＝Angle_3-Angle_1；

其中，Angle_2和Angle_3分别为实时运行时两安装点之间连线的顺线倾角和横向倾角，Angle_0和Angle_1分别为初始安装时两安装点之间连线的顺线倾角和横向倾角，Angle_axis为X轴与杆塔顺线方向的夹角，Angle_x为初始安装时两安装点的X轴倾角，Angle_y为初始安装时两安装点的Y轴倾角，Angle_x′为实时运行时两安装点的X轴倾角，Angle_y′为实时运行时两安装点的Y轴倾角，Ax、Ay、Az和Bx、By、Bz分别为杆塔上两处不同位置北斗通信终端A和北斗通信终端B安装时的立体三维坐标，Ax′、Ay′、Az′和Bx′、By′、Bz′分别为实时运行状态的北斗通信终端A和北斗通信终端B的立体三维坐标；

当一个北斗通信终端安装在杆塔上，一个北斗通信终端安装在杆塔底座地面上时，杆塔顺线倾角Angle_along和横向倾角Angle_lateral计算如下：

Angle_lateral＝arctan(tan(Angle_y)·cos(Angle_axis)-tan(Angle_x)·sin(Angle_axis))；

H＝Az-Bz；

其中，Angle_axis为X轴与杆塔顺线方向的夹角，Angle_x和Angle_y分别为杆塔的X轴倾角和Y轴倾角，Ax、Ay、Az为杆塔上北斗通信终端A安装时的立体三维坐标，Bz为安装于杆塔底座地面的北斗通信终端B的坐标，Ax1、Ay1当前实时采集的北斗通信终端A的坐标，H为北斗通信终端A离地面的高度。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的架空输电线路杆塔倾斜监测方法，其特征在于，所述杆塔顺线倾角和横向倾角由就地杆塔监测装置计算，或者通过上送采集信息由后台系统计算。