CN112987056A - 一种电力杆塔及塔基稳定监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力杆塔及塔基稳定监测方法及系统，包括在铁塔上布置监测天线，采集实时数据；通过加密通信网络传输原始数据与所述实时数据流至卫星；卫星对所述实时数据进行形变静态观测，与所述原始数据进行对比，发现数据流变形，对超出阈值的变形进行故障预警。可以实现远程以及恶劣天气条件下采集数据；利用卫星系统进行定位时，对测量点的通视情况不作要求，只要观测信号接收良好即可，因此定位网在选点时更加灵活、方便；全天候作业，不受气候条件影响，真正实现不间断持续测量；数据可观可靠，杜绝人为失误与误差；每天可进行24小时连续监测；连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。

Description

一种电力杆塔及塔基稳定监测方法及系统

技术领域

本发明涉及电力塔监测的技术领域，尤其涉及一种电力杆塔及塔基稳定监测方法及系统。

背景技术

输电塔作为重要的电力能源输送设施，其安全性直接关系到电网供电的可靠性,高压输电塔，特别是大跨越输电塔，具有塔体高、跨距远、柔度大等特点,对地震、强风及导线覆冰等环境载荷反应强烈，经过长时间的运营和使用后，塔基会受到周边地质条件的影响，塔体某些部位会出现一定程度的振动疲劳损伤,在遭遇泥石流、台风、冰雪等恶劣天气时,容易发生极端条件下的动态倒塌破坏。

输电线路走廊地质、气象环境复杂，近年来由于线路杆塔倾斜倒塌引起的电力事故也偶有发生，影响很大。其发展引起杆塔倾斜的原因主要有以下几方面:(1)长期定向风舞引起杆塔受力不均；(2)自然地质灾害；(3)杆塔周围建筑施工；(4)杆塔本体异常、导线断裂；(5)导线、地线覆冰；(6)拉线、塔材被盗；(7)采煤、采矿区地陷、滑移等，杆塔倾斜一般缓慢发展，绝大多数事故是可提前预防的。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有电力塔监测存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：塔杆多位于深山远郊，人工管理成本高，现有监测系统精确度较低，无法实现线路输送的保护。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种电力杆塔及塔基稳定监测方法，用于卫星上，所述方法包括：

接收铁塔的实时数据；

对所述实时数据进行形变静态观测，与铁塔的原始数据进行对比，当发现数据流变形时，则对超出阈值的变形进行故障预警。

作为所述电力杆塔及塔基稳定监测方法的一种优选，所述实时数据通过铁塔上所布置的监测天线所采集获得，包括塔基位置坐标、塔顶位置坐标、天气以及周边状况。

作为所述电力杆塔及塔基稳定监测方法的一种优选，所述形变静态观测包括：

将所述塔基位置坐标设置为(x₁，y₁，z₁)，塔顶位置坐标设置为(x₂，y₂，z₂)，由于所述塔基和塔顶能连成一条直线，则将塔顶位置转换为(x₂，y₂，z₁)，则其倾斜角度为：

其中：θ为塔杆绝对倾斜角度，以所述塔基为起点，塔杆相同方向位置随机在地面选取一点A，用上述方法计算地面倾斜度δ，则计算塔杆的相对倾斜角度为：

γ＝90-|θ-δ|

其中：γ为相对倾斜度。

作为所述电力杆塔及塔基稳定监测方法的一种优选，所述发现数据流变形包括：

对塔杆倾斜角度进行持续观测，记录一段时间内所述倾斜角度的变化情况，若在设定时间内倾斜角度不停大幅度发生变化，其幅度范围超出设定角度值，则直接发出预警。

作为所述电力杆塔及塔基稳定监测方法的一种优选，所述对超出阈值的变形进行故障预警包括，

将塔杆倾斜度与原始数据进行对比，若二者相差超出阈值，则发出预警，进行处理。

作为所述电力杆塔及塔基稳定监测方法的一种优选，所述形变静态观测还包括，

卫星进行观测时，对观测量进行求差，消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，消去整周模糊度参数。

第二方面，本发明实施例提供了一种电力杆塔及塔基稳定监测系统，包括：

监测天线，设置于电力塔塔端以及塔基处，实时采集铁塔的实时数据；

传输通道，连接于所述监测天线，接收所述监测天线的实时数据，将所述实时数据进行加密传输；

卫星，与所述传输通道相连接，对所述实时数据进行形变静态观测，与铁塔的原始数据进行对比，当发现数据流变形时，则对超出阈值的变形进行故障预警，并将结果传输至所述传输通道；

