CN113250232B - 架空输电线路杆塔监测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空输电线路杆塔监测方法、装置、设备及存储介质，架空输电线路杆塔监测方法包括：采集设置于架空输电线路的杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，地基光纤埋设于杆塔之间的土壤层内，且地基光纤与杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于杆塔的四个塔脚上；基于地基光信号参数计算杆塔的沉降量。通过对设置于杆塔之间的土壤层内的地基光纤的地基光信号参数进行采集，进而计算获得杆塔的沉降量，其可利用一条光纤同时对一条线上的杆塔的沉降情况进行统一监测，并且通过光纤传感器技术实现，地基光纤收到环境的影响相对较小，可有效的保证对杆塔的监测的稳定进行。

Description

架空输电线路杆塔监测方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及输电线路安全技术，尤其涉及一种架空输电线路杆塔监测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

输电线路既是电网系统极其关键的设施，也是电网安全可靠运行的巨大动脉。超特高压输电线路长数百公里，不可避免会经过复杂地质、地震活跃地带，由于地壳运动的发生、地沉降等因素会引起杆塔地基发生变化，严重影响输电线路运行的安全性。

为确保对杆塔的实际工作情况进行监控通常需要人工定期进行巡检或者是安装视频监测设备，对每个杆塔进行检查和监控。但通过人工定期巡检需要耗费大量的人力；通过安装视频监测设备进行监测，视频监测设备容易受到天气的影响而不能正常工作，并且视频监测设备数量较大时设备维护量大。

发明内容

本发明提供一种架空输电线路杆塔监测方法、装置、设备及存储介质，以实现对架空输电线路的杆塔工作情况的高效稳定监测。

第一方面，本发明实施例提供了一种架空输电线路杆塔监测方法，包括：

采集设置于所述架空输电线路的所述杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，所述地基光纤埋设于所述杆塔之间的土壤层内，且所述地基光纤与所述杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于所述杆塔的四个塔脚上；

基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种架空输电线路杆塔监测装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集设置于所述架空输电线路的所述杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，所述地基光纤埋设于所述杆塔之间的土壤层内，且所述地基光纤与所述杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于所述杆塔的四个塔脚上；

计算模块，用于基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量。

第三方面，本发明实施例还提供了一种架空输电线路杆塔监测设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的架空输电线路杆塔监测方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如第一方面所述的架空输电线路杆塔监测方法。

本实施例的技术方案，通过对设置于杆塔之间的土壤层内的地基光纤的地基光信号参数进行采集，进而计算获得杆塔的沉降量，其可利用一条光纤同时对一条线上的杆塔的沉降情况进行统一监测，并且通过光纤传感器技术实现，地基光纤收到环境的影响相对较小，可有效的保证对杆塔的监测的稳定进行。

附图说明

图1a为本发明实施例一提供的架空输电线路杆塔监测方法的流程图；

图1b为本发明实施例一中所述的架空输电线路的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的架空输电线路杆塔监测装置的结构图；

图3是本发明实施例三中的架空输电线路杆塔监测设备的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供的架空输电线路杆塔监测方法的流程图，图1b为本发明实施例中所述的架空输电线路的结构示意图，本实施例可适用于对输电线路中所使用到的杆塔的工作状态监测情况，该方法可以由架空输电线路杆塔监测装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现，可配置在计算机设备中，例如，电脑、服务器，等等，具体包括如下步骤：

步骤110、采集设置于架空输电线路的杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数。

输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。其中，杆塔是架空线路的主要支撑结构，杆塔用来支持导线和避雷线及其附件，并使导线、避雷线、杆塔之间，以及导线和地面及交叉跨越物或其他建筑物之间保持一定的安全距离，多由钢筋混凝土或钢材构成，根据机械强度和电绝缘强度的要求进行结构设计。

如图1b所示，图中1为地基光纤，2为光纤架空地线，上半部分为正常情况下的示意图，下半部分为倾斜后的示意图。地基光纤埋设于杆塔之间的土壤层内，且地基光纤与杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于杆塔的四个塔脚上，在杆塔的的地线挂点上还设置有光纤架空地线。光纤架空地线(OPGW，Optical Power Grounded Waveguide)又称地线复合光缆,，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它具有2种功能，其一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷击放电提供屏蔽保护；其二是通过复合在地线中的光纤，作为传送光信号的介质，可以传送音频、视频、数据和各种控制信号，组建多路宽带通信网。

