CN108508469A - 一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***及其监测方法 - Google Patents

一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***及其监测方法 Download PDF

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黄凯
王红全
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Abstract

本发明涉及一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***及其监测方法，包括基准站单元子***，用于获取基准站的卫星观测数据，并将所述基准站的卫星观测数据发送到监测点单元子***；监测点单元子***，用于获取监测点的卫星观测数据，将获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标；预警监测平台子***，用于获取被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息，依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。本发明大大减少向后台传输的数据量，克服北斗短报文数据传输频率低、数据传输量少缺陷，提高了监测效率和预警能力。

Description

一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***及其监测 方法
技术领域
本发明涉及输电线路电力铁塔监测技术领域，具体涉及一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***及其监测方法。
背景技术
输电线路电力铁塔是我国电力输送网络中必不可少的基础工程，但是由于地质灾害、施工质量不过关、地基不均匀、意外冲撞等原因可能造成铁塔发生倾斜甚至倒塌，对电网安全造成重大的影响。我国部分电力铁塔的安全状况令人堪忧，而人工巡检等监测手段具有周期长、效率低等缺点，无法及时发觉突发事件造成的铁塔倾斜，极有可能造成事态的进一步扩大。为了保障电力传输***安全可靠的运行，需要提早开展对有安全隐患的铁塔进行预警监测和隐患处理工作。北斗卫星导航***是我国正在实施自主发展、独立运行的全球卫星导航***，具备导航定位、高精度授时、短报文通信功能，具有高精度、全天候、实时性强、自动化程度高、无通信盲区等优势，同时该***信号目前已覆盖全亚太地区，无通信盲区。现有的利用北斗技术进行电力铁塔形变监测***是将基准点和监测点的RTCM差分数据传到后台，然后在后台进行数据处理，数据传输量大且要求数据传输质量稳定可靠，对于一些公网通信不发达地区，或者在通信设施遭到地质灾害等破坏的地区，就无法利用公网等常规通信手段进行监测数据的传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***及其监测方法，通过该***能够解决通信由于地理环境的限制造成的电力铁塔监测数据采集、传输的瓶颈问题，实现重点区域电力铁塔自动化监测，有效提升灾害多发地区及多发季节的监测频度，提高对重大地区电塔灾害的监测效率和预警能力。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***，包括基准站单元子***、监测点单元子***及预警监测平台子***；
所述基准站单元子***，用于获取基准站的卫星观测数据，并将所述基准站的卫星观测数据发送到监测点单元子***；
所述监测点单元子***，用于获取监测点的卫星观测数据，将获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标，并对相对精准坐标进行处理得到被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息；
所述预警监测平台子***，用于获取被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息，依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。
进一步的，所述基准站单元子***包括基准点北斗接收机，所述基准点北斗接收机通过北斗扼流圈天线与卫星信号连接，该基准点北斗接收机并通过无线数传电台与监测点单元子***信号连接。
进一步的，所述监测点单元子***包括监测点北斗接收机、前置数据解算模块及北斗用户机，监测点北斗接收机通过测量天线与卫星信号连接，该监测点北斗接收机通过串口RS232与前置数据解算单元连接，所述前置数据解算单元与北斗用户机信号连接，所述北斗用户机通过北斗卫星与预警监测平台子***连接。
进一步的，所述预警监测平台子***包括北斗接收机及预警监测平台，所述北斗接收机通过串口RS232与预警监测平台连接。
一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测方法，包括以下步骤：
(1)获取基准站的卫星观测数据及监测点的卫星观测数据；
(2)对获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标；
(3)对相对精准坐标进行处理得到被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息，依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。
进一步的，步骤(2)中，所述对获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标，具体步骤为：
(21)通过星历数据计算选定的卫星位置坐标，利用卫星和单点定位坐标计算伪距双差，得到观测方程系数矩阵；
(22)对观测方程系数矩阵进行载波相位单差和双差解算，建立双差载波相位观测方程；
(23)对双差载波相位观测方程进行求解，利用最小二乘法获得坐标改正量和整周模糊度实数解；
(24)由双差整周模糊度的浮点解，经过模糊度搜索法固定双差整周模糊度，得到电力铁塔相对坐标。
由上述技术方案可知，本发明本能够实现电力铁塔监测点毫米级定位精度，采用在现场前端进行数据处理获取相对位移、沉降及倾斜信息，大大减少向后台传输的数据量，克服北斗短报文数据传输频率低、数据传输量少缺陷，并有效解决了由于地理环境的限制造成的电力铁塔监测数据采集、传输的瓶颈问题，实现对地质灾害多发等重点地区电力铁塔全天候、全天时、自动化、智能化监测，提高监测效率和预警能力，及时发现隐患并预警。
附图说明
图1是本发明的***图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***，包括基准站单元子***1、监测点单元子***2及预警监测平台子***3；