预警模块，接收所述传输通道的预警信息，发出预警。

作为所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统的一种优选，所述传输通道包括：

加密单元，连接于所述监测天线，对实时数据进行加密处理，形成密文文件；

信息通道，传输所述加密单元形成的密文文件；

解密单元，接收所述信息通道传输的密文文件，进行解密，并将解密后的信息传输至所述卫星。

作为所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统的一种优选，所述卫星包括：

历史数据库，用于存储塔杆的历史数据；

计算单元，接收所述解密单元解密后的实时数据，计算所述塔杆的相对倾斜度，与原始数据进行比较；

预警判断单元，连接所述解密单元和计算单元，若所述实时数据短时间变化幅度超过设定值，则直接发出预警信号，若所述计算单元的对比结果超出阈值，则发出预警信号。

作为所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统的一种优选，所述形变静态观测包括：

将所述塔基位置坐标设置为(x₁，y₁，z₁)，塔顶位置坐标设置为(x₂，y₂，z₂)，由于所述塔基和塔顶能连成一条直线，则将塔顶位置转换为(x₂，y₂，z₁)，则其倾斜角度为：

其中：θ为塔杆绝对倾斜角度，以所述塔基为起点，塔杆相同方向位置随机在地面选取一点A，用上述方法计算地面倾斜度δ，则计算塔杆的相对倾斜角度为：

γ＝90-|θ-δ|

其中：γ为相对倾斜度。

本发明的有益效果：可以实现远程以及恶劣天气条件下采集数据；利用卫星系统进行定位时，对测量点的通视情况不作要求，只要观测信号接收良好即可，因此定位网在选点时更加灵活、方便；全天候作业，不受气候条件影响，真正实现不间断持续测量；数据可观可靠，杜绝人为失误与误差；每天可进行24小时连续监测；连续监测能快速检测到临界变化，能在事态恶化之前采取处理措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

其中：

图1为本发明第一个实施例所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法的形变故障情况分布图；

图3为本发明第二个实施例所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种电力杆塔及塔基稳定监测方法，包括：

S1：在铁塔上布置监测天线，采集实时数据。其中需要说明的是，

在铁塔塔顶、塔基设置位置传感器记录位置变化信息，并且在塔顶上设置传感装置，接收附近的天气、自然灾害等外部因素数据，其中实时数据包括，塔基位置坐标、塔顶位置坐标、天气以及周边状况。

S2：通过加密通信网络传输原始数据与实时数据流至卫星。其中需要说明的是，

加密通信网络包括，使用链路加密方式，在天线传输数据之前进行数据加密，并且在卫星接收后进行解密，在数据传输过程中均以密文的形式进行传输。

S3：卫星对实时数据进行形变静态观测，与原始数据进行对比，发现数据流变形，对超出阈值的变形进行故障预警。其中需要说明的是，

形变静态观测包括，将塔基位置坐标设置为(x₁，y₁，z₁)，塔顶位置坐标设置为(x₂，y₂，z₂)，由于塔基和塔顶可连成一条直线，则将塔顶位置转换为(x₂，y₂，z₁)，则其倾斜角度为：

其中：θ为塔杆绝对倾斜角度，以塔基为起点，塔杆相同方向位置随机在地面选取一点A，用上述方法计算地面倾斜度δ，则计算塔杆的相对倾斜角度为：

γ＝90-|θ-δ|

其中：γ为相对倾斜度。

进一步的是，发现数据流变形包括，对塔杆倾斜度进行持续观测，记录一段时间内倾斜度的变化情况，若短时间内倾斜度不停大幅度发生变化，其幅度范围超出5°，则直接发出预警，若其变化范围不大，则将倾斜度与原始数据进行对比，若二者相差超出阈值5°，则发出预警，进行针对性处理；其中针对设定的阈值，若天气恶劣或者有自然灾害，例如导线、地线覆冰、采煤、采矿区地陷、杆塔周围建筑施工等情况，可以适当减少阈值，进一步保障塔杆的安全性。

更进一步的是，形变静态观测还包括，卫星进行观测时，对观测量进行求差，消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，消去整周模糊度参数，提高定位精准度；对观测量进行求差即用两台接收器进行同步观测，取其观测量之差进行分析计算，已保障所得结果消除大气状况引起的各种误差。

