CN108204800B - 一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置及方法，该装置包括基础连通管和数据处理平台，基础连通管包括中心管和三个支管，支管远离中心管的一端设置有沉降数据获取装置；数据处理平台包括支架、控制器、存储器和与计算机通信的通信模块，控制器的输入端接有数据处理电路，摄像头与数据处理电路连接；该方法包括步骤：一、自动监测装置的安装调整；二、测量管液面高度图像的获取及传输；三、图像处理获取测量管液面高度数据；四、电力设备基础不均匀沉降的自动监测；五、电力设备基础不均匀沉降的预警。本发明通过测量管液面高程相等原理，利用摄像头获取测量管液面高度变化，可实时、准确地监测电力设备基础不均匀沉降观测数据。

Description

一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置及方法

技术领域

本发明属于电力设备基础沉降技术领域，具体涉及一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置及方法。

背景技术

在电力设施建设运营过程中，电力设备基础的沉降状况直接关系到电力设备运行过程中的安全性，其中不均匀沉降对电力设备运营的危害尤其大，因此需要对其基础的不均匀沉降进行实时监测和处理。现有的基础沉降观测方法为传统的精密水准测量，该方法对视线、视距及仪器架设的稳定性要求较高，测量过程中往往要进行多次转站，其作业工作量大，效率低下，且不能提供实时连续监测。同时，现有的倾斜传感器虽然具有较高的灵敏度，但由于其传感装置与基础接触的面积一般很小，在进行倾斜监测时，由于电力设备野外运行过程中的外界环境影响，会导致倾斜测量的误差被放大数十倍，制约了此类倾斜传感器在电力设备基础沉降监测中的应用。因此，目前缺少一种成本低、精度高、结构简单、操作方便的电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其设计新颖合理，可根据电力设备基础大小设置基础连通管长度，通过测量管液面高程相等原理，利用摄像头获取测量管液面高度变化，可实时、准确地获得高精度的电力设备基础不均匀沉降观测数据并进行安全预警确，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：包括安装在电力设备基础上的基础连通管和数据处理平台，所述基础连通管包括中心管和三个均与中心管连通且等长的支管，三个支管中的任意两个支管之间的夹角均为120°，中心管通过软管与用于存储有色液体的储液罐连通，支管远离中心管的一端设置有沉降数据获取装置，沉降数据获取装置包括保护罩以及均设置在保护罩内的测量管和获取测量管测量数据的摄像头，测量管为L形透明测量管，所述L形透明测量管朝向摄像头的一侧设置有刻度，所述L形透明测量管与支管远离中心管的一端连通，所述L形透明测量管的顶端开设有通孔；所述数据处理平台包括支架和设置在支架上的电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器以及均与控制器相接的存储器和用于与计算机通信的通信模块，控制器的输入端接有数据处理电路，摄像头通过摄像头连接线与数据处理电路连接。

上述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述L形透明测量管与支管通过电动流量调节阀连接，电动流量调节阀由控制器控制，电动流量调节阀固定在电力设备基础上。

上述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述有色液体为有色防冻液体。

上述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述软管上安装有抽水泵，所述抽水泵由控制器控制。

上述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述保护罩为隔热防水透明保护罩。

上述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述通信模块为有线通信模块或无线通信模块。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、可检测电力设备基础不均匀沉降的自动监测的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、自动监测装置的安装调整，过程如下：

步骤101、确定电力设备基础平面的中心位置，将中心管的中心位置设置在电力设备基础平面的中心位置处，确定电力设备基础的初始平面水平，调节L形透明测量管的竖向测量管与电力设备基础的初始平面垂直；

步骤102、通过电动流量调节阀将L形透明测量管与支管连接，在软管上安装抽水泵，所述抽水泵和电动流量调节阀均由控制器控制，电动流量调节阀固定在电力设备基础上，利用控制器控制所述抽水泵和电动流量调节阀开启，储液罐中的有色液体被所述抽水泵抽至中心管中，所述有色液体从中心管流至各支管中，进而流至测量管中，保持三个测量管中的液面等高；

