CN214470610U - 基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测*** - Google Patents

Abstract

基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，包括基准站模块、监测站模块和后台***；基准站模块连接监测站模块，监测站模块连接后台***；本实用新型专利开发基于北斗卫星差分定位的输电线路铁塔多维形变实时监测***，在被监测杆塔地基处，安装基于北斗卫星定位的监测站，附近5～10公里地质稳定处安装基准站，通过基准站给监测站传送的差分定位数据，结合监测站的差分定位数据，在监测站和后台***分别进行解算，得出监测站基于北斗卫星定位的高精度天、东和北的厘米级偏移数据，再结合监测站配置的其它监测传感器，从而全面的分析监测站杆塔的整体倾斜和偏移数据并进行预警。

Description

基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***

技术领域

本实用新型涉及远程监控技术领域，特别涉及基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***。

背景技术

输电线路穿梭在崇山峻岭之间，输电线路安全受到各种气象和地质方面的影响，其中受山体滑坡、地质凹陷等地质灾害影响非常大，所以输电线路杆塔的倾斜，滑移是输电线路在线监测中重要的建监测领域之一。

北斗卫星服务现在已逐渐在各行业提供数据支持，电力行业中北斗的应用主要在北斗精确授时、高精度定位和北斗短报文3大功能，其中，北斗的输电线路地质灾害监测评估预警体系是北斗高精度定位功能主要应用之一。

现有的输电线路在线监测***主要是通过高精度二维倾角传感器监测，当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。倾角传感器把MCU，MEMS加速度计，模数转换电路，通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面。可以直接输出角度等倾斜数据，这种方式对于杆塔的自身倾斜具有一定的监控效果，但对于杆塔整个塔基的长期滑移不具备监控功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，包括基准站模块、监测站模块和后台***；基准站模块连接监测站模块，监测站模块连接后台***；

基准站模块用于接收卫星定位数据和附加监测数据，发送给监测站模块和后台***；

监测站模块用于接收基准站北斗高精度差分定位数据，与自身北斗差分数据直接解算，或与基准站模块分别向后台***通过数据链路上传自身北斗差分数据，由后台***进行解算；

后台***通过基准站模块和监测站模块差分定位信息和监测站附加监测数据进行综合分析，给出监测站监测输电线路杆塔的地基滑移状态和发展趋势。

进一步的，基准站模块包括基准站监测主机、3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组和太阳能板；3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线和蓄电池组均连接到基准站监测主机上；太阳能板连接蓄电池组；基准站安装被监测杆塔附近约5～10公里处。

进一步的，监测站模块包括基准站监测主机、3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组、太阳能板、高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪、高清红外球机和气象站；3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组、高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪、高清红外球机和气象站均连接到基准站监测主机；太阳能板连接蓄电池组。

进一步的，基准站模块到监测站模块通过无线WIFI通信链路，把卫星定位数据发送到监测站模块。

进一步的，基准站模块和监测站模块通过无线4G通信链路，把各自卫星定位数据或附属传感器数据发送到后台***.

进一步的，监测站模块的高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪和高清红外球机采用 RS485方式进行有线连接通信，外加屏蔽波纹管单端接地。

与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：

本实用新型专利开发基于北斗卫星差分定位的输电线路铁塔多维形变实时监测***，在被监测杆塔地基处，安装基于北斗卫星定位的监测站，附近5～10公里地质稳定处安装基准站，通过基准站给监测站传送的差分定位数据，结合监测站的差分定位数据，在监测站和后台***分别进行解算，得出监测站基于北斗卫星定位的高精度天、东和北的厘米级偏移数据，再结合监测站配置的其它监测传感器，从而全面的分析监测站杆塔的整体倾斜和偏移数据并进行预警。

本***具有监测站边缘计算功能，为了减轻后台***服务器数据接收和解算模型解算的负荷，并节省实际的数据流量费用，监测站可通过WIFI模块接收基准站发送的RTCM3.x报文和自定义协议报文，与监测站卫星定位数据进行监测站端硬件级解算，从而获得监测站相对于基准站在E(东向)/N(北向)/U(天向)的相对偏移量。再把解算数据通过监测站4G通讯网络链路发送到后台***服务器。

