CN112393711A - 一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统及其监测方法，包括：监测装置、北斗基准站、公网基站，其中所述监测装置通过北斗终端，获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据；所述北斗基准站用于高精度定位校核；所述公网基站通过无线调制解调器，对移动信号的接收和发送进行处理，通过在杆塔区域内，设置多个公网基站和监测系统中的北斗定位系统相互结合组成一个蜂窝状的网络，在根据接收时刻和发射时刻之差求得信号在回路中的总传播时延，再通过两个坐标的转换实现位置关系之间一一对应；本发明通过北斗载波相位差分测量与姿态测量，监测输电线路杆塔顺线方向与横向方向的倾斜角度值，提高对输电杆塔沉降倾斜严重风险点的预警能力。

Description

一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种电力监测技术，尤其是一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统及其监测方法。

背景技术

随着科技进步及社会的现代化发展，人民生活质量与需求不断的提高，用电量也随之大幅提升，这对于电网供电安全与可靠性能提出了越来越高的要求，电力的传输与分配离不开输电线路，但是杆塔受到风霜雨雪等自然因索及近年来矿物开采造成形态各异的地下采空区等人为因素的影响，轻者可造成开裂、倾斜、杆塔变形，重者造成杆塔倾倒、坍塌，对输电网的安全运行造成极大威胁，对人民生命财产造成损失。

随着电力系统复杂性的增加，台风、地质沉降等极端自然灾害的发生以及社会对电能依赖程度的增长，停电风险及其社会经济影响越来越大，由于自然灾害(台风、风暴)和地质因素的影响，输电杆塔出现倾斜、沉降、位移等问题，由此导致的杆塔倒伏、线路拉力与弧垂改变往往会直接影响输电线路的正常运行。

发明内容

发明目的：提供一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，以解决上述问题。技术方案：一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，包括：

通过北斗终端，获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据的监测装置；

用于高精度定位校核的北斗基准站；

进行信号传输的公网基站。

根据本发明的一个方面，所述监测装置包括太阳能光伏板、微控制器、北斗定位系统、通信电路；所述太阳能光伏板通过控制电路进行能量变换为装置提供电能；所述微控制器和通信电路对外围信号进行电路的校准处理以及信号接入处理；所述北斗定位系统包括北斗天线、北斗接收机，所述北斗天线将卫星发射的电磁波信号接收解调为接收器识别的信号；所述北斗接收机将天线接收的信号进行转换处理，从而解算出位置坐标。

根据本发明的一个方面，所述太阳能光伏板安装在监测装置两侧，使其能与阳光充分接触，便于储能；所述监测装置通过底座固定在输电杆塔上。

根据本发明的一个方面，所述公网基站通过无线调制解调器，对移动信号的接收和发送进行处理，在杆塔区域内，多个公网基站和监测系统中的北斗定位系统相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制北斗天线、北斗接收机之间的信号相互传送和接收，达到移动通信信号的传送。

根据本发明的一个方面，一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据；

步骤2、校核定位参数。

根据本发明的一个方面，所述步骤1通过监测装置和北斗接收机之间的数据信息传递完成信号传播的回路时延，所述监测装置通过发射时间标记的出站信号，所述北斗接收机接收出站信号，当检测到固定的时间标记后，发射入站信号，监测装置收到该入站信号后，根据接收时刻和发射时刻之差求得信号在回路中的总传播时延，进一步得出如下方式：

式中，T_总表示总传播时延；T₁表示监测装置和北斗接收机的信号传播时间延

迟；2D表示天线之间的距离；C表示光速；T₂表示北斗接收机发射应答信号至北斗接收机天线口的时间长度。

根据本发明的一个方面，所述步骤2中的定位校准坐标为大地系下的坐标，经过两次坐标变换转换为站心坐标系下进行计算，转换公式如下：

式中，x、y、z表示大地系坐标；h₀表示平移；z₁表示z坐标减去h₀平移得出；

进一步根据大地系下的坐标经过平移h₀和载机航向角、俯仰角、横滚角三次旋转，得出载机的坐标系；表达方式如下：

式中，x₂、y₂、z₂表示载机航向角坐标；x₃、y₃、z₃表示俯仰角坐标；x₄、y₄、z₄表示横滚角坐标；α_f表示载机航向角；β_f表示俯仰角；γ_f表示横滚角。

根据本发明的一个方面，所述步骤1中倾斜角的计算方式如下：

η＝1000tan(|α|)