步骤103、计算机设定三个支管分别为支管A、支管B和支管C，调整支管A指向正北方向，支管A、支管B和支管C按照顺时针排序；

计算机设定三个测量管分别为测量管A、测量管B和测量管C，所述测量管A与支管A连通，所述测量管B与支管B连通，所述测量管C与支管C连通；

步骤二、测量管液面高度图像的获取及传输：摄像头以时间T为周期，对测量管进行拍照，获取不同时刻测量管液面高度图像，并将不同时刻的测量管液面高度图像传输至控制器并存储在存储器中，控制器通过通信模块以拍照时间为顺序将存储器中存储的不同时刻的测量管液面高度图像传输至计算机；

步骤三、图像处理获取测量管液面高度数据：计算机以接收到的测量管液面高度图像的时间为序对不同时刻的测量管液面高度图像进行处理，图像处理过程中，对不同时刻的测量管液面高度图像处理方法均相同；

对任意一张测量管液面高度图像进行图像处理时，过程如下：

步骤301、测量管液面高度图像灰度处理，得到测量管液面高度灰度图像；

步骤302、采用快速中值滤波算法对测量管液面高度灰度图像进行滤波处理，得到测量管液面高度灰度去噪图像；

步骤303、利用边缘检测方法对测量管液面高度灰度去噪图像进行处理，提取测量管液面高度灰度去噪图像中液面边界位置，并识别液面边界位置处的刻度数据，获取测量管液面高度读数；

步骤四、电力设备基础不均匀沉降的自动监测，过程如下：

步骤401、构建三维空间坐标系：以电力设备基础所在平面的中心位置为坐标原点O，以支管A指向的正北方向为Y轴正方向，以水平垂直于Y轴且由支管C指向支管B的方向为X轴正方向，以竖直垂直于Y轴且由电力设备基础所在平面竖直朝上的方向为Z轴正方向建立三维空间坐标系O-XYZ，Y轴穿过支管A的中轴线；

步骤402、计算第i次观测时测量管A的液面高度变化值Z_Ai、测量管B的液面高度变化值Z_Bi和测量管C的液面高度变化值Z_Ci，其中，i为观测次数且i为不小于1的正整数，Z_a0为测量管A的液面高度初始读数，Z_b0为测量管B的液面高度初始读数，Z_c0为测量管C的液面高度初始读数，Z_ai为第i次观测时测量管A的液面高度观测读数，Z_bi为第i次观测时测量管B的液面高度观测读数，Z_ci为第i次观测时测量管C的液面高度观测读数；

步骤403、建立测量管液面平面方程：计算机根据第i次观测时测量管A的液面高度点(0，2h，Z_Ai)、第i次观测时测量管B的液面高度点 和第i次观测时测量管C的液面高度点/>建立第i次观测时的测量管液面平面方程为：其中，2h为支管的长度；

步骤404、根据第i次观测时的测量管液面平面方程和水平面OS方程z＝0，确定第i次观测时的测量管液面平面方程与水平面OS的交线/>根据第i次观测时的测量管液面平面方程与水平面OS的交线与第i次观测时的电力设备基础的倾斜线垂直，得到第i次观测时的电力设备基础的倾斜线

计算由测量管A的液面高度点、测量管B的液面高度点和测量管C的液面高度点构成的圆x²+y²＝4h²与第i次观测时的电力设备基础的倾斜线的交点，得到第一交点(x₁,y₁)和第二交点(x₂,y₂)，将第一交点(x₁,y₁)和第二交点(x₂,y₂)分别带入第i次观测时的测量管液面平面方程得到第一液面变化值z₁和第二液面变化值z₂，其中|z₁|＝|z₂|；根据公式/>计算电力设备基础的倾斜角度β；

步骤405、确定电力设备基础的倾斜方位角：利用第i次观测时的电力设备基础的倾斜线确定第i次观测时的电力设备基础的倾斜基础方位角/>其中，0°≤α⁰＜180°；

根据公式Z_min＝min(z₁,z₂)，确定第一液面变化值z₁和第二液面变化值z₂中的最小值，并利用Z_min确定其对应的X坐标x_low，其中，当z₁＞z₂时，Z_min＝z₂，x_low＝x₂；当z₁＜z₂时，Z_min＝z₁，x_low＝x₁；