本发明的卫星选用北斗卫星进行监测，其可对厘米级甚至毫米级进行精准接收，另一方面，塔杆分布广泛，输电距离远且跨度较大，多位于深山远郊，并且多为重要线路，依靠人工进行塔杆的监测管理，一方面无法保障工作人员的人身安全，另一方面消耗的时间过多，因此利用卫星天线进行观测可以很好地解放人力；在进行判断时，测算塔杆与地面的相对倾斜角，使得测算结果更加贴近实际情况，预防因地面塌陷等地面出现问题而无法对塔杆进行准确判断的情况，在进行倾斜度阈值判定时，还会根据天气等情况，进行修改，进一步保障杆塔安全；利用卫星进行测算时，可以对测算结果进行观测量求差处理，两个卫星同时接受天线信息，通过对观测量求差，消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，消去整周模糊度参数等，进一步提高精度。

统计历史两年中发生故障塔杆的数量以及形变程度，将其以图表的形式进行表述，其图像参照图2所示，可以看出当塔杆形变的倾斜角在5°以上时，发生故障的数量有明显的上升，在5°以下时故障发生概率较小。

为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例中选择传统输电线路塔杆监测方法进行测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果，其中传统塔杆监测系统将监控分机安装于塔杆上，通过测量塔杆前后左右方向的加速度，监测塔杆的形变，其通信方式为3G网络，此方法无法根据环境的实时变化情况进行分析，并且数据安全无法保障。

为验证本发明的有益效果，搭建一个塔杆变形的模拟平台进行实验模拟，其平台选用PMA仿真模拟器，在模拟器中搭建10个塔杆结构，并且以山地形式进行塔杆位置放置，在实验时，可对地形、温度等因素进行变化处理，针对5种不同情况，对两种方法进行实验，分别为：低温、地面塌陷、建筑施工、大风以及无特殊环境，分别对这5种环境进行100组测试，并且在测试环境中随机选取25组发生塔杆变形故障情况，分别测试两种方法预警次数、准确率以及预警发出至故障发生时间，其结果如下表1所示：

表1：塔杆实验对比结果。

可以看出本发明方法在低温、建筑施工情况下本申请的预警次数以及准确率要明显高于使用传统方法，并且本发明在故障发生前发出预警时间要明显多以传统方法的预警，给了工作人员更多反应时间，处理故障发生情况。

实施例2

参照图3，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种电力杆塔及塔基稳定监测系统，包括：监测天线100、传输通道200、卫星300以及预警模块400。

其中监测天线100设置于电力塔塔端以及塔基处，实时采集位置坐标以及周边环境状况；传输通道200连接于监测天线100，接收监测天线100的实时信息，将实时信息进行加密传输；卫星300与传输通道200相连接，对所述实时数据进行形变静态观测，与铁塔的原始数据进行对比，当发现数据流变形时，则对超出阈值的变形进行故障预警，并将结果传输至传输通道200；预警模块400接收传输通道200的预警信息，向工作人员发出预警。具体地，该形变静态观测包括，将塔基位置坐标设置为(x₁，y₁，z₁)，塔顶位置坐标设置为(x₂，y₂，z₂)，由于塔基和塔顶可连成一条直线，则将塔顶位置转换为(x₂，y₂，z₁)，则其倾斜角度为：

其中：θ为塔杆绝对倾斜角度，以塔基为起点，塔杆相同方向位置随机在地面选取一点A，用上述方法计算地面倾斜度δ，则计算塔杆的相对倾斜角度为：

γ＝90-|θ-δ|

其中：γ为相对倾斜度。

进一步的是，传输通道200包括，加密单元201连接于监测天线100，对实时数据进行加密处理，形成密文文件；信息通道202传输加密单元201形成的密文文件；解密单元203接收信息通道202传输的密文文件，进行解密，并将解密后的信息传输至卫星300。

卫星300包括，历史数据库301用于存储塔杆的历史数据；计算单元302接收解密单元203解密后的实时数据，计算塔杆的相对倾斜度，与原始数据进行比较；预警判断单元303连接解密单元203和计算单元302，若实时数据短时间变化幅度超过5°，则直接发出预警信号，若计算单元302的对比结果超出阈值，则发出预警信号。

监测天线100利用传感器进行数据采集，其传感器包括但不限于位置传感器、温度传感器、震动传感器等，采集塔杆以及塔杆周边数据；预警判断单元进行预警的形式包括短信息、E-MAIL或者声响预警，保障工作人员能够随时接收预警信息。

