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专利名称：一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411127688.X

专利申请（专利权）人：国网甘肃省电力公司张掖供电公司
权利人地址：甘肃省张掖市甘州区西街246号

专利发明（设计）人：高喜,王有庆,杜明经,马鹏飞,陈飞,姜鹏远,姜亚军,施昌江

专利摘要：本发明属于电力杆塔沉降监测技术领域，具体的说是一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，包括监测模块，所述监测模块包括：数据采集单元，基于卫星信号接收与发射时刻的差值，获得计算监测点三维坐标的基础数据；数据处理单元，基于计算监测点三维坐标的基础数据，计算获得监测点三维坐标；还包括：计算模块，基于监测点的初始三维坐标及实时三维坐标计算第一计算沉降值Si；采用卫星获取电力杆塔上N个监测点的实时三维坐标不受地质运动影响，能够准确的获取N个监测点的实时三维坐标，再与初始三维坐标进行计算，即可得到电力杆塔上N个监测点的位置变化信息，从而有利于判断电力杆塔实际状态。

主权利要求：
1.一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于，包括：监测模块，所述监测模块包括：数据采集单元，基于卫星信号接收与发射时刻的差值，获得计算监测点三维坐标的基础数据；
数据处理单元，基于计算监测点三维坐标的基础数据，计算获得监测点三维坐标；
还包括：
计算模块，基于监测点的初始三维坐标及实时三维坐标计算第一计算沉降值Si；
分析模块，基于N个监测点的第一计算沉降值 分析塔体沉降状态：当分析塔体存在沉降时，输出第一预警指令；
当分析塔体存在倾斜，且倾斜角度超过倾斜阈值，输出第一预警指令；
预警模块，接收第一预警指令，且基于第一预警指令产生报警信号；
所述分析模块还用于输出验证指令，方法为：当分析塔体疑似倾斜，向计算模块输出验证指令；
计算模块接收验证指令，获取对应于塔顶、塔底监测点的实时三维坐标 、 ；
计算两个监测点的倾斜向量T，根据公式：再根据公式：
其中，表示倾斜角度，V表示垂直向量，且V=(0,0,1)， 表示倾斜向量T与垂直向量V模长的乘积；
基于计算，当 ，则表示确实存在倾斜；
设置倾斜阈值 ，用计算得到的倾斜角度 与倾斜阈值 比较：当 时，向预警模块输出第二预警指令；
所述分析模块还用于根据相邻两个监测点的倾斜角度输出预警指令，方法为：根据公式分别计算相邻两个监测点之间的倾斜角度 ；
基于计算得到的N?1个倾斜角度 ，分别计算N?1个倾斜角度 的平均值 以及标准差；
当 ，则以平均值 作为塔体的倾斜角度，且若存在任一倾斜角度 ，则向预警模块输出第二预警指令；
当 ，直接向预警模块输出第三预警指令；
其中， 为标准差阈值，用来衡量多段塔体倾斜角度的离散程度。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：获取所述监测点三维坐标的方法为：于塔体安装完成后，预先通过卫星接收器接收卫星信号；
基于卫星信号接收与发射时刻的差值，计算卫星接收器与卫星的距离，记为伪距；
基于固定位置的基站坐标、伪距，由数据处理单元计算得到N个监测点的三维坐标，记为初始三维坐标 ；
设置固定的间隔周期，再次计算N个监测点的三维坐标，记为实时三维坐标 ；
其中，N个监测点于塔体中轴线上布置，且最上方及最下方的监测点分别位于塔顶及塔底；任一卫星接收器对应一个监测点；初始三维坐标 、实时三维坐标 ，均经数据处理单元校正优化。
3.根据权利要求2所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：计算所述N个监测点的第一计算沉降值 的方法为：对任一监测点初始三维坐标 ( , , )、实时三维坐标数据 ( , , )进行计算；
根据公式：
，
其中， 表示任一监测点实时Z轴值，表示任一监测点初始Z轴值；i表示任一监测点；
将任一监测点的初始三维坐标 、实时三维坐标 代入公式；
计算得到任一监测点的第一计算沉降值 。