式中η表示倾斜量；α表示杆塔整体的倾斜角。

根据本发明的一个方面，所述杆塔沉降倾斜的监测方法，步骤如下：

步骤1、开启杆塔倾斜监测系统；

步骤2、对监测系统的运行状态进行自检评判；

步骤3、通过系统自检判断系统的运行状态，异常则关闭杆塔倾斜监测系统；正常则进行下一步；

步骤4、判断通信电路的运行状态，异常则关闭杆塔倾斜监测系统；正常则进行下一步；

步骤5、采集杆塔沉降倾斜监测信息；

步骤6、判断主节点的命令接收，无命令则返回步骤5、有命令则进行下一步骤；

步骤7、判断网络的运行状态；正常则进行下一步骤，不正常则反馈到步骤2；

步骤8、发送杆塔沉降倾斜监测数据。

有益效果：本发明设计一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统及其监测方法，利用北斗系统和集群通信基站作为通信链路，融合传感器技术进行设计，通过北斗载波相位差分测量与姿态测量，监测输电线路杆塔顺线方向与横向方向的倾斜角度值、沉降量，提高对输电杆塔沉降倾斜严重风险点的预警能力，保障电网运行安全，在通过定时启动，在低功耗状态和采集状态之间进行转换，可以保证长期稳定运行，系统采用太阳能供电的方式，保证了系统在室外环境下能够长久持续运行。系统可实时向监控中心转发实时现场监测数据，以及预警信息，以便远程在线监测系统。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的噪声检测仪控制电路分布图。

附图标记为：太阳能光伏板1、监测装置2。

具体实施方式

在该实施例中，一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，包括：

通过北斗终端，获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据的监测装置；

用于高精度定位校核的北斗基准站；

进行信号传输的公网基站。

在进一步的实施例中，所述监测装置包括太阳能光伏板、微控制器、北斗定位系统、通信电路；所述太阳能光伏板通过控制电路进行能量变换为装置提供电能；所述微控制器和通信电路对外围信号进行电路的校准处理以及信号接入处理；所述北斗定位系统包括北斗天线、北斗接收机，所述北斗天线将卫星发射的电磁波信号接收解调为接收器识别的信号；所述北斗接收机将天线接收的信号进行转换处理，从而解算出位置坐标。

在进一步的实施例中，所述太阳能光伏板1安装在监测装置3两侧，其中，太阳能光伏1与监测装置3铰链连接，从而可以调节采光角度，使其能与阳光充分接触，便于储能；所述监测装置2通过底座固定在输电杆塔上。

在进一步的实施例中，所述公网基站通过无线调制解调器，对移动信号的接收和发送进行处理，在杆塔区域内，多个公网基站和监测系统中的北斗定位系统相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制北斗天线、北斗接收机之间的信号相互传送和接收，达到移动通信信号的传送。

在进一步的实施例中，一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据；

步骤2、校核定位参数。

在进一步的实施例中，所述步骤1通过监测装置和北斗接收机之间的数据信息传递完成信号传播的回路时延，所述监测装置通过发射时间标记的出站信号，所述北斗接收机接收出站信号，当检测到固定的时间标记后，发射入站信号，监测装置收到该入站信号后，根据接收时刻和发射时刻之差求得信号在回路中的总传播时延，进一步得出如下方式：

式中，T_总表示总传播时延；T₁表示监测装置和北斗接收机的信号传播时间延

迟；2D表示天线之间的距离；C表示光速；T₂表示北斗接收机发射应答信号至北斗接收机天线口的时间长度。

在进一步的实施例中，所述步骤2中的定位校准坐标为大地系下的坐标，经过两次坐标变换转换为站心坐标系下进行计算，转换公式如下：

式中，x、y、z表示大地系坐标；h₀表示平移；z₁表示z坐标减去h₀平移得出；

进一步根据大地系下的坐标经过平移h₀和载机航向角、俯仰角、横滚角三次旋转，得出载机的坐标系；表达方式如下：

式中，x₂、y₂、z₂表示载机航向角坐标；x₃、y₃、z₃表示俯仰角坐标；x₄、y₄、z₄表示横滚角坐标；α_f表示载机航向角；β_f表示俯仰角；γ_f表示横滚角。

在进一步的实施例中，所述步骤1中倾斜角的计算方式如下：

η＝1000tan(|α|)