当x_low＞0时，第i次观测时的电力设备基础的倾斜方位角α＝α⁰；

当x_low＜0时，第i次观测时的电力设备基础的倾斜方位角α＝α⁰+180°；

当x_low＝0，y_low＞0时，第i次观测时的电力设备基础的倾斜方位角α＝0°；

当x_low＝0，y_low＜0时，第i次观测时的电力设备基础的倾斜方位角α＝180°；

其中，第i次观测时的电力设备基础的倾斜方位角α为与北方向的夹角，y_low为利用Z_min确定其对应的Y坐标，当z₁＞z₂时，Z_min＝z₂，y_low＝y₂；当z₁＜z₂时，Z_min＝z₁，y_low＝y₁；

步骤406、根据公式ΔH＝2|z₁cosβ|，计算电力设备基础的相对沉降ΔH；

步骤五、电力设备基础不均匀沉降的预警：在计算机中预先存储电力设备基础的倾斜角度阈值和相对沉降量阈值，当电力设备基础的倾斜角度β大于电力设备基础的倾斜角度阈值，或者电力设备基础的相对沉降ΔH大于电力设备基础的相对沉降量阈值时，计算机发出预警信号。

上述的方法，其特征在于：步骤102中利用测量管上安装的电动流量调节阀调节流入该测量管中的有色液体等量，保持三个测量管中的液面等高。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用的自动监测装置可根据电力设备基础的面积大小设置支管的长度，使基础连通管遍布电力设备基础中绝大多数面积，测量电力设备基础倾斜精度高，避免使用倾斜传感器与电力设备基础接触的面积小，导致倾斜测量的误差被放大，便于推广使用。

2、本发明采用自动监测装置，通过为每个测量管配备一个摄像头，一组测量管和摄像头安装在同一个保护罩中，可靠稳定，测量管液面高程相等原理，利用摄像头获取测量管液面高度变化，可实时、准确地获得高精度的电力设备基础不均匀沉降观测数据并利用计算机进行安全预警确，使用效果好。

3、本发明采用自动监测方法，步骤简单，通过调整支管A、支管B和支管C按照顺时针排序，调整支管A指向正北方向为后续的计算提供参考便利，利用图像处理技术对测量管液面高度数据进行提取，自动监测电力设备基础不均匀沉降中的倾斜角度、倾斜方向和相对沉降量，将实时测量的倾斜角度和相对沉降量与倾斜角度阈值和相对沉降量阈值进行比较，实时进行安全预警，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，可根据电力设备基础大小设置基础连通管长度，通过测量管液面高程相等原理，利用摄像头获取测量管液面高度变化，可实时、准确地获得高精度的电力设备基础不均匀沉降观测数据并进行安全预警确，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明自动监测装置的结构俯视图。

图2为本发明自动监测装置中沉降数据获取装置在电力设备基础上的安装关系示意图。

图3为本发明自动监测装置中测量管与支管连接关系示意图。

图4为本发明自动监测装置的电路原理框图。

图5为本发明自动监测方法中支管A、支管B和支管C在三维空间坐标系O-XYZ中的俯视位置关系示意图。

图6为本发明自动监测方法中电力设备基础的相对沉降ΔH的几何变化示意图。

图7为本发明自动监测方法的方法流程框图。

附图标记说明:

