CN114166274A - 基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，涉及输电线路监测技术领域。该导线弧垂在线监测系统，包括基准站模块、流动站模块、坐标信息数据库、数据计算模块、检测中心和通信模块，所述基准站模块与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述流动站模块与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，所述数据计算模块分别与检测中心和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接。通过根据北斗终端输出的位置信息，结合装置自身的姿态信息，计算出导线弧垂，并将数据通过通信模块周期性发送至监测中心，判定弧垂是否超过阈值，同时还可实现对导线弧垂、线路覆冰、杆塔倾斜状态量的实时回传、分析、预警。

Description

基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统

技术领域

本发明涉及输电线路监测技术领域，具体为基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统。

背景技术

输电线路是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现，按照结构形式，输电线路可分为架空输电线路和电缆线路，架空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。

输电线路运行负荷和气象条件的变化会造成线路弧垂产生变化，过大的弧垂既可以造成相间短路等事故隐患，也限制了线路的输送能力，特别是在大跨越、交叉跨越和人烟密集地段，现有的弧垂监测方法有倾角测量法和对地测距法，倾角测量法容易受风力等因素影响，而对地测距法则易受导线下方地形地貌和植被生长情况影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，解决了现有的弧垂监测方法容易受风力和导线下方地形地貌和植被生长情况影响的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，包括基准站模块、流动站模块、坐标信息数据库、数据计算模块、检测中心和通信模块，所述基准站模块与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述流动站模块与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，所述数据计算模块分别与检测中心和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接；

所述通信模块的通信方式包括有GSM、CDMA、GPRS和4G网络中的任意一种或多种。

优选的，所述基准站模块包括有红外热成像仪和系统监测主机，所述红外热成像仪用于监测线夹的温度，且红外热成像仪与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述系统监测主机与流动站模块之间通过通信模块互相连接。

优选的，所述流动站模块包括有GPS接收机和无线接收设备，所述GPS接收机与GPS北斗卫星之间通过通信模块互相连接，所述无线接收设备与基准站模块之间通过通信模块互相连接。

优选的，所述数据计算模块包括有弧垂计算、线材覆冰计算、杆塔倾斜计算和坐标解算单元，所述弧垂计算与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述线材覆冰计算与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述杆塔倾斜计算分别与系统监测主机和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接，所述坐标解算单元分别与流动站模块和弧垂计算模块之间通过通信模块互相连接。

优选的，所述系统监测主机包括有MEMS传感器、无线通信模块、蓄电池和太阳能电池板，所述MEMS传感器用于实时监测高压输电导线的高度和风偏角度，所述太阳能电池板与蓄电池之间通过导线互相电性连接，所述蓄电池与MEMS传感器之间通过导线互相电性连接，所述MEMS传感器与流动站模块之间通过通信模块互相连接；所述无线通信模块的通信方式包括有GSM、CDMA和GPRS中的任意一种。

优选的，所述监测中心包括有数据比对单元、报警单元和历史数据编辑单元，所述数据比对单元与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，所述报警单元与数据比对单元之间通过通信模块互相连接，且报警单元分别与报警中心和值班人员的手机移动终端之间通过通信模块互相连接。

优选的，所述坐标信息数据库内储存有每座杆塔在安装时采集的三维坐标信息，并将坐标信息与杆塔编号互相绑定储存，所述坐标信息数据库与历史数据编辑单元之间通过通信模块互相连接。

优选的，导线弧垂高度的监测方法，包括以下步骤：

S1.实时观测

在基准站模块上安装一台系统监测主机作为参考站，通过采集GPS全球定位系统的卫星数据，采用RTK实时动态测量技术，以载波相位观测为根据的实时差分GPS系统，对卫星进行连续观测，同时通过MEMS传感器对杆塔的三维坐标以及高压导线最低点的高度进行测站；

S2.信息传输

通过无线通信模块将观测数据以及测站信息实时发送至流动站模块内，通过流动站模块内的GPS接收机接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备接收来自基准站模块传输的测站数据；

S3.坐标及弧垂计算

流动站模块将接收的数据传输至数据计算模块内，由数据计算模块内的坐标解算单元根据相对定位的原理，实时解算出流动站模块的三维坐标及其精度；随后通过通信模块将坐标信息传输至数据计算模块内的弧垂计算中，根据北斗卫星输出的位置信息，结合系统监测主机自身的姿态信息，计算导线两端悬挂点之间连线与导线最低点之间的垂直距离；