在前端监测站E/N/U偏移量数据不超过告警阀值告警的状态下，可不予理会，在某监测站其检测的E/N/U超值告警下，后台***将转换到后台解算模式，进行后台服务器解算，在综合气象、裂缝、倾角传感器等综合模糊权值分析，得出最终的判断结果，如达到塔基偏移的告警级别，将通过微信等方式发出告警信息。待监测站杆塔进行加固处理等处理后，可通过后台从重新切会到前端解算模式。后台服务器具有软硬件功能强大，解算速度快，解算精度高的特点。故通过前端和后台，分级告警策略，可合理优化前后端***配置的性价比。

附图说明

图1：基准站结构图

图2：监测站结构图

图3:工作数据流示意图

图1中：1.3D扼流圈GNSS天线、2.无线WIFI、3.4G全网通天线、4.蓄电池、5.太阳能电池板、6.基准站监测主机

图2中：1.3D扼流圈GNSS天线、2.无线WIFI、3.4G全网通天线、4.蓄电池、5.太阳能电池板、12.监测站监测主机、13.高精度二维倾角传感器、14.裂缝监测仪、15.气象站、 16.高清红外球机。

图3中：17.卫星群、18.基准站、19.监测站、20.后台***。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明：

本实用新型的目的在于提供基于北斗卫星差分定位的输电线路铁塔多维形变实时监测***，以解决上述问题。为了实现上述目的，现提出的方案如下：

基于北斗卫星差分定位的输电线路铁塔多维形变实时监测***，包括基准站和监测站，基准站安装被监测杆塔附近约5～10公里，地质稳定、天顶区域开阔处；监测站安装在被监测输电线杆塔地基处；监测站可配备气象监测单元，杆塔倾斜监测单元，裂缝监测单元及视频监控单元辅助分析塔基滑移监测，监测站可接收基准站北斗高精度差分定位数据，与自身北斗差分数据直接解算，同时也可与基准站分别向后台***通过数据链路上传自身北斗差分数据，由后台***进行解算；监测站上传所附加其它监测单元数据给后台***。后台***通过前端两站差分定位信息和监测站附加监测传感器单元的数据进行综合分析，给出监测站监测输电线路杆塔的地基滑移状态和发展趋势。

后台***接收前端基准站模块和监测站模块的北斗卫星定位数据进行解算，或直接接收监测站发来的解算数据，并可对监测站的解算模式进行远程设置。

如果为后台解算模式，则后台***可通过通过卫星解算的监测站与基准站的在E东向/N北向/U天向的相对偏移量，结合监测站传回的气象数据、裂缝测试仪数据、杆塔倾角和塔基基面倾角数据，利用模糊权值分析计算，得出最终的塔基偏移的告警级别，然后后台***式向管理运维人员发出警示信息和图片。

3.2.1***通信

***通信分为3个部分，分别为基准站到监测站的数据链路，基准站和监测站到后台***的数据链路，监测站自身传感器的数据链路。

1)基准站到监测站

基准站通过安装无线WIFI通信链路，把卫星定位数据发送到监测站。

2)基准站和监测站到后台***的数据链路

基准站和监测站通过无线4G通信链路，把各自卫星定位数据或附属传感器数据发送到后台***。

3)监测站自身传感器的数据链路

监测站的附属传感器(包含气象监测单元，杆塔倾斜监测单元，裂缝监测单元及视频监控单元)采用RS485方式进行有线连接通信，外加屏蔽波纹管单端接地。

3.2.2基准站和监测站设备组成

1)基准站组成

基准站由基准站监测主机、3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组、太阳能板组成。见附图1所示

基准站监测主机：负责基准站主控。在预制观测墩上安装；

3D扼流圈GNSS天线：负责北斗卫星接收，线长原则上不超过3米。

4G全网通天线：负责基准站上传后台***数据传输。

无线WIFI天线：负责基准站与监测站数据传输。

蓄电池组、太阳能板：负责给基准站提供电源DC 12V，蓄电池到基准站主控箱线缆原则上不超过15米，太阳能板到蓄电池箱线缆原则上不超过10米，过长则线损严重；如条件合适可改为220V市电和电源转换器，线长不受限。

