CN213363858U - 一种复杂环境下输电杆塔监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种复杂环境下输电杆塔监测装置，包括：通信模块与外部CORS站网通信连接，用于从CORS站网获取基准数据；微处理器模块，用于接收差分定位模块传递的塔基形变数据并进行滤波处理得到高精度塔基形变监测数据，还用于关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据和水位高度；差分定位模块与导航***连接，用于从导航***获取导航电文，并结合通信模块获取的基准数据，得到输电杆塔基形变数据并传递至微处理器模块；水位传感处理模块，用于检测输电杆塔基处的水位高度并传递至微处理器模块。采用本实用新型提供的装置，能够实时监测输电杆塔，获得塔基形变数据及对应的水位数据，提升复杂环境下输电杆塔地质灾害隐患预警能力与可靠性水平。
Description
技术领域
本实用新型属于电力设备监测技术领域，具体涉及一种复杂环境下输电杆塔测量装置。
背景技术
随着坚强智能电网及能源互联网的发展，以特高压输电通道为骨干的电网体系逐步形成。然而，特高压电网输送距离长、覆盖范围大，环境条件复杂，易受到强风、冰冻、雷击、洪水、外破等各种自然人为灾害影响，常常造成杆塔倒塔、塔基沉降等严重的杆塔灾害故障。以中国为例，比如：每年5-8月中国长江沿岸省份洪涝严重，造成杆塔水淹和倾斜；2018年1月中国南方强降雪导致湖北、安徽等地大风引起导线舞动，出现杆塔倒塔、塔头形变等严重故障。上述这些自然灾害造成的输电杆塔严重结构故障是中国各省公司及电力管理运行部门运维工作中非常关注的问题，特别在无人区及灾害应急响应情况下，如何高效、及时、准确地对输电杆塔进行定位监测，进而实现输电杆塔受灾状况评估，是相关管理和运行部门的迫切需求。
目前，杆塔倾斜或地基形变主要靠人工巡视方式完成，但实际上很难达到一个近实时连续的毫米级监测效果。同时，对于无人区或灾害应急等复杂环境下，人力难以到达，无人机和直升机等手段安全风险较大，通信条件较差，因此亟需一种新的技术手段或装置来实现复杂环境下输电杆塔塔基变形及水位测量装置，提升复杂环境下输电杆塔地质灾害隐患和洪水监测预警能力与可靠性水平。
实用新型内容
为克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种复杂环境下输电杆塔测量装置，其改进之处在于，包括：通信模块、微处理器模块、水位传感处理模块和差分定位模块，所述通信模块、水位传感处理模块及差分定位模块分别与所述微处理器模块连接；
所述通信模块与外部CORS站网通信连接，用于从所述CORS站网获取包含导航***定位误差的基准数据；
所述微处理器模块，用于接收所述差分定位模块传递的塔基形变数据并进行滤波处理得到高精度塔基形变监测数据，还用于关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据和水位高度；
所述差分定位模块与导航***连接，用于从导航***获取包含卫星位置信息的导航电文，并结合所述通信模块获取的基准数据，得到输电杆塔基形变数据并传递至所述微处理器模块；
所述水位传感处理模块，用于检测输电杆塔基处的水位高度并传递至所述微处理器模块。
优选的，所述通信模块包括：北斗短报文子模块和无线网卡；所述北斗短报文子模块和无线网卡并联，均分别与所述微处理器模块和连续运行参考站网。
优选的，所述无线网卡包括：EC122无线网卡。
优选的，所述微处理器模块包括：S3C2440微控制器。
优选的，所述差分定位模块包括：D303差分导航定位模块，所述D303差分导航定位模块用于根据导航电文中的卫星位置信息并结合所述基准数据计算输电杆塔当前位置信息，并根据输电杆塔初始的位置信息与输电杆塔当前位置信息计算输电杆塔基形变数据。
优选的，所述的监测装置还包括：时钟模块；所述时钟模块与所述微处理器模块连接；
所述时钟模块，用于提供时间基准。
优选的，所述监测装置与太阳能板连接，所述太阳能板为所述监测装置供电；
所述太阳能板的高度超过所述监测装置所在高度。
优选的，所述监测装置安装在支撑立杆上；
