CN210375097U - 一种架空电线高度检测及修正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种架空电线高度检测及修正装置，包括：线上雷达测距模块、地面雷达测距模块，姿态传感器模块，温度传感器模块，光照传感器模块，主控制系统，线上雷达测距模块与地面雷达测距模块配合测量架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度；姿态传感器模块，温度传感器模块，光照传感器模块分别采集线上雷达测距模块相对应于地面雷达测距模块的横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信以及环境光照信息；主控制系统输出架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度和对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。该架空电线高度检测及修正装置提升架空电线高度测量的准确性。

Description

一种架空电线高度检测及修正装置

技术领域

本实用新型涉及电力施工现场作业用的自动测量装置领域，具体地，涉及一种架空电线高度检测及修正装置。

背景技术

目前，在输电线路建设中架线施工是关键的工序之一，而电线高度检测装备则是张力架线施工的关键设备，架空输电线距离地面的高度是线路设计和运行维护中的主要指标之一，决定了架空线路的松紧程度和线路杆塔的高度，其值大小关系到整个输电线路运行的安全，电线高度必须被控制在设计规定的允许范围之内。输电线路的运行负荷还有周围环境变化都可能会导致输电线路的高度变化，一方面，高度过低可能会导致严重的安全隐患，尤其是在交叉跨越、人烟密集和大跨越地段，另一方面，高度过高则会使电线承受过大的张力，同时给施工带来诸多难度。近些年来由于用电负荷增长的需要，许多已有的输电线路为了提高电力输送能力，将导线最高运行允许温度从70℃提高到80℃，这时线路高度就成为主要的制约因素，需要对高度进行校验或实时监测，以确保线路运行和被跨越设备的安全。

基于上述需求，相关人员进行了深入研究，国内外电力科研及运行单位对架空输电线路离地高度及重心弧垂在线监测的研究已进行了多年，提出了实际有效的监测方法，但仍然存在下述主要问题：1)目前的方法大多集中在电线重心弧垂的单点高度测量上，而忽略了电线上其他位置处的离地高度，但在一些地貌起伏不平的特殊位置，电线的多点离地高度都低于弧垂的离地高度，从而造成较大的安全隐患；2)由于地貌、施工和肉眼误差等原因导致测量装置偏离了电线的正下方，从而使得测量出来的结果往往偏离了真实的离地垂直高度；3)由于测量装置的工作原理不可避免地收到了测量环境的干扰因素，从而导致理论误差，例如激光测距原理理论上会收到温度、光照等干扰因素的影响，而现有的方法缺乏有效的处理措施。

实用新型内容

本实用新型针对现有背景技术的不足，提出了一种架空电线高度检测及修正装置。该架空电线高度检测及修正装置可以测量输出架空输电线路上任一长度位置处距离地面的高度，还可以测量输出对该高度进行角度、温度以及光照修正的修正值，提升架空电线高度测量的准确性。

本实用新型的技术方案为：

一种架空电线高度检测及修正装置，包括：

线上雷达测距模块，其套在架空输电线上，依据主控制系统发出的控制信号沿架空输电线移动并确定架空输电线上的位置，发出第二雷达信号信息，接收第一雷达信号信息；

地面雷达测距模块，其放置于地面，依据主控制系统发出的控制信号发出第一雷达信号信息，接收第二雷达信号信息，并将第一雷达信号信息输出至主控制系统；

姿态传感器模块，其依据主控制系统发出的控制信号采集线上雷达测距模块相对应于地面雷达测距模块的横向偏射角、垂直偏射角，并传输横向偏射角、垂直偏射角至主控制系统；

温度传感器模块，其依据主控制系统发出的控制信号采集环境温度信息，并传输环境温度信息至主控制系统；

光照传感器模块，其依据主控制系统发出的控制信号采集环境光照信息，并传输环境光照信息至主控制系统；

主控制系统，其与线上雷达测距模块、地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块以及光照传感器模块通信连接，输出控制信号至线上雷达测距模块、地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块以及光照传感器模块，并接收第二雷达信号信息，横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息，且依据接收的第一雷达信号信息与第二雷达信号信息输出架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度；同时，依据横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息输出对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。