在具体实现中，地基光纤可实现光信号的传递，并且可借由分布式光纤传感技术将地基光纤作为传感器使用，从而检测到地基光纤在杆塔处的受力情况，并且由于在本发明实施例中地基光纤绕设在杆塔的塔脚上，当杆塔发生沉降或倾斜时，地基光纤受到的作用力将会产生变化，因此可通过地基光纤的受力情况变化判断出杆塔的沉降和倾斜情况。

在本发明实施例中，对于地基光纤内返回的地基光信号参数采集，可通过设置由光源设备、光环形器，脉冲光调制器、掺铒放大器(EDFA)、带通滤波器、布拉格光栅(FBG)、光电转换器、信号采集系统及信号处理系统组成的监测装置向地基光纤内发送监测光，并采集由地基光纤返回的光信号，即可获得本发明实施例中所需的地基光信号参数，该地基光信号参数可包括布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数。

步骤120、基于地基光信号参数计算杆塔的沉降量。

在前述步骤中获取杆塔在工作过程中地基光纤返回的地基光信号的参数，在此步骤中可基于该参数计算获得绕设在杆塔的塔脚上的地基光纤的应变，进而可确定杆塔的沉降量。其中，地基光纤返回的光信号中主要利用布里渊散射光的参数，布里渊散射光的强度和频移与光纤所受应力和温度有关。通过测量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度就可以得到光纤的温度和应变信息。对于地基光纤的应变则可基于地基光纤返回的地基光信号中的布里渊频率和强度的变化关系确定。

可选的，在步骤120之后还可以包括：

步骤130、采集设置于架空输电线路的杆塔间的光纤架空地线内返回的架空光信号参数。

对于光纤架空地线内返回的架空光信号参数的采集可参考步骤110中地基光纤参数采集的方式，向光纤架空地线的光纤发送检测光信号，并接收由光纤架空地线返回来的散射光信号，并获取散射光信号中对应的参数作为本发明实施例所需的架空光信号参数。

步骤140、基于沉降量和架空光信号参数计算杆塔的倾斜量。

在前述步骤130中对光纤架空地线中返回的架空光信号参数进行采集，在此步骤中可基于前述步骤120中计算的沉降量和步骤130中获取的架空光信号参数计算获得杆塔的倾斜量。其中光纤架空地线返回的光信号中主要利用布里渊散射光的参数，布里渊散射光的强度和频移与光纤所受应力和温度有关。通过测量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度就可以得到光纤的温度和应变信息。对于光纤架空地线的应变则可基于光纤架空地线返回的地基光信号中的布里渊频率和强度的变化关系确定。

可选的，步骤120可包括：

步骤121、基于地基光信号参数计算地基光纤的应变。

在具体实现中，地基光信号参数可包括由地基光纤返回的布里渊散射光的布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数等信息，地基光纤返回的地基光信号参数的变化与其受到的应变关联，其符合以下关系矩阵：

其中，Δv_B光为地基光信号的布里渊峰值频移变化量，ΔI_BA光为地基光信号的反斯托克斯光功率变化量，

为地基光信号的布里渊频移应力，

为地基光信号的频移温度系数，

为地基光信号的布里渊功率应力，

为地基光信号的功率温度系数。

基于前述步骤110中获取的地基光信号参数中的布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数等信息和上述的关系矩阵可计算获得地基光纤的应变。

步骤122、基于应变计算杆塔的沉降量。

在计算获得地基光纤的应变之后，可根据地基光纤的应变与杆塔的沉降量关系计算获得杆塔的沉降量。

具体基于以下公式(2)计算杆塔的沉降量：

其中，h为杆塔的沉降量，a为杆塔的地基边长，ε_光为地基光纤的应变，n为地基光纤在杆塔上的绕设圈数。

在具体实现中，步骤140可包括：

步骤141、基于架空光信号参数计算光纤架空地线的应变。

在具体实现中，架空光信号参数可包括由光纤架空地线返回的布里渊散射光的布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数等信息，光纤架空地线返回的架空光信号参数的变化与其受到的应变关联，其符合以下关系矩阵：