4.根据权利要求3所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：基于所述第一计算沉降值 分析塔体沉降状态的方法为：汇总N个监测点同一时刻的第一计算沉降值 ；
对所有第一计算沉降值 的大小进行分析：当所有第一计算沉降值 趋近于零时，则分析为塔体未产生沉降；
当所有第一计算沉降值 均为正值，则分析为塔体未产生沉降；
当存在部分第一计算沉降值 趋近于零，且另一部分第一计算沉降值 为正值，则分析塔体未产生沉降；
当所有第一计算沉降值 均为负值，则分析为塔体产生沉降；
当存在部分第一计算沉降值 趋近于零，且另一部分第一计算沉降值 为负值，则分析塔体疑似倾斜；
当第一计算沉降值Si中同时存在正值、负值，则分析为塔体疑似倾斜。
5.根据权利要求1所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：所述分析模块还用于分析倾斜产生的原因，方法为：根据获取的N?1个倾斜角度 的标准差 ：当 ，分析塔体倾斜由地基塌陷产生；
当 ，分析塔体倾斜由外部风荷载及覆冰荷载产生。
6.根据权利要求1所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：所述数据采集单元还用于采集全站仪的监测数据；
所述全站仪布置在塔体的中轴线投影线上。
7.根据权利要求1所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：所述计算模块还用于根据全站仪监测数据计算第二计算沉降值 ；
根据公式：
，
其中，h1表示任一监测点初始高程；h2表示任一监测点实时高程。
8.根据权利要求1所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，其特征在于：还包括校准模块，所述校准模块用于根据第二计算沉降值 校准全站仪基准点高程；
获取任一监测点的第一计算沉降值 ；
根据公式：
，
将任一监测点初始高程h1以及第一计算沉降值 代入，得到计算实时高程 ，基于得到的计算实时高程 与全站仪监测的实时高程h2进行差值计算：，
根据获得的 调整全站仪基准点高程；
其中， 表示全站仪基准点的变化值， 表示温度影响系数， 表示初始高程h1获取时环境温度与实时高程h2获取时环境温度的差值。 说明书 : 一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统技术领域[0001] 本发明属于电力杆塔沉降监测技术领域，具体的说是一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统。背景技术[0002] 电力杆塔是用于支持高压或超高压架空输电线路的导线和避雷线的构筑物；在不同的送电线路中扮演着重要角色，确保电能从发电站安全高效地传输到最终用户；电力杆塔按其用途可以分为耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔、终端塔和跨越塔。每种塔都有其独特的结构和功能，以满足不同输电线路的需求。在电力杆塔搭建过程中，必须对地质条件进行详细的勘察，确保无采空区、滑坡等地质灾害风险，以确保电力杆塔搭建完成后，能够稳定的运行；[0003] 由于电力杆塔在实际运行过程中还涉及沉降、倾斜等问题，在电力杆塔后期运行过程中，还需进行实时监控和定期维护，以确保电力杆塔长期稳定运行；现阶段对电力杆塔沉降、倾斜的监测主要依赖于全站仪进行监测，首先确定基准点，再电力杆塔搭建好后，利用全站仪测量得到多个监测点的初始高程，再后续运行过程中，确保基准点不发生变化，再次测量多个监测点的实时高程，若出现变化，则说明电力杆塔位置变化，再通过对数据的具体分析，得到是否发生沉降的判断。[0004] 但是在上述现有技术中，由于基准点布设在地面上，虽远离于电力杆塔位置，但仍有可能随着时间推移以及地质运动产生变化，且该变化是随时间递增的，若不能准确对基准点进行校准，可能导致监测得到的数据存在偏差，进而导致电力杆塔实际沉降超过阈值而漏报的风险；此外，全站仪对电力杆塔进行监测，需要设置多个基准点，例如在电力杆塔东西南北方向的中轴线投影线上均需布置一个基准点，用于测量高程以及倾斜角度，因此采用全站仪对电力杆塔沉降进行监测，耗时较久，且需要付出更多人力成本。