所述支撑立杆安装在需要监测的输电杆塔周围不超过距离阈值的范围内，并且所述支撑立杆设置在与输电杆塔底部同一水平高度的地面上。
优选的，其特征在于，所述支撑立杆为空心立杆，所述立杆底部靠近地面处设有孔；
所述水位传感处理模块设置在所述孔旁，并通过线缆导气管接入所述微处理器模块；
所述水位传感处理模块采用微型液位传感器进行水位高度的检测。
优选的，所述水位传感处理模块包括：GUY10液位传感器。
与最接近的现有技术相比，本实用新型具有的有益效果如下：
本实用新型提供了一种复杂环境下输电杆塔监测装置，包括：通信模块、微处理器模块、水位传感处理模块和差分定位模块，通信模块、水位传感处理模块及差分定位模块分别与微处理器模块连接；通信模块与外部CORS站网通信连接，用于从CORS站网获取包含导航***定位误差的基准数据；微处理器模块，用于接收差分定位模块传递的塔基形变数据并进行滤波处理得到高精度塔基形变监测数据，还用于关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据和水位高度；差分定位模块与导航***连接，用于从导航***获取包含卫星位置信息的导航电文，并结合通信模块获取的基准数据，得到输电杆塔基形变数据并传递至微处理器模块；水位传感处理模块，用于检测输电杆塔基处的水位高度并传递至微处理器模块。采用本实用新型提供的装置，能够实时连续的毫米级监测效果监测输电杆塔，获得塔基形变监测结果及对应的水位数据，提升复杂环境下输电杆塔地质灾害隐患预警能力与可靠性水平。
本实用新型提供的复杂环境下输电杆塔监测装置的水位传感处理模块，能够实时连续的毫米级监测效果监测输电杆塔附近水位，提升洪水监测预警能力与可靠性水平。本实用新型采用无线网卡和北斗短报文模块互为备份，与外部数据中心和连续运行参考站网连接，提高了通信能力的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种复杂环境下输电杆塔监测装置***框图；
图2为本实用新型提供的一种复杂环境下输电杆塔监测装置外观示意图；
图3为本实用新型提供的一种复杂环境下输电杆塔监测装置安装图；
图4为本实用新型涉及的湖南-江城线-391形变量示意图；
图5为本实用新型涉及的湖南-江城线-391累计形变量示意图；
图6为本实用新型涉及的湖南-江城线-391形变速率示意图；
图7为本实用新型涉及的湖南-江城线-391加速度示意图；
图8为本实用新型提供的一种复杂环境下输电杆塔监测方法流程示意图；
附图标记说明：
1-北斗装置；2-北斗通信天线；3-太阳能板；4-支架立杆；5-线缆导气管；6-圆孔；7- 支撑平面；8-地面。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。
北斗卫星***是具有自主知识产权的空间导航定位***，具有定位、授时以及短报文通信等功能，它的诞生是为了满足国防安全战略需求，它的应用极大推动了技术行业等产业发展。近些年来，北斗在军事、交通、测绘和电力等各行业发展十分迅速。然而，其定位精度是目前所面对的一项重要课题，也是一个研究的热点问题。定位精度受电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差、伪距误差等因素影响。提高定位精度的方法有很多，如自适应多径估计、差分定位、多***组合定位等。其中，采用CORS***进行的差分定位是一种主要手段，并且已逐步成为研究热点。
水文监测***在我国防汛工作历程中的应用己经有许多年的历史,无论在水情监测方面、数据传输、处理方面、还是洪水预报和防洪调度等方面。在水情遥测方面，早期***主要以分立式电子元件组成，或由单板***构成，机构比较单一，功能较为简单。随着科技的发展，特别是电子计算机、通信、网络以及测量等技术的飞速发展，使监测***发生了根本性的变化。大量的监测功能都可通过传感器进行采样，经A/D模块转换为数字信号，再通过网络接口，计算机便可获得最终的测量结果，若设备连网，全世界被授权的用户便可得到此数据，实现数据的共享。在数据传输方面，我国监测监控技术应用起步比较晚，70年代到80年代中期主要采用国外进口的无线超短波设备进行传输，80年代水文才开始自主研发建设自动测试***，90年代开始应用包括超短波、卫星、PSTN有线公网等传输，但主要以超短波传输为主。90年代中后期，才开始采用TERNET网络技术和GSM短信方式进行传输，但没有推广开来，直到2002年商用的GPRS移动互联网技术的广泛应用，利用GPRS来进行水文数据传输才成为主流。