其中，Δv_B架为架空光信号的布里渊峰值频移变化量，ΔI_BA架为架空光信号的反斯托克斯光功率变化量，

为架空光信号的布里渊频移应力，

为架空光信号的频移温度系数，

为架空光信号的布里渊功率应力，

为架空光信号的功率温度系数。

基于前述步骤130中获取的架空光信号参数中的布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数等信息和上述的关系矩阵可计算获得光纤架空地线的应变。

步骤142、基于沉降量和应变计算杆塔的倾斜量。

在计算获得光纤架空地线的应变之后，可基于以下公式(4)计算杆塔的倾斜量：

其中，θ为杆塔的倾斜量，S为杆塔的高度，h为杆塔的沉降量，ε₀为光纤架空地线的应变，L为相邻两个杆塔之间的光纤架空地线的长度。

本实施例的技术方案，通过对设置于杆塔之间的土壤层内的地基光纤的地基光信号参数进行采集，进而计算获得杆塔的沉降量，其可利用一条光纤同时对一条线上的杆塔的沉降情况进行统一监测，并且通过光纤传感器技术实现，地基光纤收到环境的影响相对较小，可有效的保证对杆塔的监测的稳定进行。此外，通过采集杆塔上设置的光纤架空地线返回的架空光信号参数结合沉降量计算杆塔的倾斜量，可进一步的提高对杆塔的沉降和倾斜监测的准确性。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种架空输电线路杆塔监测装置的结构图。

该装置包括：采集模块21、计算模块22。其中：

采集模块21，用于采集设置于架空输电线路的杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，地基光纤埋设于杆塔之间的土壤层内，且地基光纤与杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于杆塔的四个塔脚上；

计算模块22，用于基于地基光信号参数计算杆塔的沉降量。

还包括：

架空光信号参数采集模块，用于采集设置于架空输电线路的杆塔间的光纤架空地线内返回的架空光信号参数；

倾斜量计算模块，用于基于所述沉降量和所述架空光信号参数计算所述杆塔的倾斜量。

计算模块22包括：

地基应变计算单元，用于基于地基光信号参数计算地基光纤的应变；

沉降计算单元，用于基于应变计算杆塔的沉降量。

地基光信号参数包括地基光纤内返回的地基光信号的布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数；

地基应变计算单元包括：

地基应变计算子单元，用于基于以下公式计算地基光纤的应变：

其中，Δv_B光为地基光信号的布里渊峰值频移变化量，ΔI_BA光为地基光信号的反斯托克斯光功率变化量，

为地基光信号的布里渊频移应力，

为地基光信号的频移温度系数，

为地基光信号的布里渊功率应力，

为地基光信号的功率温度系数。

沉降计算单元包括：

沉降计算子单元，用于基于以下公式计算杆塔的沉降量：

其中，h为杆塔的沉降量，a为杆塔的地基边长，ε_光为地基光纤的应变，n为地基光纤在杆塔上的绕设圈数。

倾斜量计算模块包括：

地线应变计算单元，用于基于架空光信号参数计算光纤架空地线的应变；

倾斜计算单元，用于基于沉降量和应变计算杆塔的倾斜量。

倾斜计算单元包括：

倾斜计算子单元，用于基于以下公式计算杆塔的倾斜量：

其中，θ为杆塔的倾斜量，S为杆塔的高度，h为杆塔的沉降量，ε₀为光纤架空地线的应变，L为相邻两个杆塔之间的光纤架空地线的长度。

本实施例提供的一种架空输电线路杆塔监测装置可用于执行上述实施例一、实施例二提供的一种架空输电线路杆塔监测方法，具有相应的功能和有益效果。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种电子设备的结构示意图。如图3所示，该电子设备包括处理器30、存储器31、通信模块32、输入装置33和输出装置34；电子设备中处理器30的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器30为例；电子设备中的处理器30、存储器31、通信模块32、输入装置33和输出装置34可以通过总线或其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