1—电力设备基础； 2-1—中心管； 2-2—支管；

3—沉降数据获取装置； 3-1—保护罩； 3-2—测量管；

3-3—摄像头； 3-4—摄像头连接线； 3-5—通孔；

4—支架； 5—软管； 6—储液罐；

7—电动流量调节阀； 8—数据处理电路； 9—通信模块；

10—存储器； 11—计算机； 12—控制器。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明所述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，包括安装在电力设备基础1上的基础连通管和数据处理平台，所述基础连通管包括中心管2-1和三个均与中心管2-1连通且等长的支管2-2，三个支管2-2中的任意两个支管2-2之间的夹角均为120°，中心管2-1通过软管5与用于存储有色液体的储液罐6连通，支管2-2远离中心管2-1的一端设置有沉降数据获取装置3，沉降数据获取装置3包括保护罩3-1以及均设置在保护罩3-1内的测量管3-2和获取测量管3-2测量数据的摄像头3-3，测量管3-2为L形透明测量管，所述L形透明测量管朝向摄像头3-3的一侧设置有刻度，所述L形透明测量管与支管2-2远离中心管2-1的一端连通，所述L形透明测量管的顶端开设有通孔3-5；所述数据处理平台包括支架4和设置在支架4上的电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器12以及均与控制器12相接的存储器10和用于与计算机11通信的通信模块9，控制器12的输入端接有数据处理电路8，摄像头3-3通过摄像头连接线3-4与数据处理电路8连接。

需要说明的是，根据电力设备基础1的面积大小在电力设备基础1上安装适合尺寸的基础连通管，使基础连通管遍布电力设备基础1中绝大多数面积，测量电力设备基础1倾斜精度高，避免使用倾斜传感器与电力设备基础1接触的面积小，导致倾斜测量的误差被放大，在电力设备基础1上安装的基础连通管为测量管3-2提供输液管道，基础连通管中三个支管2-2等长便于中心管2-1同步为三个支管2-2供液，进而同步为三个测量管3-2供液，三个支管2-2中的任意两个支管2-2之间的夹角均为120°实现三个支管2-2均匀的分布在电力设备基础1上，实际使用中，优选的电力设备基础1的平面为圆形；沉降数据获取装置3中设置保护罩3-1的目的一是为了防止测量管3-2中的液体热胀冷缩，二是为了避免测量管3-2以及摄像头3-3被灰尘干扰，避免环境干扰，提高测量精度，三是为了避免测量管3-2中液体蒸发过快；沉降数据获取装置3中设置测量管3-2且测量管3-2为L形透明测量管，L形透明测量管的横向测量管便于测量管3-2与支管2-2连接，L形透明测量管的竖向测量管便于观察测量管3-2中液面位置，实际使用中，刻度设置在，L形透明测量管的竖向测量管上便于摄像头3-3拍摄，通孔3-5开设在L形透明测量管的竖向测量管的顶端便于平衡大气压，每个保护罩3-1内为测量管3-2配备一个摄像头3-3，读取该摄像头3-3对应的测量管3-2的液面高度数据，可靠稳定；

实际使用中，数据处理平台中的支架4安装在中心管2-1的正上方便于放置电子线路板，电子线路板上集成有控制器12同时获取三个摄像头3-3拍摄的图像信息，由于三个支管2-2等长，三个摄像头3-3配备的三个摄像头连接线3-4也等长，利于数据的同步传输，减少通信时差带来的误差影响。

本实施例中，所述L形透明测量管与支管2-2通过电动流量调节阀7连接，电动流量调节阀7由控制器12控制，电动流量调节阀7固定在电力设备基础1上。

需要说明的是，L形透明测量管与支管2-2通过电动流量调节阀7连接，电动流量调节阀7一方面具有控制液体流过或阻挡液体流通的功能，另一方面具有记录流过液体流量的功能，实际使用中，三个L形透明测量管中液体蒸发率有可能不一样，导致每个L形透明测量管中待补充的液体的量不一致，为每个L形透明测量管安装一个电动流量调节阀7，便于灵活调节每个L形透明测量管中液体的需求量，使用效果好。

本实施例中，所述有色液体为有色防冻液体。

需要说明的是，L形透明测量管中冲入有色液体便于摄像头3-3获取液面高度数据时，区分液面边界，便于后期的图像处理，由于电力设备往往设置在野外运行，野外环境恶劣，温差大，有色液体采用有色防冻液体，避免液体冻住，影响测量数据。

本实施例中，所述软管5上安装有抽水泵，所述抽水泵由控制器12控制。

本实施例中，所述保护罩3-1为隔热防水透明保护罩。

需要说明的是，所述保护罩3-1采用隔热防水透明保护罩的目的一是为了防止液体热胀冷缩，二是避免天气环境与沉降数据获取装置带来的干扰，三是为了避免灰尘对摄像头3-3的干扰，四是为了保证摄像头3-3光线良好，便于摄像头3-3拍摄图像获取液面高度。

