发明内容
有鉴于此,本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种基于卫星定位的电力塔安全监测方法及系统,以解决电力塔的全天候全天时连续监测问题。
基于上述目的,本说明书一个或多个实施例提供了一种基于卫星定位的电力塔安全监测方法,包括:
获取卫星定位信号;
根据所述卫星定位信号,确定相邻两电力塔的位置信息;
根据所述相邻两电力塔的位置信息,确定所述相邻两电力塔之间的基线向量;
根据所述基线向量,确定平面长度参数和空间长度参数;
根据所述平面长度参数和空间长度参数,分别确定平面监测参数和空间监测参数;
当所述平面监测参数达到平面预警值,和/或所述空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息。
可选的,确定相邻两电力塔的位置信息,包括:
对于当前监测历元,利用预设的单历元基线解算双差定位模型,基于FARSE算法确定双差整周模糊参数,利用最小二乘参数估计器基线解算和自由网网平差,确定相邻两电力塔的位置信息。
可选的,确定相邻两电力塔的位置信息,包括:
从第一监测历元到第二监测历元的历元区间,利用预设的多历元基线解算双差定位模型,基于LAMBDA算法确定双差整周模糊参数,利用最小二乘参数估计器基线解算和自由网网平差,确定相邻两电力塔的位置信息。
可选的,所述基线向量包括北向分量、东向分量和天顶向分量;
根据所述基线向量,确定平面长度参数和空间长度参数,包括:
根据所述北向分量和东向分量,确定所述平面长度参数;
根据所述北向分量、东向分量和天顶向分量,确定所述空间长度参数。
可选的,针对所述单历元基线解算双差定位模型解算获得的位置信息,根据所述平面长度参数,确定所述平面监测参数ΔPn,表示为:
根据所述空间长度参数,确定所述空间监测参数ΔLn,表示为:
其中,Pi为监测历元i的平面长度参数,Pn为监测历元n的平面长度参数,Li为监测历元i的空间长度参数,Ln为监测历元n的空间长度参数;
针对所述多历元基线解算双差定位模型解算获得的位置信息,根据平面长度参数,确定平面监测参数ΔPn,表示为:
根据空间长度参数,确定空间监测参数ΔLn,表示为:
其中,为监测历元n-i的平面长度参数,/>为监测历元k+1到n的平面长度参数,/>为监测历元n-i的空间长度参数,/>为监测历元k+1到n的空间长度参数。
可选的,所述平面预警值为监测历元n的B级平面预警值ΔPn 限值B,表示为:
所述空间预警值为B级空间预警值ΔLn 限值B,表示为:
其中,m为预警系数,m=2~3;a为用于采集所述卫星定位信号的接收机的标准精度的固定误差,b为所述接收机的标准精度的比例误差,Nn为所述北向分量,En为所述东向分量,Un为所述天顶向分量。
可选的,当所述平面监测参数达到平面预警值,和/或所述空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息,包括:
若ΔPn<ΔPn 限值B且ΔLn>ΔLn 限值B,输出注意邻塔沉降的提示信息;
若ΔPn>ΔPn 限值B且ΔLn>ΔLn 限值B,输出注意邻塔倾斜的提示信息。
可选的,所述平面预警值为监测历元n的A级平面预警值ΔPn 限值A,表示为:
所述空间预警值为监测历元n的A级空间预警值ΔLn 限值A,表示为:
其中,s为倾斜预警系数,s=1~4;h1、h2分别为相邻两电力塔的高度,l为相邻两电力塔之间的电力输电线的实际长度,e为电力输电线悬空系数,Nn为所述北向分量,En为所述东向分量,Un为所述天顶向分量。
可选的,当所述平面监测参数达到平面预警值,和/或所述空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息,包括:
若ΔPn<ΔPn 限值A且ΔLn>ΔLn 限值A,输出邻塔沉降的告警信息;
若ΔPn>ΔPn 限值A且ΔLn>ΔLn 限值A,输出邻塔倾斜的告警信息。
本说明书还提供一种基于卫星定位的电力塔安全监测系统,包括:
安装于基准站的第一卫星信号接收单元;
安装于相邻两电力塔的第二卫星信号接收单元、第三卫星信号接收单元;
服务器,用于接收第一、第二、第三卫星信号接收单元接收的三路卫星定位信号;根据所述三路卫星定位信号,确定所述相邻两电力塔的位置信息;根据所述相邻两电力塔的位置信息,确定所述相邻两电力塔之间的基线向量;根据所述基线向量,确定平面长度参数和空间长度参数;根据所述平面长度参数和空间长度参数,分别确定平面监测参数和空间监测参数;当所述平面监测参数达到平面预警值,和/或所述空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息。