存储器31作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本实施例中的一种架空输电线路杆塔监测方法对应的模块(例如，一种架空输电线路杆塔监测装置的采集模块21、计算模块22)。处理器30通过运行存储在存储器31中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的一种架空输电线路杆塔监测方法。

存储器31可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器31可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器31可进一步包括相对于处理器30远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

通信模块32，用于与显示屏建立连接，并实现与显示屏的数据交互。输入装置33可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

本实施例提供的一种电子设备，可执行本发明任一实施例提供的架空输电线路杆塔监测方法，具体相应的功能和有益效果。

实施例四

本发明实施例四还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种架空输电线路杆塔监测方法，该方法包括：

采集设置于架空输电线路的杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，地基光纤埋设于杆塔之间的土壤层内，且地基光纤与杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于杆塔的四个塔脚上；

基于地基光信号参数计算杆塔的沉降量。

当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任一实施例所提供的一种架空输电线路杆塔监测方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络电子设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述架空输电线路杆塔监测装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种架空输电线路杆塔监测方法，其特征在于，包括：

采集设置于所述架空输电线路的所述杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，所述地基光纤埋设于所述杆塔之间的土壤层内，且所述地基光纤与所述杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于所述杆塔的四个塔脚上；

基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量；

其中，所述基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量，包括：

基于所述地基光信号参数计算所述地基光纤的应变；

基于所述应变计算所述杆塔的沉降量；

其中，所述基于所述应变计算所述杆塔的沉降量，包括：

基于以下公式计算所述杆塔的沉降量：

其中，h为所述杆塔的沉降量，a为所述杆塔的地基边长，ε_光为所述地基光纤的应变，n为所述地基光纤在所述杆塔上的绕设圈数。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路杆塔监测方法，其特征在于，所述基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量之后，还包括：

采集设置于架空输电线路的杆塔间的光纤架空地线内返回的架空光信号参数；

基于所述沉降量和所述架空光信号参数计算所述杆塔的倾斜量。

3.根据权利要求1所述的架空输电线路杆塔监测方法，其特征在于，所述地基光信号参数包括所述地基光纤内返回的地基光信号的布里渊峰值频移变化量、反斯托克斯光功率变化量、布里渊频移应力、频移温度系数、布里渊功率应力和功率温度系数；

所述基于所述地基光信号参数计算所述地基光纤的应变，包括：

基于以下公式计算所述地基光纤的应变：

其中，Δv_B光为所述地基光信号的布里渊峰值频移变化量，ΔI_BA光为所述地基光信号的反斯托克斯光功率变化量，所述

为所述地基光信号的布里渊频移应力，

为所述地基光信号的频移温度系数，

为所述地基光信号的布里渊功率应力，

为所述地基光信号的功率温度系数。

4.根据权利要求2所述的架空输电线路杆塔监测方法，其特征在于，所述基于所述沉降量和所述架空光信号参数计算所述杆塔的倾斜量，包括：

基于所述架空光信号参数计算所述光纤架空地线的应变；

基于所述沉降量和所述应变计算所述杆塔的倾斜量。

5.一种架空输电线路杆塔监测装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集设置于所述架空输电线路的所述杆塔间的地基光纤内返回的地基光信号参数，所述地基光纤埋设于所述杆塔之间的土壤层内，且所述地基光纤与所述杆塔对应的部分穿出土壤层依次绕设于所述杆塔的四个塔脚上；

计算模块，用于基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量；

其中，所述基于所述地基光信号参数计算所述杆塔的沉降量，包括：

基于所述地基光信号参数计算所述地基光纤的应变；

基于所述应变计算所述杆塔的沉降量；

其中，所述基于所述应变计算所述杆塔的沉降量，包括：

基于以下公式计算所述杆塔的沉降量：

其中，h为所述杆塔的沉降量，a为所述杆塔的地基边长，ε_光为所述地基光纤的应变，n为所述地基光纤在所述杆塔上的绕设圈数。

6.一种架空输电线路杆塔监测设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4中任一所述的架空输电线路杆塔监测方法。

7.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-4中任一所述的架空输电线路杆塔监测方法。

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