2)监测站组成

监测站由基准站监测主机、3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组、太阳能板、高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪、高清红外球机、气象站组成。见附图2所示

监测站监测主机：负责基准站主控，在预制观测墩上安装。

3D扼流圈GNSS天线：负责北斗卫星接收。线长原则上不超过3米。

4G全网通天线：负责监测站上传后台***数据传输。

无线WIFI天线：负责基准站与监测站数据传输。

高精度二维倾角传感器：负责杆塔倾斜监测。

裂缝检测仪：负责已有裂缝监测。

高清红外球机：负责视频监控杆塔周围状况。

气象站：负责收集杆塔天气气象监测，(包含：温度、湿度、气压、风速、风向、雨量、日照)。

蓄电池组、太阳能板：负责给监测站提供电源DC 12V，蓄电池到基准站主控箱线缆原则上不超过15米，太阳能板到蓄电池箱线缆原则上不超过10米，过长则线损严重。

实施例：

请参阅附图1，

1)由附图1中可知，基准站主要由3D扼流圈GNSS天线1、无线WIFI2、4G全网通天线3、蓄电池4、太阳能电池板5和基准站监测主机6组成，在预制观测墩上安装，电源即可有蓄电池4和太阳能板5组成的DC 12V电源供电***，也可以由市电220V交流电及电源装换模块代替蓄电池和太阳能板。

2)3D扼流圈GNSS天线1可接收北斗BDS、GPS和GLONASS的卫星定位数据，基准站监测主机会将卫星定位数据转化成RTCM3.x报文和自定义协议报文，将其通过无线WIFI2发送到监测站，同时通过4G全网通天线3通过公网数据链路发送到后台服务器。

请参阅附图2，

1)由附图2中可知，监测站主要由3D扼流圈GNSS天线1、无线WIFI2、4G全网通天线3、蓄电池4、太阳能电池板5、监测站监测主机12、高精度二维倾角传感器13、裂缝监测仪14、气象站15和高清红外球机16组成，在预制观测墩上安装，电源即可有蓄电池10和太阳能板11组成的DC 12V电源供电***。

2)3D扼流圈GNSS天线1可接收北斗BDS、GPS和GLONASS的卫星定位数据。由监测站监测主机会将卫星定位数据转化成RTCM3.x报文和自定义协议报文。在前端解算模式下，由无线WIFI2接收基准站数据报文，监测站监测主机12直接进行解算，解算出监测站相对于基准站的E/N/U偏移量数据，再通过4G全网通天线3通过公网数据链路发送到后台服务器。如果解算出的E/N/U偏移量数据大于设定的阀值，则监测站会立刻转换到后台解算模式，直接把监测站的RTCM3.x报文和自定义协议报文发送到后台服务器；

3)监测站安装有高精度二维倾角传感器13，可通过监测站监测主机12通过4G全网通天线3通过公网数据链路发送到后台服务器。高精度二维倾角传感器13可检测输电线路杆塔的倾斜数据，即顺线倾斜角和横向倾斜角，监控塔角基面处的水平二维的偏移角度，有利于后台***对杆塔倾斜的监控，进一步辅助杆塔塔基的综合分析。

4)监测站安装有裂缝监测仪14，可通过监测站监测主机12通过4G全网通天线3通过公网数据链路发送到后台服务器，裂缝监测仪14监控现有杆塔附近已有的地质裂缝变化趋势，有助于后台***对杆塔塔基的发展趋势和预警程度进行综合分析。

5)监测站安装有气象站15，可通过监测站监测主机12通过4G全网通天线3通过公网数据链路发送到后台服务器。气象站15监控杆塔长期的气象数据，其中包含温度、湿度、气压、风速、风向、雨量、日照数据，有助于后台***根据各个气象参数对杆塔塔基的形成因素进行综合分析。