S4.比对预警

通过通信模块将弧垂计算结果发送至监测中心内，通过数据比对单元自动接收数据并与设定的导线弧垂阈值进行比较，如果超出正常范围将弹出告警信息，同时通过报警单元自动拨打报警电话，并将告警信息通过手机短信发送至值班人员进行提醒。

工作原理：通过在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，根据这些高精度数据，可以有效计算出线路交叉跨越的弧垂数据，基于差分北斗技术准确实现对导线弧垂的实时监测，为线路维护和管理人员提供导线弧垂信息，不用受地形和风力的影响，及时将预/告警信息发送给监控中心，提醒线路运行负责人对线路运行状况予以关注并采取相应处置措施，通过系统监测主机内的MEMS传感器对杆塔的坐标进行测量，并通过坐标解算单元测算出杆塔实际的三维坐标，通过杆塔倾斜计算从坐标信息数据库内将相对应编号杆塔在安装时采集的三维坐标信息调取，判断两者坐标是否一致，当坐标不一致时计算出该杆塔的倾斜角度，并且通过红外热成像仪可对两根相邻杆塔之间的导线表面温度进行观测，当导线表面温度低于0℃时，通过通信模块将相对应两根杆塔的编号发送至监测中心，由报警单元对工作人员进行告警，可以有效计算出导线覆冰数据、杆塔倾斜状态，通过建立高强磁场环境下的物理网通讯体系，实现线夹温度、导线弧垂、线路覆冰、杆塔倾斜状态量的实时回传、分析、预警。

本发明提供了基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统。具备以下有益效果：

1、本发明通过在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，根据这些高精度数据，可以有效计算出线路交叉跨越的弧垂数据，基于差分北斗技术准确实现对导线弧垂的实时监测，为线路维护和管理人员提供导线弧垂信息，不用受地形和风力的影响，及时将预/告警信息发送给监控中心，提醒线路运行负责人对线路运行状况予以关注并采取相应处置措施。

2、本发明通过系统监测主机内的MEMS传感器对杆塔的坐标进行测量，并通过坐标解算单元测算出杆塔实际的三维坐标，通过杆塔倾斜计算从坐标信息数据库内将相对应编号杆塔在安装时采集的三维坐标信息调取，判断两者坐标是否一致，当坐标不一致时计算出该杆塔的倾斜角度，并且通过红外热成像仪可对两根相邻杆塔之间的导线表面温度进行观测，当导线表面温度低于0℃时，通过通信模块将相对应两根杆塔的编号发送至监测中心，由报警单元对工作人员进行告警，可以有效计算出导线覆冰数据、杆塔倾斜状态，通过建立高强磁场环境下的物理网通讯体系，实现导线弧垂、线路覆冰、杆塔倾斜状态量的实时回传、分析、预警。

附图说明

图1为本发明的弧垂监测系统结构框图；

图2为本发明的基准站模块结构框图；

图3为本发明的系统监测主机结构框图；

图4为本发明的监测中心结构框图；

图5为本发明的流动站模块结构框图；

图6为本发明的数据计算模块结构框图；

图7为本发明的导线弧垂高度监测方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1-6所示，本发明实施例提供基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，包括基准站模块、流动站模块、坐标信息数据库、数据计算模块、检测中心和通信模块，基准站模块与流动站模块之间通过通信模块互相连接，流动站模块与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，数据计算模块分别与检测中心和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接；

通信模块的通信方式包括有GSM、CDMA、GPRS和4G网络中的任意一种或多种。

基准站模块包括有红外热成像仪和系统监测主机，红外热成像仪用于监测线夹的温度，且红外热成像仪与流动站模块之间通过通信模块互相连接，系统监测主机与流动站模块之间通过通信模块互相连接。