本实施例中，所述通信模块9为有线通信模块或无线通信模块。

实际使用中，所述通信模块9优选的采用无线通信模块，便于测量人员远程监测电力设备基础1，减少人力物力财力的浪费，使用效果好。

如图5至图7所示的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测的方法，包括以下步骤：

步骤一、自动监测装置的安装调整，过程如下：

步骤101、确定电力设备基础1平面的中心位置，将中心管2-1的中心位置设置在电力设备基础1平面的中心位置处，确定电力设备基础1的初始平面水平，调节L形透明测量管的竖向测量管与电力设备基础1的初始平面垂直；

需要说明的是，确定电力设备基础1平面的中心位置和中心管2-1的中心位置，便于自动监测装置的安装，提高测量的精度。

步骤102、通过电动流量调节阀7将L形透明测量管与支管2-2连接，在软管5上安装抽水泵，所述抽水泵和电动流量调节阀7均由控制器12控制，电动流量调节阀7固定在电力设备基础1上，利用控制器12控制所述抽水泵和电动流量调节阀7开启，储液罐6中的有色液体被所述抽水泵抽至中心管2-1中，所述有色液体从中心管2-1流至各支管2-2中，进而流至测量管3-2中，保持三个测量管3-2中的液面等高；

本实施例中，步骤102中利用测量管3-2上安装的电动流量调节阀7调节流入该测量管3-2中的有色液体等量，保持三个测量管3-2中的液面等高。

实际使用中，每个测量管3-2的长度和管径尺寸均相同，初始条件下，调节流入该测量管3-2中的有色液体等量即可调整三个测量管3-2中的液面等高。

步骤103、计算机11设定三个支管2-2分别为支管A、支管B和支管C，调整支管A指向正北方向，支管A、支管B和支管C按照顺时针排序；

实际使用中，通过调整支管A、支管B和支管C按照顺时针排序，调整支管A指向正北方向为后续的计算提供参考便利，简化计算。

计算机11设定三个测量管3-2分别为测量管A、测量管B和测量管C，所述测量管A与支管A连通，所述测量管B与支管B连通，所述测量管C与支管C连通；

步骤二、测量管液面高度图像的获取及传输：摄像头3-3以时间T为周期，对测量管3-2进行拍照，获取不同时刻测量管液面高度图像，并将不同时刻的测量管液面高度图像传输至控制器12并存储在存储器10中，控制器12通过通信模块9以拍照时间为顺序将存储器10中存储的不同时刻的测量管液面高度图像传输至计算机11；

步骤三、图像处理获取测量管液面高度数据：计算机11以接收到的测量管液面高度图像的时间为序对不同时刻的测量管液面高度图像进行处理，图像处理过程中，对不同时刻的测量管液面高度图像处理方法均相同；

对任意一张测量管液面高度图像进行图像处理时，过程如下：

步骤301、测量管液面高度图像灰度处理，得到测量管液面高度灰度图像；

步骤302、采用快速中值滤波算法对测量管液面高度灰度图像进行滤波处理，得到测量管液面高度灰度去噪图像；

步骤303、利用边缘检测方法对测量管液面高度灰度去噪图像进行处理，提取测量管液面高度灰度去噪图像中液面边界位置，并识别液面边界位置处的刻度数据，获取测量管液面高度读数；

需要说明的是，测量管3-2中装有的有色液体与测量管3-2自身的颜色不同，摄像头3-3拍摄的图像进行灰度处理后液面边界清晰，利用边缘检测方法提取液面边界效率高。

步骤四、电力设备基础不均匀沉降的自动监测，过程如下：

步骤401、构建三维空间坐标系：以电力设备基础1所在平面的中心位置为坐标原点O，以支管A指向的正北方向为Y轴正方向，以水平垂直于Y轴且由支管C指向支管B的方向为X轴正方向，以竖直垂直于Y轴且由电力设备基础1所在平面竖直朝上的方向为Z轴正方向建立三维空间坐标系O-XYZ，Y轴穿过支管A的中轴线；