该架空电线高度检测及修正装置可以实时检测输出架空输电线上任一点距离线塔的地面长度和离地高度；再者，该架空电线高度检测及修正装置通过姿态传感器实时检测出雷达测距线路的横向偏射角和垂直偏射角等误差因素，还通过温度传感器和光照传感器实时检测雷达工作时的温度和环境光照等干扰因素，并基于这些干扰因素输出对高度和地面长度的修正测距结果数据，从而获得电线上任一点距离线塔的地面距离和离地高度的真实数据。

本实用新型中，架空输电线上任一点距离线塔的地面长度是指架空输电线上任一点的投影点沿架空输电线在地面上的投影线与线塔底部中心的距离。

优选地，所述地面雷达测距模块包括雷达信号接收电路和雷达信号发射电路；

所述线上雷达测距模块包括雷达信号接收电路、雷达信号发射电路、通信接口、抱紧装置和供电干电池，其中，抱紧装置依据通过通信接口接收的主控制系统发出的报紧触发信号时执行抱紧动作，将线上雷达测距模块固定在架空输电线的某位置；抱紧装置依据通过通信接口接收的主控制系统发出的松抱触发信号时执行松抱动作，抱紧装置在重力作用下沿着架空输电线向弧垂点划动，从而改变线上雷达测距模块在架空输电线上的位置；雷达信号发射电路依据主控制系统的雷达发射控制信号发出第一雷达信号信息，并传输第一雷达信号信息至主控制系统；雷达信号接收电路依据主控制系统的雷达接收控制信号接收第二雷达信号信息，并传输第二雷达信号信息至主控制系统；供电干电池为雷达信号接收电路、雷达信号发射电路、通信接口以及抱紧装置供电。

雷达信号信息包括发射的雷达信号及发射雷达信号的时间。地面雷达测距模块与线上雷达测距模块组合起来，用于实时测量架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度。

优选地，雷达信号发送电路模块和雷达信号接收电路模块选用相同的两个产品，型号为DE-LiDAR+CE30-D，一个作为信号发送模块，另一个作为信号接收模块。

优选地，所述主控制系统与平台服务器通信连接，所述主控制系统包括：

GPS模块，其用于定位施工人员的地理位置信息并向平台服务器传输该地里位置信息数据；

通信接口模块，其用于连接线上雷达测距模块，实现控制信号的传输；

数据处理模块，其依据第一雷达信号信息和第二雷达信号信息输出架空输电线路上任一位置处距离线塔的地面长度和距离地面的高度；依据横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息输出对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值；

数据存储模块，其用于存储第一雷达信号信息，第二雷达信号信息值，横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息，以及架空输电线路任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，和对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。

当通过GPS模块将架空电线高度检测及修正装置定位施工地理位置并上报平台服务器备案，便于控制中心安全监控作业现场及危急作业辅导。

优选地，所述架空电线高度检测及修正装置还包括：

显示模块，其与主控制系统通信连接，用于显示主控制系统输出的架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，以及高度的修正值和地面长度的修正值；

语音模块，其与主控制系统通信连接，用于播报主控制系统输出的架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，以及高度的修正值和地面长度的修正值。

优选地，所述架空电线高度检测及修正装置还包括：

电源模块，其为地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块、主控制系统、显示模块以及语音模块供电。

优选地，所述显示模块基于LCD显示原理进行显示，所述语音模块为语音输出扬声器电路。

优选地，所述地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块、主控制系统、显示模块、语音模块以及电源模块集成在一块PCB板上。