从上面所述可以看出,本说明书一个或多个实施例提供的一种基于卫星定位的电力塔安全监测方法及系统,通过获取卫星定位信号;根据卫星定位信号,确定相邻两电力塔的位置信息;根据相邻两电力塔的位置信息,确定相邻两电力塔之间的基线向量;根据基线向量,确定平面长度参数和空间长度参数;根据平面长度参数和空间长度参数,分别确定平面监测参数和空间监测参数;当平面监测参数达到平面预警值,和/或空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息。本说明书的方法能够实现电力塔的全天候全天时连续安全监测,监测结果合理准确,符合实际应用场景。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本公开进一步详细说明。
需要说明的是,除非另外定义,本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术所述,目前的电力塔巡检方式一般由技术人员利用专用的检测工具进行周期性检测,效率低下、工作周期长,检测精度低。利用全球卫星导航系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS),通过搭建基准站和电力塔上的监测站,能够实现单电力塔的位置信息测量,基于单电力塔的位置信息判断单电力塔是否存在安全问题,而无法对多个电力塔进行安全监测。
有鉴于此,本说明书实施例提供一种基于卫星定位的电力塔安全监测方法,沿着输电线路走向,通过确定两两相邻的电力塔的位置信息,建立基线向量,基于相邻两电力塔的形成的基线向量实现电力塔的安全监测,考虑电力塔的实际应用场景,实现电力塔的自动化安全监测,提高监测效率和准确性。
如图1所示,本说明书一个或多个实施例提供一种基于卫星定位的电力塔安全监测方法,包括:
S101:获取卫星定位信号;
S102:根据卫星定位信号,确定相邻两电力塔的位置信息;
本实施例中,全球卫星导航系统包括北斗卫星导航系统(BeiDou NavigationSatellite System,BDS),利用北斗卫星导航系统检测电力塔的卫星定位信号。结合图2所示,对于每个电力塔,在电力塔上的监测位置设置信号接收机构成监测站,在地面空旷的位置设置信号接收机构成基准站,监测站和基准站接收北斗卫星导航系统发送的卫星定位信号,根据卫星定位信号,利用预设的BDS载波相位观测单历元定位模型,确定出电力塔的位置信息(包括三维坐标及其精度信息等)。其中,利用北斗卫星导航系统进行定位以获得电力塔的位置信息的具体方法属于本领域的已有技术,本说明书不进行详细说明列举。
S103:根据相邻两电力塔的位置信息,确定相邻两电力塔之间的基线向量;
本实施例中,在确定相邻两电力塔的位置信息之后,根据两电力塔的位置信息利用基线解算模型解算出两电力塔之间的基线向量,该基线向量包括北向分量、东向分量和天顶向分量。
S104:根据基线向量,确定平面长度参数和空间长度参数;
本实施例中,解算出相邻两电力塔的基线向量之后,根据北向分量和东向分量,确定平面长度参数;根据北向分量、东向分量和天顶向分量,确定空间长度参数。
S105:根据平面长度参数和空间长度参数,分别确定平面监测参数和空间监测参数;
本实施例中,在确定出相邻两电力塔的平面长度参数之后,确定相邻两电力塔的平面监测参数,确定出相邻两电力塔的空间长度参数之后,确定相邻两电力塔的空间监测参数,平面监测参数和空间监测参数能够表征相邻两电力塔的相对位置变化量,进而反映沿着输电线路电力塔的安全情况。
S106:当平面监测参数达到平面预警值,和/或空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息。
本实施例中,在确定相邻两电力塔的相对位置变化量之后,将相对位置变化量与设定的预警值进行比较,如果相对位置变化量达到了预警值,判断两电力塔的位置变化较大,可能存在安全问题,及时输出预警信息。监测过程中,将获得的平面监测参数与设定的平面预警值进行比较,将空间监测参数与设定的空间预警值进行比较,若其中的一个或两个都达到了相应预警值,发出预警信息。
一些实施例中,确定相邻两电力塔的位置信息,包括:
对于当前监测历元n,利用预设的单历元基线解算双差定位模型,基于FARSE算法确定双差整周模糊参数,利用最小二乘参数估计器解算和自由网网平差,确定相邻两电力塔的位置信息。
基于单历元基线解算双差定位模型解算和自由网平差,确定相邻电力塔的位置信息,根据相邻电力塔的位置信息计算出相邻电力塔之间的基线向量,根据北向分量和东向分量,确定平面长度参数,表示为:
根据北向分量、东向分量和天顶向分量,确定空间长度参数,表示为:
其中,Pn为监测历元n的平面长度参数,Ln为监测历元n的空间长度参数,Nn为北向分量,En为东向分量,Un为天顶向分量。
另一些实施例中,确定相邻两电力塔之间的位置信息,包括:
从第一监测历元k+1到第二监测历元n的历元区间n-k,利用预设的多历元基线解算双差定位模型,基于LAMBDA算法确定双差整周模糊参数,利用最小二乘参数估计器基线解算和自由网网平差,确定相邻两电力塔的位置信息。
基于多历元基线解算双差定位模型解算和自由网平差,确定出相邻电力塔的位置信息,根据相邻两电力塔的位置信息,计算出相邻两电力塔之间的基线向量,根据北向分量和东向分量,确定平面长度参数,表示为:
根据北向分量、东向分量和天顶向分量,确定空间长度参数,表示为:
其中,为监测历元k+1到n的平面长度参数,/>为监测历元k+1到n的空间长度参数,/>为监测历元k+1到n的北向分量,/>为监测历元k+1到n的东向分量,为监测历元k+1到n的天顶向分量。
本实施例中,对于相邻两电力塔的位置信息,可利用不同的定位模型进行解算和自由网平差获得,相较于通过基准站和监测站的卫星定位信号,解算出单电力塔的位置信息,本实施例基于基准站和相邻两监测站所在电力塔构成的三角形位置关系,利用基准站和相邻两监测站的卫星定位信号,解算和自由网平差得到相邻两电力塔的位置信息,能够提高测量获得的相邻两电力塔的位置信息的准确性。
一些方式中,单历元基线解算双差定位模型、多历元基线解算双差定位模型可基于现有的模型实现,FARSE算法和LAMBDA算法均属于已有的双差整周模糊参数计算方法,本实施例不再对位置信息的定位解算模型、原理和方法进行详细说明。
一些实施例中,基于单历元基线解算双差定位模型解算获得的位置信息,计算相邻两电力塔的基线向量,根据平面长度参数,确定平面监测参数ΔPn,表示为:
根据空间长度参数,确定空间监测参数ΔLn,表示为:
其中,Pi为监测历元i的平面长度参数,Pn为监测历元n的平面长度参数,Li为监测历元i的空间长度参数,Ln为监测历元n的空间长度参数。
一些实施例中,基于多历元基线解算双差定位模型解算获得的位置信息,计算相邻两电力塔的基线向量,根据平面长度参数,确定平面监测参数ΔPn,表示为:
根据空间长度参数,确定空间监测参数ΔLn,表示为:
其中,为监测历元n-i的平面长度参数,/>为监测历元k+1到n的平面长度参数,/>为监测历元n-i的空间长度参数,/>为监测历元k+1到n的空间长度参数。
本实施例中,平面监测参数和空间监测参数能够表征相邻两电力塔的相对位置变化量,通过监测相对位置变化量的大小,判定相邻电力塔的相对位置是否在合理的变化范围之内。相较于单电力塔的监测方法,当单电力塔的位置变化超过合理范围时,认为该电力塔可能存在安全问题,例如,该电力塔倾斜一定角度,下沉一定距离,可能会影响该电力塔的安全稳定性;本实施例的方法,综合考虑相邻电力塔的相对位置变化情况,当相邻电力塔的相对位置变化超出合理范围时,判定可能会影响电力塔的安全稳定性,如果相邻两电力塔均发生了位置变化,但是二者的相对位置变化在合理范围内,也认为不会影响电力塔的正常工作。
一些实施例中,平面预警值为监测历元n的B级平面预警值ΔPn 限值B,表示为:
空间预警值为B级空间预警值ΔLn 限值B,表示为:
其中,m为预警系数,m=2~3;a为用于采集卫星定位信号的信号接收机的标称精度的固定误差,b为信号接收机的标称精度的比例误差。
当平面监测参数达到平面预警值,和/或空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息,包括:
若ΔPn<ΔPn 限值B且ΔLn>ΔLn 限值B,输出注意邻塔沉降的提示信息;
若ΔPn>ΔPn 限值B且ΔLn>ΔLn 限值B,输出注意邻塔倾斜的提示信息。
本实施例中,设置B级平面预警值和B级空间预警值,根据实时监测获得的平面监测参数和空间监测参数,分别与设置的B级平面预警值和B级空间预警值进行比较,当平面监测参数小于B级平面预警值,但是空间监测参数大于B级空间预警值时,判定相邻两电力塔中的一个或两个出现沉降,且沉降距离超出合理范围,及时进行提示。当平面监测参数大于B级平面预警值,且空间监测参数大于B级空间预警值时,判定相邻两电力塔中的一个或两个出现倾斜,且倾斜角度超出合理范围,及时进行提示。
一些实施例中,平面预警值为监测历元n的A级平面预警值ΔPn 限值A,表示为:
空间预警值为监测历元n的A级空间预警值ΔLn 限值A,表示为:
其中,s为倾斜预警系数,s=1~4;h1、h2分别为相邻两电力塔的高度(如果信号接收机安装于电力塔顶端,h1、h2为电力塔的高度,如果信号接收机安装于电力塔的其他位置,则h1、h2为信号接收机的安装位置的高度),单位为米,l为相邻两电力塔之间的电力输电线的实际长度,e为电力输电线悬空系数,
当平面监测参数达到平面预警值,和/或空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息,包括:
若ΔPn<ΔPn 限值A且ΔLn>ΔLn 限值A,输出邻塔沉降的告警信息;
若ΔPn>ΔPn 限值A且ΔLn>ΔLn 限值A,输出邻塔倾斜的告警信息。
本实施例中,设置A级平面预警值和A级空间预警值,根据实时监测获得的平面监测参数和空间监测参数,分别与设置的A级平面预警值和A级空间预警值进行比较,当平面监测参数小于A级平面预警值,但是空间监测参数大于A级空间预警值时,判定相邻两电力塔中的一个或两个出现沉降,且沉降距离超出合理范围,及时进行告警。当平面监测参数大于A级平面预警值,且空间监测参数大于A级空间预警值时,判定相邻两电力塔中的一个或两个出现倾斜,且倾斜角度超出合理范围,及时进行告警。由于合理范围的设定综合考虑了电力塔之间的电力传输线以及电力塔的高度等相关关系参数,能够结合实际应用场景,更为合理准确的监测电力塔的安全稳定性能。