步骤402、计算第i次观测时测量管A的液面高度变化值Z_Ai、测量管B的液面高度变化值Z_Bi和测量管C的液面高度变化值Z_Ci，其中，i为观测次数且i为不小于1的正整数，Z_a0为测量管A的液面高度初始读数，Z_b0为测量管B的液面高度初始读数，Z_c0为测量管C的液面高度初始读数，Z_ai为第i次观测时测量管A的液面高度观测读数，Z_bi为第i次观测时测量管B的液面高度观测读数，Z_ci为第i次观测时测量管C的液面高度观测读数；

步骤403、建立测量管液面平面方程：计算机11根据第i次观测时测量管A的液面高度点(0，2h，Z_Ai)、第i次观测时测量管B的液面高度点和第i次观测时测量管C的液面高度点/>建立第i次观测时的测量管液面平面方程为：其中，2h为支管2-2的长度；

步骤404、根据第i次观测时的测量管液面平面方程和水平面OS方程z＝0，确定第i次观测时的测量管液面平面方程与水平面OS的交线/>根据第i次观测时的测量管液面平面方程与水平面OS的交线与第i次观测时的电力设备基础的倾斜线垂直，得到第i次观测时的电力设备基础的倾斜线

计算由测量管A的液面高度点、测量管B的液面高度点和测量管C的液面高度点构成的圆x²+y²＝4h²与第i次观测时的电力设备基础的倾斜线的交点，得到第一交点(x₁,y₁)和第二交点(x₂,y₂)，将第一交点(x₁,y₁)和第二交点(x₂,y₂)分别带入第i次观测时的测量管液面平面方程得到第一液面变化值z₁和第二液面变化值z₂，其中|z₁|＝|z₂|；根据公式/>计算电力设备基础的倾斜角度β；

步骤405、确定电力设备基础的倾斜方位角：利用第i次观测时的电力设备基础的倾斜线确定第i次观测时的电力设备基础的倾斜基础方位角/>其中，0°≤α⁰＜180°；

根据公式Z_min＝min(z₁,z₂)，确定第一液面变化值z₁和第二液面变化值z₂中的最小值，并利用Z_min确定其对应的X坐标x_low，其中，当z₁＞z₂时，Z_min＝z₂，x_low＝x₂；当z₁＜z₂时，Z_min＝z₁，x_low＝x₁；

当x_low＞0时，第i次观测时的电力设备基础1的倾斜方位角α＝α⁰；

当x_low＜0时，第i次观测时的电力设备基础1的倾斜方位角α＝α⁰+180°；

当x_low＝0，y_low＞0时，第i次观测时的电力设备基础1的倾斜方位角α＝0°；

当x_low＝0，y_low＜0时，第i次观测时的电力设备基础1的倾斜方位角α＝180°；

其中，第i次观测时的电力设备基础1的倾斜方位角α为与北方向的夹角，y_low为利用Z_min确定其对应的Y坐标，当z₁＞z₂时，Z_min＝z₂，y_low＝y₂；当z₁＜z₂时，Z_min＝z₁，y_low＝y₁；

步骤406、根据公式ΔH＝2|z₁cosβ|，计算电力设备基础1的相对沉降ΔH；

步骤五、电力设备基础不均匀沉降的预警：在计算机11中预先存储电力设备基础1的倾斜角度阈值和相对沉降量阈值，当电力设备基础1的倾斜角度β大于电力设备基础1的倾斜角度阈值，或者电力设备基础1的相对沉降ΔH大于电力设备基础1的相对沉降量阈值时，计算机11发出预警信号。