优选地，所述姿态传感器为基于MPU6050六轴芯片，所述主控制系统为基于ARM构架嵌入式微机系统。

本实用新型提供的技术方案具有以下技术效果：

(1)该架空电线高度检测及修正装置实时定位施工地理位置并上报平台服务器备案，便于控制中心安全监控作业现场及危急作业辅导，从而消除隐患的发生。

(2)该架空电线高度检测及修正装置实时检测架空输电线上任一点距离线塔的地面长度和离地高度，为地势起伏不平等特殊地貌实时提供电线的离地高度，消除安全隐患的发生。

(3)该架空电线高度检测及修正装置通过姿态传感器实时检测出雷达测距线路的横向偏射角和垂直偏射角等误差因素，可以实时通过计算公式弥补该误差因素；同时通过实时检测雷达工作时的温度和环境光照等干扰因素，并基于数据存储模块实时修正测距结果数据，可以实时消除干扰因素误差，从而获得电线上任一点距离线塔的地面距离和离地高度等真实数据。

附图说明

图1是实施例提供的架空电线高度检测及修正装置的应用场景示意图；

图2是实施例提供的架空电线高度检测及修正装置的结构示意图；

图3是实施例提供的线上雷达测距模块的结构示意图；

图4是实施例提供的主控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实施例进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

如图1～4所示，实施例提供了一种架空电线高度检测及修正装置，包括线上雷达测距模块2、地面雷达测距模块3，姿态传感器模块4，温度传感器模块5，光照传感器模块6，主控制系统7，显示模块8，语音模块9，电源模块10。

其中，线上雷达测距模块2套在架空输电线1上，依据主控制系统7发出的控制信号沿架空输电线1移动并确定架空输电线1上的位置，并发出第二雷达信号信息，接收第一雷达信号信息。

如图3所示，线上雷达测距模块2具体包括通信接口201，雷达信号发射电路202、雷达信号接收电路203、抱紧装置204和供电干电池205。其中，抱紧装置204依据通过通信接口201接收的主控制系统7发出的报紧触发信号时执行抱紧动作，将线上雷达测距模块2固定在架空输电线1的某位置；抱紧装置204依据通过通信接口201接收的主控制系统7发出的松抱触发信号时执行松抱动作，抱紧装置204在重力作用下沿着架空输电线1向弧垂点划动，从而改变线上雷达测距模块2在架空输电线1上的位置；雷达信号发射电路202依据主控制系统7的雷达发射控制信号发出第一雷达信号信息，并传输第一雷达信号信息至主控制系统7；雷达信号接收电路202依据主控制系统7的雷达接收控制信号接收第二雷达信号信息，并传输第二雷达信号信息至主控制系统7；供电干电池205为雷达信号接收电路203、雷达信号发射电路202、通信接口201以及抱紧装置204供电。

地面雷达测距模块3、姿态传感器模块4、温度传感器模块5、光照传感器模块6、主控制系统7、显示模块8、语音模块9以及电源模块10集成在一块PCB板上，电源模块10通过电线为地面雷达测距模块3、姿态传感器模块4、温度传感器模块5、光照传感器模块6、主控制系统7、显示模块8以及语音模块9供电。该PCB板上安装在基座平台上，应用时，该基座平台上置于在架空输电线路下方附件便于测量的地面位置，鉴于施工现场地貌状况的特殊性，允许其与架空输电线路正下方地面有一定的位置偏差。地面雷达测距模块3依据主控制系统7发出的控制信号发出第一雷达信号信息，接收第二雷达信号信息，并将第一雷达信号信息输出至主控制系统7。

姿态传感器模块4可以为于MPU6050六轴芯片，其能够依据主控制系统7发出的偏射角控制信号采集线上雷达测距模块2相对应于地面雷达测距模块3的横向偏射角

垂直偏射角θ，并传输横向偏射角

垂直偏射角θ至主控制系统7。该横向偏射角

定义为地面雷达测距模块3发射的激光信号光束在地面投影和架空输电线在地面投影的夹角，垂直偏射角θ定义为地面雷达测距模块发射的激光信号光束和激光信号光束在地面投影的夹角。