流动站模块包括有GPS接收机和无线接收设备，GPS接收机与GPS北斗卫星之间通过通信模块互相连接，无线接收设备与基准站模块之间通过通信模块互相连接。

数据计算模块包括有弧垂计算、线材覆冰计算、杆塔倾斜计算和坐标解算单元，弧垂计算与流动站模块之间通过通信模块互相连接，线材覆冰计算与流动站模块之间通过通信模块互相连接，杆塔倾斜计算分别与系统监测主机和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接，坐标解算单元分别与流动站模块和弧垂计算模块之间通过通信模块互相连接，通过系统监测主机内的MEMS传感器对杆塔的坐标进行测量，并通过坐标解算单元测算出杆塔实际的三维坐标，通过杆塔倾斜计算从坐标信息数据库内将相对应编号杆塔在安装时采集的三维坐标信息调取，判断两者坐标是否一致，当坐标不一致时通过杆塔倾斜计算计算出该杆塔的倾斜角度，计算方法为：假设坐标信息数据库内的杆塔三维坐标为(x₁，y₁，z₁)，杆塔实际三维坐标为(x₂，y₂，z₂)，杆塔倾斜角度＝arctan x₁/y₁-arctan x₂/y₂，并通过通信模块将杆塔倾斜角度计算结果发送至监测中心内，通过数据比对单元自动接收数据并与设定的杆塔倾斜角度阈值进行比较，如果超出正常范围将弹出告警信息，同时通过报警单元自动拨打报警电话，并将告警信息通过手机短信发送至值班人员进行提醒，工作人员及时地对倾斜过度的杆塔进行紧急处理。

通过红外热成像仪可对两根相邻杆塔之间的导线表面温度进行观测，当导线表面温度低于0℃时，通过通信模块将相对应两根杆塔的编号发送至监测中心，由报警单元对工作人员进行告警，工作人员对相对应杆塔之间的导线进行检查和进行破冰处理，可以有效计算出导线覆冰数据、杆塔倾斜状态，通过建立高强磁场环境下的物理网通讯体系，实现线夹温度、导线弧垂、线路覆冰、杆塔倾斜状态量的实时回传、分析、预警。

系统监测主机包括有MEMS传感器、无线通信模块、蓄电池和太阳能电池板，MEMS传感器用于实时监测高压输电导线的高度和风偏角度，太阳能电池板与蓄电池之间通过导线互相电性连接，蓄电池与MEMS传感器之间通过导线互相电性连接，MEMS传感器与流动站模块之间通过通信模块互相连接；无线通信模块的通信方式包括有GSM、CDMA和GPRS中的任意一种，太阳能电池板可将光能转换为电能为蓄电池充电，蓄电池保证MEMS传感器和无线通信模块的日常用电消耗，通过MEMS传感器还可对杆塔顶端的风量和风向大小进行观测，并通过监测中心对导线弧垂/风偏情况进行定型和定量分析。

监测中心包括有数据比对单元、报警单元和历史数据编辑单元，数据比对单元与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，报警单元与数据比对单元之间通过通信模块互相连接，且报警单元分别与报警中心和值班人员的手机移动终端之间通过通信模块互相连接。

坐标信息数据库内储存有每座杆塔在安装时采集的三维坐标信息，并将坐标信息与杆塔编号互相绑定储存，坐标信息数据库与历史数据编辑单元之间通过通信模块互相连接，坐标信息数据库内还储存有历史信息数据库，历史信息数据库内储存有导线弧垂数值并与监测计算时间相绑定，通过监测中心内的历史数据编辑单元可对历史信息数据库内的历史数据进行查询、生成报表打印等功能。

实施例二：

如图7所示，本发明实施例提供基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，导线弧垂高度的监测方法，包括以下步骤：

S1.实时观测

在基准站模块上安装一台系统监测主机作为参考站，通过采集GPS全球定位系统的卫星数据，采用RTK实时动态测量技术，以载波相位观测为根据的实时差分GPS系统，对卫星进行连续观测，同时通过MEMS传感器对杆塔的三维坐标以及高压导线最低点的高度进行测站；

S2.信息传输

通过无线通信模块将观测数据以及测站信息实时发送至流动站模块内，通过流动站模块内的GPS接收机接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备接收来自基准站模块传输的测站数据；

S3.坐标及弧垂计算

流动站模块将接收的数据传输至数据计算模块内，由数据计算模块内的坐标解算单元根据相对定位的原理，实时解算出流动站模块的三维坐标及其精度；随后通过通信模块将坐标信息传输至数据计算模块内的弧垂计算中，根据北斗卫星输出的位置信息，结合系统监测主机自身的姿态信息，计算导线两端悬挂点之间连线与导线最低点之间的垂直距离；

