本發(fā)明涉及電力設(shè)備監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

輸電線路是電網(wǎng)的主動(dòng)脈，電力鐵塔的安全在電網(wǎng)中處于重要的位置，由于地質(zhì)環(huán)境、自然災(zāi)害以及工程施工等人為因素影響，從而會(huì)導(dǎo)致鐵塔發(fā)生傾斜和不均勻的沉降，進(jìn)而引起輸電線路桿塔倒塌。目前，傳統(tǒng)的鐵塔監(jiān)測方法主要以人工巡檢和傳感器監(jiān)測相結(jié)合的方式進(jìn)行。這兩種方法不僅需要消耗大量的人力和財(cái)力且效率低下，測量的精度也無法達(dá)到DL-741規(guī)程的要求。此外，在實(shí)際運(yùn)行中受有線通信技術(shù)的布線限制與人工巡檢的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)限制，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)通信線路故障、鐵塔形變信息不精確、監(jiān)測不及時(shí)等問題，進(jìn)而引發(fā)電力線路故障問題。因此需要對(duì)鐵塔形變進(jìn)行高效率、高精度監(jiān)測。同時(shí)，現(xiàn)有常規(guī)RTK方法常應(yīng)用于地質(zhì)變形監(jiān)測領(lǐng)域，且存在單基準(zhǔn)站局域范圍監(jiān)測(非廣域覆蓋)等限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法，可對(duì)鐵塔變形進(jìn)行高效率、高精度監(jiān)測，提高了重要輸電線路電力鐵塔運(yùn)行維護(hù)效率和效益，同時(shí)也提高電網(wǎng)運(yùn)檢工作智能化、集約化和精益化的科學(xué)管理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)CORS網(wǎng)監(jiān)測精度判斷是否符合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)監(jiān)測要求；

(2)若符合厘米級(jí)監(jiān)測要求，則通過網(wǎng)絡(luò)RTK虛擬參考站方法獲得鐵塔監(jiān)測數(shù)據(jù)；

(3)若不符合厘米級(jí)監(jiān)測要求，則通過則雙監(jiān)測點(diǎn)基線姿態(tài)測量方法獲得鐵塔監(jiān)測數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算鐵塔傾斜角度和沉降值；

(5)鐵塔傾斜角度和沉降值判斷鐵塔傾斜角度和沉降值是否超過電力輸電線路運(yùn)行規(guī)程限度要求；

(6)若鐵塔傾斜角度和沉降值超出電力輸電線路運(yùn)行規(guī)程限度要求，則按照預(yù)定義報(bào)警級(jí)別進(jìn)行多手段通知管理人員，確定塔位坐標(biāo)，發(fā)布現(xiàn)場巡視維護(hù)指令；

(7)若鐵塔傾斜角度、沉降值未超出電力輸電線路運(yùn)行規(guī)程要求，則對(duì)鐵塔傾斜、沉降趨勢及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)鐵塔安全狀況。

所述的基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法，步驟(2)中，所述通過姿態(tài)測量方法獲得鐵塔監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

(21)采集基準(zhǔn)站接收北斗信號(hào)獲取的原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

(22)獲取塔形關(guān)鍵位置部署的北斗監(jiān)測點(diǎn)初步概要坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

(23)根據(jù)原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)和概要坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算差分?jǐn)?shù)據(jù)；

(24)對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修正，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)RTK坐標(biāo)；

(25)檢核RTK坐標(biāo)是否滿足要求，保留合格的RTK坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

所述的基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法，步驟(3)中，所述通過則雙監(jiān)測點(diǎn)基線姿態(tài)測量方法獲得鐵塔監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

(31)以電力鐵塔上某一北斗監(jiān)測點(diǎn)1號(hào)實(shí)時(shí)單點(diǎn)坐標(biāo)為啟動(dòng)坐標(biāo)，

(32)獲取鐵塔監(jiān)某一測點(diǎn)的當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)；

(33)根據(jù)啟動(dòng)坐標(biāo)和當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算RTCM差分?jǐn)?shù)據(jù)；

(34)獲取塔上另一北斗監(jiān)測點(diǎn)的即時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并利用RTCM差分?jǐn)?shù)據(jù)修正即時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，獲得高精度位置數(shù)據(jù)；