温度传感器模块5实际可以为温度传感器，其依据主控制系统7发出的温度采集控制信号采集环境温度信息，并传输环境温度信息至主控制系统7。

光照传感器模块6实际可以为光照传感器，其依据主控制系统7发出的光照采集控制信号采集环境光照信息，并传输环境光照信息至主控制系统7。

主控制系统7是架空电线高度检测及修正装置的控制中心，可以为基于ARM构架嵌入式微机系统，其与地面雷达测距模块3、姿态传感器模块4、温度传感器模块5、光照传感器模块6进行双向传输，主要用于输出控制信号，和接收采集信息以及依据采集信息输出架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，同时还与平台服务器11通信连接，可以采用4G、5G网路通信连接，这样可以将定位施工地理位置并上报平台服务器11备案，便于控制中心安全监控作业现场及危急作业辅导。

具体地，如图4所示，主控制系统7包括GPS模块702，通信接口模块701，数据处理模块703以及数据存储模块704；其中，GPS模块702其能够定位施工人员的地理位置信息并向平台服务器11传输该地里位置信息数据；通信接口模块702主要用于连接线上雷达测距模块2，实现控制信号的传输，还用于与平台服务器11通信，将定位信息传输至平台服务器11。数据处理模块703主要依据第一雷达信号信息和第二雷达信号信息输出架空输电线路上任一位置处距离线塔的地面长度和距离地面的高度；依据横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息输出对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。

具体地，数据处理模块703根据以下公式计算获得架空输电线路上任一位置处距离线塔的地面长度和距离地面的高度：

其中，式中，l为线上雷达测距模块2和地面雷达测距模块3的之间的测距结果数据，T_l为工作温度为T时的测距数据温度修正值，P_l为工作环境光照强度为P时的测距数据光照修正值，θ为地面雷达测距模块3的垂直偏射角，

为地面雷达测距模块3的横向偏射角，s为线上雷达测距模块2距离线塔的地面距离，h为s处的架空输电线距离地面的高度。

数据存储模块704主要用于存储第一雷达信号信息，第二雷达信号信息值，横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息，以及架空输电线路任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，和对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。

显示模块8为基于LCD显示原理进行显示，实时接收主控制系统7的控制命令和数据，以显示主控制系统7输出的架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，以及高度的修正值和地面长度的修正值。

语音模块9为语音输出扬声器电路，实时接收主控制系统7的控制命令和数据，主要播报主控制系统7输出的架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，以及高度的修正值和地面长度的修正值。

上述架空电线高度检测及修正装置的使用操作步骤为：

(1)打开电源模块10的开关，将主控制系统7与平台服务器11连接，主控制系统7将GPS模块702的定位信息上传给平台服务器11，平台服务器11确认位置信息后向主控制系统7回传是否准予施工授权，施工现场通过显示模块可以看到该命令；

2)一旦获取准予施工授权后，施工现场开始安装线上雷达测距模块2，首先从架空输电线1一端套入一个线上雷达测距模块2，然后在地面选点安装地面雷达测距模块3；

3)控制主控制系统7通过无线连接方式向线上雷达测距模块2发送控制命令，控制线上雷达测距模块2在电线上的位置；

4)控制主系统7开启线上雷达测距模块2、地面雷达测距模块3、姿态传感器模块4、温度传感器模块5和光照传感器模块6进行测量；

5)控制主系统7接受测距信号、姿态传感器信号、温度信号和光照信号；

6)主控制系统7接基于方程组公式(1)计算线上雷达测距模块2距离线塔的地面位置和离地高度等真实结果力结果；

7)显示模块8显示该结果数据，语音模块9播放该结果数据；

8)该装置进入自动检测进程，重复步骤(3)～步骤(7)。

该架空电线高度检测及修正装置通过姿态传感器实时检测出雷达测距线路的横向偏射角和垂直偏射角等误差因素，可以实时通过计算公式弥补该误差因素；同时通过实时检测雷达工作时的温度和环境光照等干扰因素，并基于数据存储模块实时修正测距结果数据，可以实时消除干扰因素误差，从而获得电线上任一点距离线塔的地面距离和离地高度等真实数据以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，包括：