本发明使用时，可根据电力设备基础大小设置基础连通管长度，通过测量管液面高程相等原理，利用摄像头获取测量管液面高度变化，可实时、准确地获得高精度的电力设备基础不均匀沉降观测数据并进行安全预警确，使用效果好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：包括安装在电力设备基础(1)上的基础连通管和数据处理平台，所述基础连通管包括中心管(2-1)和三个均与中心管(2-1)连通且等长的支管(2-2)，三个支管(2-2)中的任意两个支管(2-2)之间的夹角均为120°，中心管(2-1)通过软管(5)与用于存储有色液体的储液罐(6)连通，支管(2-2)远离中心管(2-1)的一端设置有沉降数据获取装置(3)，沉降数据获取装置(3)包括保护罩(3-1)以及均设置在保护罩(3-1)内的测量管(3-2)和获取测量管(3-2)测量数据的摄像头(3-3)，测量管(3-2)为L形透明测量管，所述L形透明测量管朝向摄像头(3-3)的一侧设置有刻度，所述L形透明测量管与支管(2-2)远离中心管(2-1)的一端连通，所述L形透明测量管的顶端开设有通孔(3-5)；所述数据处理平台包括支架(4)和设置在支架(4)上的电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器(12)以及均与控制器(12)相接的存储器(10)和用于与计算机(11)通信的通信模块(9)，控制器(12)的输入端接有数据处理电路(8)，摄像头(3-3)通过摄像头连接线(3-4)与数据处理电路(8)连接；

所述L形透明测量管与支管(2-2)通过电动流量调节阀(7)连接，电动流量调节阀(7)由控制器(12)控制，电动流量调节阀(7)固定在电力设备基础(1)上；

所述有色液体为有色防冻液体。

2.按照权利要求1所述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述软管(5)上安装有抽水泵，所述抽水泵由控制器(12)控制。

3.按照权利要求1所述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述保护罩(3-1)为隔热防水透明保护罩。

4.按照权利要求1所述的一种电力设备基础不均匀沉降的自动监测装置，其特征在于：所述通信模块(9)为有线通信模块或无线通信模块。

5.一种利用如权利要求1所述装置进行电力设备基础不均匀沉降的自动监测的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、自动监测装置的安装调整，过程如下：

步骤101、确定电力设备基础(1)平面的中心位置，将中心管(2-1)的中心位置设置在电力设备基础(1)平面的中心位置处，确定电力设备基础(1)的初始平面水平，调节L形透明测量管的竖向测量管与电力设备基础(1)的初始平面垂直；

步骤102、通过电动流量调节阀(7)将L形透明测量管与支管(2-2)连接，在软管(5)上安装抽水泵，所述抽水泵和电动流量调节阀(7)均由控制器(12)控制，电动流量调节阀(7)固定在电力设备基础(1)上，利用控制器(12)控制所述抽水泵和电动流量调节阀(7)开启，储液罐(6)中的有色液体被所述抽水泵抽至中心管(2-1)中，所述有色液体从中心管(2-1)流至各支管(2-2)中，进而流至测量管(3-2)中，保持三个测量管(3-2)中的液面等高；

步骤103、计算机(11)设定三个支管(2-2)分别为支管A、支管B和支管C，调整支管A指向正北方向，支管A、支管B和支管C按照顺时针排序；

计算机(11)设定三个测量管(3-2)分别为测量管A、测量管B和测量管C，所述测量管A与支管A连通，所述测量管B与支管B连通，所述测量管C与支管C连通；

步骤二、测量管液面高度图像的获取及传输：摄像头(3-3)以时间T为周期，对测量管(3-2)进行拍照，获取不同时刻测量管液面高度图像，并将不同时刻的测量管液面高度图像传输至控制器(12)并存储在存储器(10)中，控制器(12)通过通信模块(9)以拍照时间为顺序将存储器(10)中存储的不同时刻的测量管液面高度图像传输至计算机(11)；

步骤三、图像处理获取测量管液面高度数据：计算机(11)以接收到的测量管液面高度图像的时间为序对不同时刻的测量管液面高度图像进行处理，图像处理过程中，对不同时刻的测量管液面高度图像处理方法均相同；

对任意一张测量管液面高度图像进行图像处理时，过程如下：

步骤301、测量管液面高度图像灰度处理，得到测量管液面高度灰度图像；

步骤302、采用快速中值滤波算法对测量管液面高度灰度图像进行滤波处理，得到测量管液面高度灰度去噪图像；

步骤303、利用边缘检测方法对测量管液面高度灰度去噪图像进行处理，提取测量管液面高度灰度去噪图像中液面边界位置，并识别液面边界位置处的刻度数据，获取测量管液面高度读数；