结合图2、3所示,本说明书实施例还提供一种基于卫星定位的电力塔安全监测系统,包括:
安装于基准站的第一信号接收机;
安装于相邻两电力塔的第二信号接收机、第三信号接收机;
服务器,用于接收第一、第二、第三信号接收机接收的三路卫星定位信号;根据三路卫星定位信号,确定相邻两电力塔的位置信息;根据相邻两电力塔的位置信息,确定相邻两电力塔之间的基线向量;根据基线向量,确定平面长度参数和空间长度参数;根据平面长度参数和空间长度参数,分别确定平面监测参数和空间监测参数;当平面监测参数达到平面预警值,和/或空间监测参数达到空间预警值时,输出预警信息。
本实施例中,电力塔安全监测系统包括基准站、监测站和服务器,监测站为安装于各个电力塔的监测位置的信号接收机,基准站和监测站的信号接收机采集的卫星定位信号传输至服务器,服务器根据接收的卫星定位信号,确定电力塔的位置信息,根据相邻两电力塔的位置信息,确定两电力塔之间的基线向量,根据基线向量,确定出平面长度参数和空间长度参数,计算两电力塔之间的平面监测参数和空间监测参数,根据实时监测的平面监测参数和空间监测参数,判断相邻电力塔的相对位置变化量是否在合理范围之内,如果超出合理范围,发出预警信息(提示/告警)。
一些方式中,基准站和监测站通过5G通信模块将卫星定位信号传输至服务器,服务器根据接收的卫星定位信号,计算得到电力塔的位置信息以及位置精度(位置分量精度以及PDOP值)等参数,可将各项监测结果(电力塔的位置信息、位置精度、平面监测参数、空间监测参数、监测站状态信息等)通过网络传输至监测客户端,便于数据监控管理。一种实验测试结果表明:在服务器和客户端均可实时查询各项监测结果,可监测的北向分量的数据精度优于1.1cm,东向分量的数据精度优于0.6cm,天顶向分量的数据精度优于2.4cm,本说明书的系统能够实现高精度、实时性、连续性的远程电力塔安全监测。
需要说明的是,本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行,例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下,由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下,这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤,这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是,上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上任何实施例的讨论仅为示例性的,并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子;在本公开的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化,为了简明它们没有在细节中提供。
另外,为简化说明和讨论,并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解,在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外,可以以框图的形式示出装置,以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解,并且这也考虑了以下事实,即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即,这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如,电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下,对本领域技术人员来说显而易见的是,可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此,这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述,但是根据前面的描述,这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如,其它存储器架构(例如,动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此,凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内,所做的任何省略、修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。