本实用新型提供的一种复杂环境下输电杆塔监测***如图1所示，包括：
通信模块、微处理器模块、水位传感处理模块和差分定位模块，通信模块、水位传感处理模块及差分定位模块分别与微处理器模块连接；
通信模块与外部CORS(Continuously Operating Reference System，连续运行参考站***)站网通信连接，用于从CORS站网获取包含导航***定位误差的基准数据；
微处理器模块，用于接收差分定位模块传递的塔基形变数据并进行滤波处理得到高精度塔基形变监测数据，还用于关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据和水位高度；
差分定位模块与导航***连接，用于从导航***获取包含卫星位置信息的导航电文，并结合通信模块获取的基准数据，得到输电杆塔基形变数据并传递至微处理器模块；
水位传感处理模块，用于检测输电杆塔基处的水位高度并传递至微处理器模块。
具体的，本装置聚焦无人区等复杂环境下输电杆塔塔基形变监测、水位监测和无线通信三种功能需求，采用ARM和Linux***作为微处理器模块，设计了输电杆塔塔基形变和水位一体化监测装置。其中，高精度北斗差分定位模块获取地表形变信息和定位信息，水位监测模块获取杆塔附近水位信息，无线通信模块负责数据传输。当输电杆塔地表形变达到报警阈值或者水位达到报警阈值时，自动发出报警。通过北斗定位模块获取的经纬度信息确定报警位置，并通过无线通信模块将位置信息上传至上位机网络平台，达到实时监测的目的。
本装置具体说明如下。
1、装置总体设计
装置及整个***框图如图1所示。
输电杆塔塔基形变和水位一体化监测装置总体设计图如图1所示，包括了(1)微处理器模块、(2)北斗/3G通信模块，(3)北斗差分定位模块，(4)RTC时钟模块，(5)水位传感处理模块。其工作过程具体如下：
(一)输电杆塔塔基形变监测：
输电杆塔塔基形变监测主要通过北斗差分定位模块完成。北斗差分定位模块接受北斗卫星的导航电文。北斗/3G通信模块接受CORS站网提供的基准数据，输入微处理器模块，通过微处理器模块将基准数据传入北斗差分定位模块。在北斗差分定位模块中，对单点定位数据和基准数据进行差分解算，得到差分定位结果即输电杆塔塔基形变数据。将差分定位结果返回微处理器模块。
在微处理器模块中，将差分定位结果进行扩展卡尔曼滤波处理，修正差分定位模块得到的差分定位结果中的误差，得到最终处理后的塔基形变监测结果。将塔基形变监测结果传入北斗/3G通信模块并传送至后台数据中心，实现输电杆塔塔基的时序动态形变监测。
输电杆塔塔基形变监测检查中采用的差分定位具体方法以及扩展卡尔曼滤波处理方法详见《北斗无源定位***及其卡尔曼滤波分析》，电子科技，2010年，第23卷第12期，《基于卡尔曼滤波方法的BDS动态伪距差分定位算法研究》，全球定位***，2019年6月，第44卷第3期以及《BDS卡尔曼滤波网格伪距差分定位精度分析》导航定位学报，2018年12 月，第6卷第4期，本申请中不做详细描述。
(二)水体信息监测：
由于水的浸泡导致地质发生变化，然后会导致塔基的变形，由此，在监测塔基形变同时，监测塔基处的水位信息。
水位检测模块采用微型液位传感器进行水位高度的检测。微型液位传感器产品采用不锈钢隔离膜片的OEM感压传感器作为信号测量元件，并经过计算机自动测试，进行了宽温度范围的零点和灵敏度温度补偿，最终将传感器信号转换为标准输出信号。
水位传感器迎液面受到的压力公式为：P＝ρgh+P0
式中，P为传感器迎水面所受压强，ρ为水体密度，g为重力加速度，P0：水面上大气压， h为传感器所处水面以下的深度。
当液位传感器投入到被测液体中某一深度时，被测介质的压力引入到传感器的正压腔，测得结果为P。通过线缆导气管将液面上的大气压P0与传感器的负压腔相连，可测得水面上大气压P0。水体密度ρ和重力加速度g已知(假设ρ为1.0×104，g为9.8015)，显然即可估算出水位h。