线上雷达测距模块，其套在架空输电线上，依据主控制系统发出的控制信号沿架空输电线移动并确定架空输电线上的位置，发出第二雷达信号信息，接收第一雷达信号信息；

地面雷达测距模块，其放置于地面，依据主控制系统发出的控制信号发出第一雷达信号信息，接收第二雷达信号信息，并将第一雷达信号信息输出至主控制系统；

姿态传感器模块，其依据主控制系统发出的控制信号采集线上雷达测距模块相对应于地面雷达测距模块的横向偏射角、垂直偏射角，并传输横向偏射角、垂直偏射角至主控制系统；

温度传感器模块，其依据主控制系统发出的控制信号采集环境温度信息，并传输环境温度信息至主控制系统；

光照传感器模块，其依据主控制系统发出的控制信号采集环境光照信息，并传输环境光照信息至主控制系统；

主控制系统，其与线上雷达测距模块、地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块以及光照传感器模块通信连接，输出控制信号至线上雷达测距模块、地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块以及光照传感器模块，并接收第二雷达信号信息，横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息，且依据接收的第一雷达信号信息与第二雷达信号信息输出架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度；同时，依据横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息输出对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。

2.如权利要求1所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述地面雷达测距模块包括雷达信号接收电路和雷达信号发射电路；

所述线上雷达测距模块包括雷达信号接收电路、雷达信号发射电路、通信接口、抱紧装置和供电干电池，其中，抱紧装置依据通过通信接口接收的主控制系统发出的报紧触发信号时执行抱紧动作，将线上雷达测距模块固定在架空输电线的某位置；抱紧装置依据通过通信接口接收的主控制系统发出的松抱触发信号时执行松抱动作，抱紧装置在重力作用下沿着架空输电线向弧垂点划动，从而改变线上雷达测距模块在架空输电线上的位置；雷达信号发射电路依据主控制系统的雷达发射控制信号发出第一雷达信号信息，并传输第一雷达信号信息至主控制系统；雷达信号接收电路依据主控制系统的雷达接收控制信号接收第二雷达信号信息，并传输第二雷达信号信息至主控制系统；供电干电池为雷达信号接收电路、雷达信号发射电路、通信接口以及抱紧装置供电。

3.如权利要求1所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述主控制系统与平台服务器通信连接，所述主控制系统包括：

GPS模块，其用于定位施工人员的地理位置信息并向平台服务器传输该地里位置信息数据；

通信接口模块，其用于连接线上雷达测距模块，实现控制信号的传输；

数据处理模块，其依据第一雷达信号信息和第二雷达信号信息输出架空输电线路上任一位置处距离线塔的地面长度和距离地面的高度；依据横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息输出对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值；

数据存储模块，其用于存储第一雷达信号信息，第二雷达信号信息值，横向偏射角、垂直偏射角，环境温度信息以及环境光照信息，以及架空输电线路任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，和对地面长度和高度进行角度、温度以及光照修正的修正值。

4.如权利要求1所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述架空电线高度检测及修正装置还包括：

显示模块，其与主控制系统通信连接，用于显示主控制系统输出的架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，以及高度的修正值和地面长度的修正值；

语音模块，其与主控制系统通信连接，用于播报主控制系统输出的架空输电线路上任一位置距离线塔的地面长度和距离地面的高度，以及高度的修正值和地面长度的修正值。

5.如权利要求4所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述架空电线高度检测及修正装置还包括：

电源模块，其为地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块、主控制系统、显示模块以及语音模块供电。

6.如权利要求4所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述显示模块基于LCD显示原理进行显示，所述语音模块为语音输出扬声器电路。

7.如权利要求4所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述地面雷达测距模块、姿态传感器模块、温度传感器模块、光照传感器模块、主控制系统、显示模块、语音模块以及电源模块集成在一块PCB板上。

8.如权利要求1所述的架空电线高度检测及修正装置，其特征在于，所述姿态传感器为基于MPU6050六轴芯片，所述主控制系统为基于ARM构架嵌入式微机系统。

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