S4.比对预警

通过通信模块将弧垂计算结果发送至监测中心内，通过数据比对单元自动接收数据并与设定的导线弧垂阈值进行比较，如果超出正常范围将弹出告警信息，同时通过报警单元自动拨打报警电话，并将告警信息通过手机短信发送至值班人员进行提醒，基于差分北斗技术准确实现对导线弧垂的实时监测，为线路维护和管理人员提供导线弧垂信息，不用受地形和风力的影响，及时将预/告警信息发送给监控中心，提醒线路运行负责人对线路运行状况予以关注并采取相应处置措施。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，包括基准站模块、流动站模块、坐标信息数据库、数据计算模块、检测中心和通信模块，其特征在于：所述基准站模块与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述流动站模块与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，所述数据计算模块分别与检测中心和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接；

所述通信模块的通信方式包括有GSM、CDMA、GPRS和4G网络中的任意一种或多种。

2.根据权利要求1所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述基准站模块包括有红外热成像仪和系统监测主机，所述红外热成像仪用于监测线夹的温度，且红外热成像仪与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述系统监测主机与流动站模块之间通过通信模块互相连接。

3.根据权利要求1所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述流动站模块包括有GPS接收机和无线接收设备，所述GPS接收机与GPS北斗卫星之间通过通信模块互相连接，所述无线接收设备与基准站模块之间通过通信模块互相连接。

4.根据权利要求1所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述数据计算模块包括有弧垂计算、线材覆冰计算、杆塔倾斜计算和坐标解算单元，所述弧垂计算与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述线材覆冰计算与流动站模块之间通过通信模块互相连接，所述杆塔倾斜计算分别与系统监测主机和坐标信息数据库之间通过通信模块互相连接，所述坐标解算单元分别与流动站模块和弧垂计算模块之间通过通信模块互相连接。

5.根据权利要求2所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述系统监测主机包括有MEMS传感器、无线通信模块、蓄电池和太阳能电池板，所述MEMS传感器用于实时监测高压输电导线的高度和风偏角度，所述太阳能电池板与蓄电池之间通过导线互相电性连接，所述蓄电池与MEMS传感器之间通过导线互相电性连接，所述MEMS传感器与流动站模块之间通过通信模块互相连接；所述无线通信模块的通信方式包括有GSM、CDMA和GPRS中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述监测中心包括有数据比对单元、报警单元和历史数据编辑单元，所述数据比对单元与数据计算模块之间通过通信模块互相连接，所述报警单元与数据比对单元之间通过通信模块互相连接，且报警单元分别与报警中心和值班人员的手机移动终端之间通过通信模块互相连接。

7.根据权利要求1所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述坐标信息数据库内储存有每座杆塔在安装时采集的三维坐标信息，并将坐标信息与杆塔编号互相绑定储存，所述坐标信息数据库与历史数据编辑单元之间通过通信模块互相连接。

8.根据权利要求1所述的基于差分北斗技术的导线弧垂在线监测系统，其特征在于：所述导线弧垂高度的监测方法，包括以下步骤：

S1.实时观测

在基准站模块上安装一台系统监测主机作为参考站，通过采集GPS全球定位系统的卫星数据，采用RTK实时动态测量技术，以载波相位观测为根据的实时差分GPS系统，对卫星进行连续观测，同时通过MEMS传感器对杆塔的三维坐标以及高压导线最低点的高度进行测站；

S2.信息传输

通过无线通信模块将观测数据以及测站信息实时发送至流动站模块内，通过流动站模块内的GPS接收机接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备接收来自基准站模块传输的测站数据；

S3.坐标及弧垂计算

流动站模块将接收的数据传输至数据计算模块内，由数据计算模块内的坐标解算单元根据相对定位的原理，实时解算出流动站模块的三维坐标及其精度；随后通过通信模块将坐标信息传输至数据计算模块内的弧垂计算中，根据北斗卫星输出的位置信息，结合系统监测主机自身的姿态信息，计算导线两端悬挂点之间连线与导线最低点之间的垂直距离；

S4.比对预警

通过通信模块将弧垂计算结果发送至监测中心内，通过数据比对单元自动接收数据并与设定的导线弧垂阈值进行比较，如果超出正常范围将弹出告警信息，同时通过报警单元自动拨打报警电话，并将告警信息通过手机短信发送至值班人员进行提醒。

Images