最后将水位信息h传输至微处理器模块，由微处理器模块关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据，并通过北斗/3G通信模块传送至数据中心。
本实施例中，水位检测模块具体为GUY10液位传感器。
此外，本装置通过北斗短报文和3G网络兼容的无线通信模块实现无线通信，利用时钟模块提供时间基准，还包含了通用的模块，如供电模块、电源管理模块、基准电压模块、液晶显示模块等。其中，时钟模块可以说RTC时钟模块，也可以通过北斗***授时。本实施例中，采用了RTC时钟模块。
2、本装置硬件具体设计
2.1 S3C2440微控制器
采用S3C2440微控制器，具有16KB指令高速缓存和16KB数据高速缓存。其主频在1.3V下高达400MHz，数据处理能力很强。它能为嵌入式应用提供高性能、低功耗、低价格的小型微控制器解决方案。
2.2北斗差分定位模块
采用泰斗微电子公司生产的一款支持BD2 B1频点的差分导航定位模块，型号为D303。模块设计有两组UART串口，波特率范围为4800-115200bps，数据格式为起始位1位、数据位8位、停止位1位、无校验位。该模块接收RTCM 3.0协议格式的数据，差分定位精度在静止状态下和运动状态下分别为1m和3m。
2.3北斗短报文模块/3G无线网卡
对于复杂环境，简单的3G无线传输通信无法充分保障可靠通信需求。因此，本装置采用了北斗短报文模块和3G无线网卡结合的方式。
对于3G无线网卡，本装置采用华为公司生产的一款基于电信CDMA2000网络的3G无线上网卡，型号为EC122。该无线网卡带标准USB2.0接口，支持Windows和Linux操作***，支持电信CDMA2000 1X和CDMA2000 1XEV-DO 3G标准，支持T-flash存储卡。
对于北斗短报文模块，则采用国家标准化北斗短报文通信接口，实现512字节内的北斗短报文通信。
3、本装置实物外观设计
本装置外观示意图如图2所示，安装图如图3所示。
监测装置即图中的北斗装置安装在支撑平面上，支撑平面通过支撑立杆安装在需要监测的输电杆塔周围不超过距离阈值的范围内。本实施例中，距离阈值设置为15米。
为更好的给本装置供电，支撑平面上设置有太阳能板为本装置供电。同时，可在本装置外设置北斗通信天线连接北斗短报文子模块。
本装置中的立杆为空心立杆，立杆底部靠近地面处设有孔；水位传感处理模块即图中的水位传感器设置在所述孔旁，并通过线缆导气管接入微处理器模块。
在湖南江城线、湖北盘龙线等杆塔附近已经安装该装置。该装置对地表形变监测结果如图4-图7所示，实现了连续、动态的杆塔附近地表毫米级的形变监测，大大提高了输电杆塔塔基地质灾害监测预警水平。
本实用新型提供的一种复杂环境下输电杆塔监测***的使用方法，如图8所示，包括：
步骤1：通信模块从外部CORS站网获取包含导航***定位误差的基准数据；
步骤2：差分定位模块从导航***获取包含卫星位置信息的导航电文，并结合通信模块获取的基准数据，进行差分处理得到输电杆塔基形变数据并传递至微处理器模块；
步骤3：微处理器模块对塔基形变数据进行滤波处理得到高精度塔基形变监测数据；
步骤4：水位传感处理模块检测输电杆塔基处的水位高度并传递至微处理器模块；
步骤5：微处理器模块关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据和水位高度。
步骤5之后，还可以包括步骤6：通信模块将关联后的高精度塔基形变监测数据和水位高度发送至数据中心。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制, 尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复杂环境下输电杆塔监测装置，其特征在于，包括：通信模块、微处理器模块、水位传感处理模块和差分定位模块，所述通信模块、水位传感处理模块及差分定位模块分别与所述微处理器模块连接；
所述通信模块与外部CORS站网通信连接，用于从所述CORS站网获取包含导航***定位误差的基准数据；