[0005] 为此，本发明提供一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统。发明内容[0006] 为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，包括：监测模块，所述监测模块包括：[0008] 数据采集单元，基于卫星信号接收与发射时刻的差值，获得计算监测点三维坐标的基础数据；[0009] 数据处理单元，基于计算监测点三维坐标的基础数据，计算获得监测点三维坐标；[0010] 还包括：[0011] 计算模块，基于监测点的初始三维坐标及实时三维坐标计算第一计算沉降值Si；[0012] 分析模块，基于N个监测点的第一计算沉降值 分析塔体沉降状态：[0013] 当分析塔体存在沉降时，输出第一预警指令；[0014] 当分析塔体存在倾斜，且倾斜角度超过倾斜阈值，输出第一预警指令；[0015] 预警模块，接收第一预警指令，且基于第一预警指令产生报警信号。[0016] 优选的，获取所述监测点三维坐标的方法为：[0017] 于塔体安装完成后，预先通过卫星接收器接收卫星信号；[0018] 基于卫星信号接收与发射时刻的差值，计算卫星接收器与卫星的距离，记为伪距；[0019] 基于固定位置的基站坐标、伪距，由数据处理单元计算得到N个监测点的三维坐标，记为初始三维坐标 ；[0020] 设置固定的间隔周期，再次计算N个监测点的三维坐标，记为实时三维坐标 ；[0021] 其中，N个监测点于塔体中轴线上布置，且最上方及最下方的监测点分别位于塔顶及塔底；任一卫星接收器对应一个监测点；初始三维坐标 、实时三维坐标 ，均经数据处理单元校正优化。[0022] 优选的，计算所述N个监测点的第一计算沉降值 的方法为：[0023] 对任一监测点初始三维坐标 、实时三维坐标数据进行计算；[0024] 根据公式：[0025][0026] 其中， 表示任一监测点实时Z轴值， 表示任一监测点初始Z轴值；i表示任一监测点；[0027] 将任一监测点的初始三维坐标 、实时三维坐标 代入公式；[0028] 计算得到任一监测点的第一计算沉降值 。[0029] 优选的，基于所述第一计算沉降值 分析塔体沉降状态的方法为：[0030] 汇总N个监测点同一时刻的第一计算沉降值 ；[0031] 对所有第一计算沉降值 的大小进行分析：[0032] 当所有第一计算沉降值 趋近于零时，则分析为塔体未产生沉降；[0033] 当所有第一计算沉降值 均为正值，则分析为塔体未产生沉降；[0034] 当存在部分第一计算沉降值 趋近于零，且另一部分第一计算沉降值 为正值，则分析塔体未产生沉降；[0035] 当所有第一计算沉降值 均为负值，则分析为塔体产生沉降；[0036] 当存在部分第一计算沉降值 趋近于零，且另一部分第一计算沉降值 为负值，则分析塔体疑似倾斜；[0037] 当第一计算沉降值Si中同时存在正值、负值，则分析为塔体疑似倾斜。[0038] 优选的，所述分析模块还用于输出验证指令，方法为：[0039] 当分析塔体疑似倾斜，向计算模块输出验证指令；[0040] 计算模块接收验证指令，获取对应于塔顶、塔底监测点的实时三维坐标 、；[0041] 计算两个监测点的倾斜向量T，根据公式：[0042][0043] 再根据公式：[0044][0045] 其中， 表示倾斜角度，V表示垂直向量，且V=(0,0,1)， 表示倾斜向量T与垂直向量V模长的乘积；[0046] 基于计算，当 ，则表示确实存在倾斜；[0047] 设置倾斜阈值 ，用计算得到的倾斜角度 与倾斜阈值 比较：[0048] 当 时，向预警模块输出第二预警指令。[0049] 优选的，所述分析模块还用于根据相邻两个监测点的倾斜角度输出预警指令，方法为：[0050] 根据公式分别计算相邻两个监测点之间的倾斜角度 ；[0051] 基于计算得到的N?1个倾斜角度 ，分别计算N?1个倾斜角度 的平均值 以及标准差 ；[0052] 当 ，则以平均值 作为塔体的倾斜角度，且若存在任一倾斜角度，则向预警模块输出第二预警指令；[0053] 当 ，直接向预警模块输出第三预警指令；[0054] 其中， 为标准差阈值，用来衡量多段塔体倾斜角度的离散程度。