(35)通過計(jì)算兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)，獲取基線長度和監(jiān)測數(shù)據(jù)。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述的監(jiān)測方法，可以對(duì)電力鐵塔進(jìn)行全天候、全天時(shí)、自動(dòng)化監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并預(yù)警，有效降低人工巡查成本；高精度監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)、靜態(tài)后處理毫米級(jí)的監(jiān)測要求，有效解決人工檢測存在的誤差；具備智能數(shù)據(jù)分析功能，利用北斗地基增強(qiáng)CORS系統(tǒng)，可以廣域范圍下不同網(wǎng)省區(qū)域、不同類型鐵塔及地質(zhì)環(huán)境，高精度地監(jiān)測鐵塔姿態(tài)變形及沉降，提高國家對(duì)重大地區(qū)電塔災(zāi)害的監(jiān)測效率和預(yù)警能力，推進(jìn)電塔監(jiān)測水平的發(fā)展；指導(dǎo)電網(wǎng)線路規(guī)劃，對(duì)預(yù)設(shè)電力桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)勘測；借助我國現(xiàn)有地基增強(qiáng)系統(tǒng)，有力推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)電力行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用摸索。隨著我國政府及各單位北斗地基增強(qiáng)網(wǎng)建設(shè)，本發(fā)明專利的研究和推廣，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)省級(jí)的塔形監(jiān)測及預(yù)警處理，滿足電力信息化支撐功能需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)架示意圖；

圖3是本發(fā)明軟件框架圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖2所示，本實(shí)施例的基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法所采用的系統(tǒng)，包括鐵塔北斗高精度監(jiān)測點(diǎn)、北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)、北斗地基CORS系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)、公網(wǎng)/短報(bào)文通信通道、電力塔形自動(dòng)監(jiān)測及預(yù)警平臺(tái)，鐵塔北斗高精度監(jiān)測點(diǎn)由北斗天線、高精度接收機(jī)、供電模塊、通信模塊構(gòu)成。公網(wǎng)/短報(bào)文通信通道為本方法各單元之間建立通信信道，保障數(shù)據(jù)傳輸。電力塔形自動(dòng)監(jiān)測及預(yù)警平臺(tái)，該系統(tǒng)平臺(tái)功能模塊包括：塔形姿態(tài)3D建模、位置/GIS管理、巡檢工單管理、通信管理(短報(bào)文/公網(wǎng)接入)、預(yù)警管理及智能統(tǒng)計(jì)分析、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能模塊。

該監(jiān)測及預(yù)警平臺(tái)利用基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精塔變形監(jiān)測方法獲取鐵塔的傾斜、沉降等形變信息，通過序列學(xué)習(xí)理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力塔形歷史數(shù)據(jù)智能化分析。北斗地基CORS系統(tǒng)至鐵塔監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)至預(yù)警平臺(tái)通信，均利用北斗短報(bào)文+公網(wǎng)方式“雙通道”通信技術(shù)。

如圖3所示，基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法軟件框架圖，框架圖分為三個(gè)層次：采集層、算法處理層、應(yīng)用層。

采集層：進(jìn)行北斗衛(wèi)星基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)采集。通過北斗地基CORS系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)獲取各基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)，鐵塔北斗高精度監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)信號(hào)采集；算法處理層：利用采集層數(shù)據(jù)，通過本方法獲取鐵塔高精度監(jiān)測數(shù)據(jù)。鐵塔北斗監(jiān)測點(diǎn)利高精度位置數(shù)據(jù)，通過“雙通道技術(shù)”傳輸至應(yīng)用層；應(yīng)用層：預(yù)警應(yīng)用平臺(tái)對(duì)接收到的電力鐵塔監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析處理、預(yù)警。

在鐵塔關(guān)鍵位置布置北斗監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備，利用我國已經(jīng)建成的北斗地基CORS系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)精度區(qū)域范圍內(nèi)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK虛擬參考站技術(shù)，獲取鐵塔的傾斜、沉降和變形信息，開展廣域網(wǎng)省級(jí)不同電壓等級(jí)電力鐵塔高精度變形監(jiān)測；在精度不高區(qū)域(無法滿足實(shí)時(shí)厘米級(jí))，通過在鐵塔上布設(shè)雙監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備構(gòu)成短基線，以姿態(tài)測量技術(shù)獲取鐵塔的傾斜、沉降和變形信息。所得監(jiān)測信息，用于電力鐵塔預(yù)警平臺(tái)的廣域范圍鐵塔變形監(jiān)測。

雙監(jiān)測點(diǎn)姿態(tài)測量技術(shù)利用塔上北斗雙天線部署方式作為地基增強(qiáng)網(wǎng)高精度盲區(qū)(無法滿足厘米級(jí))的補(bǔ)充監(jiān)測方式，實(shí)現(xiàn)電力鐵塔塔形高精度、自動(dòng)化監(jiān)測。

如圖1所示，本實(shí)施例的基于北斗系統(tǒng)的廣域范圍電力鐵塔高精度形變監(jiān)測方法，具體包括以下步驟：

S1：根據(jù)CORS網(wǎng)監(jiān)測精度判斷是否符合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)監(jiān)測要求；