步骤四、电力设备基础不均匀沉降的自动监测，过程如下：

步骤401、构建三维空间坐标系：以电力设备基础(1)所在平面的中心位置为坐标原点O，以支管A指向的正北方向为Y轴正方向，以水平垂直于Y轴且由支管C指向支管B的方向为X轴正方向，以竖直垂直于Y轴且由电力设备基础(1)所在平面竖直朝上的方向为Z轴正方向建立三维空间坐标系O-XYZ，Y轴穿过支管A的中轴线；

步骤402、根据公式计算第i次观测时测量管A的液面高度变化值Z_Ai、测量管B的液面高度变化值Z_Bi和测量管C的液面高度变化值Z_Ci，其中，i为观测次数且i为不小于1的正整数，Z_a0为测量管A的液面高度初始读数，Z_b0为测量管B的液面高度初始读数，Z_c0为测量管C的液面高度初始读数，Z_ai为第i次观测时测量管A的液面高度观测读数，Z_bi为第i次观测时测量管B的液面高度观测读数，Z_ci为第i次观测时测量管C的液面高度观测读数；

步骤403、建立测量管液面平面方程：计算机(11)根据第i次观测时测量管A的液面高度点(0，2h，Z_Ai)、第i次观测时测量管B的液面高度点和第i次观测时测量管C的液面高度点/>建立第i次观测时的测量管液面平面方程为：其中，2h为支管(2-2)的长度；

步骤404、根据第i次观测时的测量管液面平面方程和水平面OS方程z＝0，确定第i次观测时的测量管液面平面方程与水平面OS的交线/>根据第i次观测时的测量管液面平面方程与水平面OS的交线与第i次观测时的电力设备基础的倾斜线垂直，得到第i次观测时的电力设备基础的倾斜线

根据公式计算由测量管A的液面高度点、测量管B的液面高度点和测量管C的液面高度点构成的圆x²+y²＝4h²与第i次观测时的电力设备基础的倾斜线的交点，得到第一交点(x₁,y₁)和第二交点(x₂,y₂)，将第一交点(x₁,y₁)和第二交点(x₂,y₂)分别带入第i次观测时的测量管液面平面方程得到第一液面变化值z₁和第二液面变化值z₂，其中z₁＝z₂；根据公式/>计算电力设备基础的倾斜角度β；

步骤405、确定电力设备基础的倾斜方位角：利用第i次观测时的电力设备基础的倾斜线确定第i次观测时的电力设备基础的倾斜基础方位角/>其中，0°≤α⁰＜180°；

根据公式Z_min＝min(z₁,z₂)，确定第一液面变化值z₁和第二液面变化值z₂中的最小值，并利用Z_min确定其对应的X坐标x_low，其中，当z₁＞z₂时，Z_min＝z₂，x_low＝x₂；当z₁＜z₂时，Z_min＝z₁，x_low＝x₁；

当x_low＞0时，第i次观测时的电力设备基础(1)的倾斜方位角α＝α⁰；

当x_low＜0时，第i次观测时的电力设备基础(1)的倾斜方位角α＝α⁰+180°；

当x_low＝0，y_low＞0时，第i次观测时的电力设备基础(1)的倾斜方位角α＝0°；

当x_low＝0，y_low＜0时，第i次观测时的电力设备基础(1)的倾斜方位角α＝180°；

其中，第i次观测时的电力设备基础(1)的倾斜方位角α为与北方向的夹角，y_low为利用Z_min确定其对应的Y坐标，当z₁＞z₂时，Z_min＝z₂，y_low＝y₂；当z₁＜z₂时，Z_min＝z₁，y_low＝y₁；

步骤406、根据公式ΔH＝2|z₁cosβ|，计算电力设备基础(1)的相对沉降ΔH；

步骤五、电力设备基础不均匀沉降的预警：在计算机(11)中预先存储电力设备基础(1)的倾斜角度阈值和相对沉降量阈值，当电力设备基础(1)的倾斜角度β大于电力设备基础(1)的倾斜角度阈值，或者电力设备基础(1)的相对沉降ΔH大于电力设备基础(1)的相对沉降量阈值时，计算机(11)发出预警信号。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤102中利用测量管(3-2)上安装的电动流量调节阀(7)调节流入该测量管(3-2)中的有色液体等量，保持三个测量管(3-2)中的液面等高。