其中，基准站单元子***1，用于获取基准站的卫星观测数据，并将基准站的卫星观测数据发送到监测点单元子***2；监测点单元子***2，用于获取监测点的卫星观测数据，将获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标，并对相对精准坐标进行处理得到被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息；预警监测平台子***3，用于获取被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息，依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。
本实施例的，基准站单元子***1包括基准点北斗接收机，基准点北斗接收机通过北斗扼流圈天线与卫星信号连接，该基准点北斗接收机并通过无线数传电台与监测点单元子***2信号连接。
监测点单元子***2包括监测点北斗接收机、前置数据解算模块及北斗用户机，监测点北斗接收机通过测量天线与卫星信号连接，该监测点北斗接收机通过串口RS232与前置数据解算单元连接，前置数据解算单元与北斗用户机信号连接，北斗用户机通过北斗卫星与预警监测平台子***3连接。
预警监测平台子***3包括北斗接收机及预警监测平台，北斗接收机通过串口RS232与预警监测平台连接。
工作原理：基准站单元子***1通过北斗扼流圈天线获取基准站的卫星观测数据，并将获取该卫星观测数据通过无线数传电台发送给监测点单元子***22中的前置数据解算单元中进行处理，监测点单元子***22通过测量天线获取监测点卫星观测数据，并将该卫星观测数据通过串口RS232发送给前置数据解算单元进行处理，该前置解算单元将获取的监测点卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算，得到基准点与监测点的相对精确坐标。
预警监测平台通过串口与北斗指挥机进行数据交互，获取各监测点电力铁塔相对位移坐标并存库。该预警监测平台具有分析、显示、管理和预警功能，通过分析及处理得出各监测点电力铁塔的形变、沉降及倾斜信息，依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。当监测值超过预警阈值时，及时发出警报，通知相关管理采取措施。
该前置解算单元将获取的监测点卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算，得到基准点与监测点的相对精确坐标，具体步骤为：
步骤1：通过星历数据计算选定的卫星位置坐标，利用卫星和单点定位坐标计算伪距双差，得到观测方程系数矩阵。提取载波相位观测方程，如t时刻站点i(基准站和监测点)对卫星j的载波相位观测量方程如公式(1)所示。
式(1)中，f为载波的频率，c为光速，为观测站i对卫星j载波相位的整周数为接收机Ti对卫星j在历元t载波相位观测量，为观测历元t由卫星j至观测站Ti的码伪距，δtj(t)为卫星j的时钟差，δti(t)为测站接收机i钟差；为测站i电离层折射对卫星j载波信号传播路径影响；为测站i对流层折射对卫星j载波信号传播路径影响。
步骤2：根据式(1)进行载波相位单差和双差解算，建立双差载波相位观测方程，简化后的双差观测方程见公式(2)，
其中，λ为载波的波长，为t时刻载波相位观测量双差值，ρ为相应的伪距值，为双差整周模糊度。
步骤3：求解多历元的双差方程，利用最小二乘获得坐标改正量和整周模糊度实数解。在基准站和监测点基线两端同步观测同一组卫星的历元数为nt，相应的误差方程组为公式(3)。
按最小二乘法构造方程式(4)。
NΔY+U＝0 (4)
其中，
N＝(A B)TP(A B),U＝(A B)TPL，A为观测量系数，B为单位矩阵，L为观测噪声矢量，P为权阵，δX为基线矢量，为双差整周模糊度矢量。
求解式(4)得到ΔY＝-N-1U,从而求得双差整周模糊度的浮点解
步骤4：由双差整周模糊度的浮点解，经过模糊度搜索法LAMBDA算法固定双差整周模糊度回代方程(4)求解出精确的基线矢量最后获得毫米级高精度的电力铁塔相对坐标。该相对坐标包括水平方向和垂直方向的，其中水平方向反映的是位移，垂直方向的是沉降，由相对位移量可得出铁塔倾斜信息。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***，其特征在于：包括基准站单元子***、监测点单元子***及预警监测平台子***；
所述基准站单元子***，用于获取基准站的卫星观测数据，并将所述基准站的卫星观测数据发送到监测点单元子***；所述监测点单元子***，用于获取监测点的卫星观测数据，将获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标，并对相对精准坐标进行处理得到被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息；
所述预警监测平台子***，用于获取被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息，
依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。
2.根据权利要求1所述的基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***，其特征在于：所述基准站单元子***包括基准点北斗接收机，所述基准点北斗接收机通过北斗扼流圈天线与卫星信号连接，该基准点北斗接收机并通过无线数传电台与监测点单元子***信号连接。
3.根据权利要求1所述的基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***，其特征在于：所述监测点单元子***包括监测点北斗接收机、前置数据解算模块及北斗用户机，监测点北斗接收机通过测量天线与卫星信号连接，该监测点北斗接收机通过串口RS232与前置数据解算单元连接，所述前置数据解算单元与北斗用户机信号连接，所述北斗用户机通过北斗卫星与预警监测平台子***连接。
4.根据权利要求1所述的基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测***，其特征在于：所述预警监测平台子***包括北斗接收机及预警监测平台，所述北斗接收机通过串口RS232与预警监测平台连接。
5.一种基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取基准站的卫星观测数据及监测点的卫星观测数据；
（2）对获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标；
（3）对相对精准坐标进行处理得到被监测铁塔的位移、沉降及倾斜信息，依据历史数据分析并预测各电力铁塔的形变趋势，实现对每座电力铁塔的形变、沉降及倾斜状态可视化监视。
6.根据权利要求5所述的基于北斗前置解算的电力铁塔形变监测方法，其特征在于，步骤（2）中，所述对获取的监测点的卫星观测数据与基准站的卫星观测数据进行差分解算处理，得到基准点与监测点的相对精确坐标，具体步骤为：
（21）通过星历数据计算选定的卫星位置坐标，利用卫星和单点定位坐标计算伪距双差，得到观测方程系数矩阵；
（22）对观测方程系数矩阵进行载波相位单差和双差解算，建立双差载波相位观测方程；
（23）对双差载波相位观测方程进行求解，利用最小二乘法获得坐标改正量和整周模糊度实数解；
（24）由双差整周模糊度的浮点解，经过模糊度搜索法固定双差整周模糊度，得到电力铁塔相对坐标。
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