結(jié)合北斗地基CORS系統(tǒng)精度地理范圍，根據(jù)待監(jiān)測的安全隱患鐵塔塔位信息，判斷該監(jiān)測區(qū)域是否符合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)要求。

S2：若符合厘米級(jí)監(jiān)測要求，則通過網(wǎng)絡(luò)RTK虛擬差分方法獲得鐵塔監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體如下：

利用網(wǎng)絡(luò)RTK虛擬參考站技術(shù)，北斗地基CORS系統(tǒng)采集基準(zhǔn)站接收北斗信號(hào)獲取的原始數(shù)據(jù)，通過地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)回CORS系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)，該服務(wù)平臺(tái)綜合通過塔上監(jiān)測點(diǎn)發(fā)送的初始概要坐標(biāo)進(jìn)行虛擬參考站技術(shù)計(jì)算，將北斗地基CORS系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)形成差分?jǐn)?shù)據(jù)，發(fā)送至塔上北斗監(jiān)測點(diǎn)終端。利用RTCM標(biāo)準(zhǔn)差分?jǐn)?shù)據(jù)，塔上監(jiān)測點(diǎn)終端接收實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)并修正該數(shù)據(jù)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)RTK坐標(biāo)并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量。檢驗(yàn)合格的RTK數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)/北斗短報(bào)文發(fā)送至基于北斗系統(tǒng)的塔形自動(dòng)監(jiān)測及預(yù)警平臺(tái)。

S3：若不符合厘米級(jí)監(jiān)測要求，則通過則雙監(jiān)測點(diǎn)基線姿態(tài)測量方法獲得鐵塔監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體如下：

利用雙監(jiān)測點(diǎn)基線姿態(tài)測量技術(shù)作為高精度(厘米級(jí))盲區(qū)補(bǔ)充監(jiān)測手段，首先獲得電力鐵塔上某一北斗監(jiān)測點(diǎn)1號(hào)實(shí)時(shí)單點(diǎn)坐標(biāo)為啟動(dòng)坐標(biāo)，獲取當(dāng)前監(jiān)測1號(hào)點(diǎn)當(dāng)前即時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并計(jì)算獲得RTCM差分?jǐn)?shù)據(jù)。同時(shí)，獲取塔上另一北斗監(jiān)測點(diǎn)2號(hào)的當(dāng)前即時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并利用監(jiān)測點(diǎn)1號(hào)差分?jǐn)?shù)據(jù)修正以獲得高精度位置數(shù)據(jù)。通過計(jì)算1號(hào)與2號(hào)的相對(duì)坐標(biāo)，獲取基線長度和監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)鐵塔姿態(tài)高精度測量。

S4：對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算鐵塔傾斜角度和沉降值；

根據(jù)前后兩個(gè)時(shí)刻北斗監(jiān)測點(diǎn)位移矢量數(shù)據(jù)，結(jié)合本發(fā)明中塔上北斗監(jiān)測點(diǎn)位置，計(jì)算得出如下數(shù)據(jù)：

監(jiān)測起始時(shí)刻監(jiān)測點(diǎn)1的坐標(biāo)(x_a0,y_a0,z_a0)、監(jiān)測結(jié)束時(shí)刻監(jiān)測點(diǎn)1的坐標(biāo)(x_at,y_at,z_at)，完成如下計(jì)算：

水平偏移量：

豎直沉降量：

傾斜值：

傾斜角：其中H為監(jiān)測點(diǎn)與塔地面的高度；

S5：判斷鐵塔傾斜角度和沉降值是否超過電力輸電線路運(yùn)行規(guī)程限度要求；

根據(jù)DL/T 741-2010《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定桿塔傾斜：50m以下高度鐵塔傾斜度α＜0.4％，50m以上高度鐵塔傾斜度α＜0.35％。需要開展對(duì)有安全隱患的鐵塔進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測和隱患處理工作。

S6：若鐵塔傾斜角度和沉降值超出電力輸電線路運(yùn)行規(guī)程限度要求，則按照預(yù)定義報(bào)警級(jí)別進(jìn)行多手段通知管理人員，確定塔位坐標(biāo)，發(fā)布現(xiàn)場巡視維護(hù)指令；

S7：若鐵塔傾斜角度、沉降值未超出電力輸電線路運(yùn)行規(guī)程要求，則對(duì)鐵塔傾斜、沉降趨勢及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估其安全狀況，從而對(duì)各種類型安全隱患進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)警。

根據(jù)本方法所得監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析鐵塔的變形(傾斜和沉降)，評(píng)估其安全狀況。采用“序列學(xué)習(xí)”方法對(duì)鐵塔的變形進(jìn)行分類、推理和評(píng)估，從而對(duì)各種類型安全隱患進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)警。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。