所述微处理器模块，用于接收所述差分定位模块传递的塔基形变数据并进行滤波处理得到高精度塔基形变监测数据，还用于关联同一时刻的高精度塔基形变监测数据和水位高度；
所述差分定位模块与导航***连接，用于从导航***获取包含卫星位置信息的导航电文，并结合所述通信模块获取的基准数据，得到输电杆塔基形变数据并传递至所述微处理器模块；
所述水位传感处理模块，用于检测输电杆塔基处的水位高度并传递至所述微处理器模块。
2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述通信模块包括：北斗短报文子模块和无线网卡；所述北斗短报文子模块和无线网卡并联，均分别与所述微处理器模块和连续运行参考站网。
3.如权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述无线网卡包括：EC122无线网卡。
4.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述微处理器模块包括：S3C2440微控制器。
5.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述差分定位模块包括：D303差分导航定位模块，所述D303差分导航定位模块用于根据导航电文中的卫星位置信息并结合所述基准数据计算输电杆塔当前位置信息，并根据输电杆塔初始的位置信息与输电杆塔当前位置信息计算输电杆塔基形变数据。
6.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，还包括：时钟模块；所述时钟模块与所述微处理器模块连接；
所述时钟模块，用于提供时间基准。
7.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置与太阳能板连接，所述太阳能板为所述监测装置供电；
所述太阳能板的高度超过所述监测装置所在高度。
8.如权利要求1-7任一项所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置安装在支撑立杆上；
所述支撑立杆安装在需要监测的输电杆塔周围不超过距离阈值的范围内，并且所述支撑立杆设置在与输电杆塔底部同一水平高度的地面上。
9.如权利要求8所述的监测装置，其特征在于，所述支撑立杆为空心立杆，所述立杆底部靠近地面处设有孔；
所述水位传感处理模块设置在所述孔旁，并通过线缆导气管接入所述微处理器模块；
所述水位传感处理模块采用微型液位传感器进行水位高度的检测。
10.如权利要求9所述的监测装置，其特征在于，所述水位传感处理模块包括：GUY10液位传感器。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114838762A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-08-02 | 广东电网有限责任公司 | 输电线路杆塔的异常监测方法、装置、设备及存储介质 |
| CN115830810A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-03-21 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种临近河道混凝土电杆的洪涝灾害监测预警***及方法 |
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2020
- 2020-07-17 CN CN202021417377.4U patent/CN213363858U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114838762A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-08-02 | 广东电网有限责任公司 | 输电线路杆塔的异常监测方法、装置、设备及存储介质 |
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