不难理解的是，本实施例中所提供的系统，其涉及监测天线100、传输通道200、卫星300以及预警模块400，例如可以是运行在计算机可读程序，通过提高各模块的程序数据接口实现。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文步骤的指令或程序时，本文的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电力杆塔及塔基稳定监测方法，其特征在于，用于卫星上，所述方法包括：

接收铁塔的实时数据；

对所述实时数据进行形变静态观测，与铁塔的原始数据进行对比，当发现数据流变形时，则对超出阈值的变形进行故障预警。

2.如权利要求1所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法，其特征在于，所述实时数据通过铁塔上所布置的监测天线所采集获得，包括塔基位置坐标、塔顶位置坐标、天气以及周边状况。

3.如权利要求2所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法，其特征在于，所述形变静态观测包括：

将所述塔基位置坐标设置为(x₁，y₁，z₁)，塔顶位置坐标设置为(x₂，y₂，z₂)，由于所述塔基和塔顶能连成一条直线，则将塔顶位置转换为(x₂，y₂，z₁)，则其倾斜角度为：

其中：θ为塔杆绝对倾斜角度，以所述塔基为起点，塔杆相同方向位置随机在地面选取一点A，用上述方法计算地面倾斜度δ，则计算塔杆的相对倾斜角度为：

γ＝90-|θ-δ|

其中：γ为相对倾斜度。

4.如权利要求3所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法，其特征在于，所述发现数据流变形包括：

对塔杆倾斜角度进行持续观测，记录一段时间内所述倾斜角度的变化情况，若在设定时间内倾斜角度不停大幅度发生变化，其幅度范围超出设定角度值，则直接发出预警。

5.如权利要求3或4所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法，其特征在于，所述对超出阈值的变形进行故障预警包括，

将塔杆倾斜度与原始数据进行对比，若二者相差超出阈值，则发出预警，进行处理。

6.如权利要求3所述的电力杆塔及塔基稳定监测方法，其特征在于：所述形变静态观测还包括，

卫星进行观测时，对观测量进行求差，消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，消去整周模糊度参数。

7.一种电力杆塔及塔基稳定监测系统，其特征在于，包括：

监测天线(100)，设置于电力塔塔端以及塔基处，实时采集铁塔的实时数据；

传输通道(200)，连接于所述监测天线(100)，接收所述监测天线(100)的实时数据，将所述实时数据进行加密传输；

卫星(300)，与所述传输通道(200)相连接，对所述实时数据进行形变静态观测，与铁塔的原始数据进行对比，当发现数据流变形时，则对超出阈值的变形进行故障预警，并将结果传输至所述传输通道(200)；

预警模块(400)，接收所述传输通道(200)的预警信息，发出预警。

8.如权利要求7所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统，其特征在于，所述传输通道(200)包括：

加密单元(201)，连接于所述监测天线(100)，对实时数据进行加密处理，形成密文文件；

信息通道(202)，传输所述加密单元(201)形成的密文文件；

解密单元(203)，接收所述信息通道(202)传输的密文文件，进行解密，并将解密后的信息传输至所述卫星(300)。

9.如权利要求7或8所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统，其特征在于，所述卫星(300)包括：

历史数据库(301)，用于存储塔杆的历史数据；

计算单元(302)，接收所述解密单元(203)解密后的实时数据，计算所述塔杆的相对倾斜度，与原始数据进行比较；

预警判断单元(303)，连接所述解密单元(203)和计算单元(302)，若所述实时数据短时间变化幅度超过设定值，则直接发出预警信号，若所述计算单元(302)的对比结果超出阈值，则发出预警信号。

10.如权利要求7所述的电力杆塔及塔基稳定监测系统，其特征在于，，所述形变静态观测包括：

将所述塔基位置坐标设置为(x₁，y₁，z₁)，塔顶位置坐标设置为(x₂，y₂，z₂)，由于所述塔基和塔顶能连成一条直线，则将塔顶位置转换为(x₂，y₂，z₁)，则其倾斜角度为：

其中：θ为塔杆绝对倾斜角度，以所述塔基为起点，塔杆相同方向位置随机在地面选取一点A，用上述方法计算地面倾斜度δ，则计算塔杆的相对倾斜角度为：

γ＝90-|θ-δ|

其中：γ为相对倾斜度。

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