6)监测站安装有高清红外球机16，可通过监测站监测主机12通过4G全网通天线3通过公网数据链路发送到后台服务器。高清红外球机16可水平360°和-15°～90°范围旋转，可实时可视的监控杆塔周围对杆塔塔基的影响因素，如附近有挖管埋管，土方作业，后台实时保存视频信息，有助于后台***对杆塔塔基的形成的偶然因素进行综合分析，在***告警后，也可第一时间掌握现场实时状况，采取合理的处理措施。

请参阅附图3，

1)由附图3中可知，整个工作数据流过程，图中由卫星群17、基准站18、监测站 19、后台***20四部分组成。

2)附图3为***简图，其中卫星群17，以北斗导航定位***为主，GPS和GLONASS 定位***为辅的3种卫星导航***，可见卫星数越多对于解算的收敛时间和精度都会有帮助。基准站18和监测站19，可以以一拖多的模式存在。

3)由附图3中可知，基准站18和监测站19可接收卫星群的定位报文。

4)在前端解算模式下，即监测站19解算的E/N/U偏移量超设定阀值未告警的状态下，基准站18把接收的卫星定位数据转化成RTCM3.x报文和自定义协议报文，发送到监测站19。监测站19经过解算后，把监测站19相对于基准站18相对E/N/U偏移量通过无线公网数据链路发送到后台***20。

5)在后台解算模式下，即监测站19解算的E/N/U偏移量超设定阀值已经告警的状态下，基准站18和监测站19分别把各自接收的卫星定位数据转化成RTCM3.x报文和自定义协议报文通过无线公网数据链路直接发送到后台***20，后台***20进行解算，后台***凭借强大的软硬件***，更高精度的解算E/N/U偏移量，如解算结果未超标，则后台***20继续采取后台解算模式，直到***设定时间后，再转换到前端解算模式；如果解算结果超标，则综合其监测站杆塔的气象、裂缝、倾角传感器等综合模糊权值分析，得出最终的判断结果，如达到塔基偏移的告警级别，将通过微信等方式发出告警信息。

6)后台***20具有对基准站18和监测站19的远程数据召唤、***参数设置调整、远程程序升级和其它远程控制功能；具有对监测站19视频的远程开启、关闭、视频存储和定时巡航功能；具有对接收监测站19的数据列表、曲线和历史数据查看展示；具有卫星定位数据的后台解算和综合分析功能；具有告警机制，包括告警弹框和微信告警推送功能。

Claims (6)

1.基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，其特征在于，包括基准站模块、监测站模块和后台***；基准站模块连接监测站模块，监测站模块连接后台***；

基准站模块用于接收卫星定位数据和附加监测数据，发送给监测站模块和后台***；

监测站模块用于接收基准站北斗高精度差分定位数据，或与基准站模块分别向后台***通过数据链路上传自身北斗差分数据；

后台***通过基准站模块和监测站模块差分定位信息和监测站附加监测数据，给出监测站监测输电线路杆塔的地基滑移状态和发展趋势。

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，其特征在于，基准站模块包括基准站监测主机、3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组和太阳能板；3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线和蓄电池组均连接到基准站监测主机上；太阳能板连接蓄电池组；基准站安装被监测杆塔附近约5～10公里处。

3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，其特征在于，监测站模块包括基准站监测主机、3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组、太阳能板、高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪、高清红外球机和气象站；3D扼流圈GNSS天线、4G全网通天线、无线WIFI天线、蓄电池组、高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪、高清红外球机和气象站均连接到监测站监测主机；太阳能板连接蓄电池组。

4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，其特征在于，基准站模块到监测站模块通过无线WIFI通信链路，把卫星定位数据发送到监测站模块。

5.根据权利要求1所述的基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，其特征在于，基准站模块和监测站模块通过无线4G通信链路，把各自卫星定位数据或附属传感器数据发送到后台***。

6.根据权利要求1所述的基于北斗卫星差分定位的输电线路多维形变实时监测***，其特征在于，监测站模块的高精度二维倾角传感器、裂缝检测仪和高清红外球机采用RS485方式进行有线连接通信，外加屏蔽波纹管单端接地。

Images