式中η表示倾斜量；α表示杆塔整体的倾斜角。

在进一步的实施例中，所述杆塔沉降倾斜的监测方法，步骤如下：

步骤1、开启杆塔倾斜监测系统；

步骤2、对监测系统的运行状态进行自检评判；

步骤3、通过系统自检判断系统的运行状态，异常则关闭杆塔倾斜监测系统；正常则进行下一步；

步骤4、判断通信电路的运行状态，异常则关闭杆塔倾斜监测系统；正常则进行下一步；

步骤5、采集杆塔沉降倾斜监测信息；

步骤6、判断主节点的命令接收，无命令则返回步骤5、有命令则进行下一步骤；

步骤7、判断网络的运行状态；正常则进行下一步骤，不正常则反馈到步骤2；

步骤8、发送杆塔沉降倾斜监测数据。

总之，本发明具有以下优点：对输电线路杆塔倾斜数据进行远程在线监视，解决人工对输电线路秆塔倾斜数据远程在线监视，解决人工巡检对于远距离危险监控点平时无法经常到达、紧急时刻无法及时到达的难题，实现全天候的远程自动监视，系统采用太阳能供电的方式，保证了系统在室外环境下能够长久持续运行，系统可实时向监控中心转发实时现场监测数据，以及预警信息，以便远程在线监测系统。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，其特征在于包括如下模块：

通过北斗终端，获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据的监测装置；

用于高精度定位校核的北斗基准站；

进行信号传输的公网基站。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，其特征在于，所述监测装置包括太阳能光伏板、微控制器、北斗定位系统、通信电路；所述太阳能光伏板通过控制电路进行能量变换为装置提供电能；所述微控制器和通信电路对外围信号进行电路的校准处理以及信号接入处理；所述北斗定位系统包括北斗天线、北斗接收机，所述北斗天线将卫星发射的电磁波信号接收解调为接收器识别的信号；所述北斗接收机将天线接收的信号进行转换处理，从而解算出位置坐标。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，其特征在于所述太阳能光伏板安装在监测装置两侧，使其能与阳光充分接触，便于储能；所述监测装置通过底座固定在输电杆塔上。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜监测系统，其特征在于，所述公网基站通过无线调制解调器，对移动信号的接收和发送进行处理，在杆塔区域内，多个公网基站和监测系统中的北斗定位系统相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制北斗天线、北斗接收机之间的信号相互传送和接收，达到移动通信信号的传送。

5.一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、获取杆塔水平垂直位移和倾斜角度数据；

步骤2、校核定位参数。

6.根据权利要求5所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于，所述步骤1通过监测装置和北斗接收机之间的数据信息传递完成信号传播的回路时延，所述监测装置通过发射时间标记的出站信号，所述北斗接收机接收出站信号，当检测到固定的时间标记后，发射入站信号，监测装置收到该入站信号后，根据接收时刻和发射时刻之差求得信号在回路中的总传播时延，进一步得出如下方式：

式中，T_总表示总传播时延；T₁表示监测装置和北斗接收机的信号传播时间延

迟；2D表示天线之间的距离；C表示光速；T₂表示北斗接收机发射应答信号至北斗接收机天线口的时间长度。

7.根据权利要求5所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于，所述步骤2根据北斗定位得出杆塔与卫星之间的距离关系，进而校准位置参数，表达方式如下：

式中，R₁表示杆塔与卫星之间的距离；X₁、Y₁、Z₁均表示卫星的位置坐标；x₂、y₂、z₂均表示杆塔的位置坐标；R_r表示卫星到杆塔的真实距离；R_d表示电离层；R_w表示获取计算数据时造成的误差。

8.根据权利要求5所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于，所述步骤2中的定位校准坐标为大地系下的坐标，经过两次坐标变换转换为站心坐标系下进行计算，转换公式如下：

式中，x、y、z表示大地系坐标；h₀表示平移；z₁表示z坐标减去h₀平移得出；

进一步根据大地系下的坐标经过平移h₀和载机航向角、俯仰角、横滚角三次旋转，得出载机的坐标系；表达方式如下：

式中，x₂、y₂、z₂表示载机航向角坐标；x₃、y₃、z₃表示俯仰角坐标；x₄、y₄、z₄表示横滚角坐标；α_f表示载机航向角；β_f表示俯仰角；γ_f表示横滚角。

9.根据权利要求7所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于，所述步骤1中倾斜角的计算方式如下：

η＝1000tan(|α|)

式中η表示倾斜量；α表示杆塔整体的倾斜角。

10.根据权利要求5所述的一种基于北斗定位的杆塔沉降倾斜的监测方法，其特征在于，所述杆塔沉降倾斜的监测方法，步骤如下：

步骤1、开启杆塔倾斜监测系统；

步骤2、对监测系统的运行状态进行自检评判；

步骤3、通过系统自检判断系统的运行状态，异常则关闭杆塔倾斜监测系统；正常则进行下一步；

步骤4、判断通信电路的运行状态，异常则关闭杆塔倾斜监测系统；正常则进行下一步；

步骤5、采集杆塔沉降倾斜监测信息；

步骤6、判断主节点的命令接收，无命令则返回步骤5、有命令则进行下一步骤；

步骤7、判断网络的运行状态；正常则进行下一步骤，不正常则反馈到步骤2；

步骤8、发送杆塔沉降倾斜监测数据。

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