[0055] 优选的，所述分析模块还用于分析倾斜产生的原因，方法为：[0056] 根据获取的N?1个倾斜角度 的标准差 ：[0057] 当 ，分析塔体倾斜由地基塌陷产生；[0058] 当 ，分析塔体倾斜由外部风荷载及覆冰荷载产生。[0059] 优选的，所述数据采集单元还用于采集全站仪的监测数据；[0060] 所述全站仪布置在塔体的中轴线投影线上。[0061] 优选的，所述计算模块还用于根据全站仪监测数据计算第二计算沉降值 ；[0062] 根据公式：[0063][0064] 其中，h1表示任一监测点初始高程；h2表示任一监测点实时高程。[0065] 优选的，还包括校准模块，所述校准模块用于根据第二计算沉降值 校准全站仪基准点高程；[0066] 获取任一监测点的第一计算沉降值 ；[0067] 根据公式：[0068][0069] 将任一监测点初始高程h1以及第一计算沉降 代入，得到计算实时高程[0070] 基于得到的计算实时高程 与全站仪监测的实时高程h2进行差值计算：[0071][0072] 根据获得的 调整全站仪基准点高程；[0073] 其中， 表示全站仪基准点的变化值， 表示温度影响系数， 表示初始高程h1获取时环境温度与实时高程h2获取时环境温度的差值。[0074] 本发明的有益效果如下：[0075] 1.本发明所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，通过计算模块计算任一监测点初始三维坐标与实时三维坐标的差值，即可获得任一监测点第一计算沉降值 ，基于分析模块对第一计算沉降值 的分析，从而判断电力杆塔是否产生沉降或倾斜，再由分析模块向预警模块发送指令，以利用预警模块报警，实现对电力杆塔的沉降监测及预警，相对于采用全站仪监测任一监测点是否产生沉降，采用卫星获取电力杆塔上N个监测点的实时三维坐标不受地质运动影响，能够准确的获取N个监测点的实时三维坐标，再与初始三维坐标进行计算，即可得到电力杆塔上N个监测点的位置变化信息，从而有利于判断电力杆塔实际状态。[0076] 2.本发明所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，通过计算塔顶及塔底两个监测点的倾斜向量，根据公式即可求得塔顶至塔底监测点的连线与初始时刻塔顶至塔底监测点的连线的夹角，进而作为电力杆塔的倾斜角度 ，在获取倾斜角度 后，将倾斜角度 与倾斜阈值 比较，当倾斜角度 大于倾斜阈值 时，表示电力杆塔可能会倾斜倒塌，进而对电力杆塔正常运行造成影响，此时利用分析模块向预警模块输出第二预警指令，从而及时干预电力杆塔运行，避免电力杆塔倒塌造成的事故和对送电的影响。附图说明[0077] 下面结合附图对本发明作进一步说明。[0078] 图1是本发明的流程图。具体实施方式[0079] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。[0080] 如图1所示，本发明实施例所述的一种基于多维信息融合技术的电力杆塔沉降监测预警系统，包括：监测模块，所述监测模块包括：[0081] 数据采集单元，基于卫星信号接收与发射时刻的差值，获得计算监测点三维坐标的基础数据；[0082] 数据处理单元，基于计算监测点三维坐标的基础数据，计算获得监测点三维坐标；[0083] 还包括：[0084] 计算模块，基于监测点的初始三维坐标及实时三维坐标计算第一计算沉降值Si；[0085] 分析模块，基于N个监测点的第一计算沉降值 分析塔体沉降状态：[0086] 当分析塔体存在沉降时，输出第一预警指令；[0087] 当分析塔体存在倾斜，且倾斜角度超过倾斜阈值，输出第一预警指令；[0088] 预警模块，接收第一预警指令，且基于第一预警指令产生报警信号。[0089] 在现有技术中，由于基准点布设在地面上，虽远离于电力杆塔位置，但仍有可能随着时间推移以及地质运动产生变化，且该变化是随时间递增的，若不能准确对基准点进行校准，可能导致监测得到的数据存在偏差，进而导致电力杆塔实际沉降超过阈值而漏报的风险；此外，全站仪对电力杆塔进行监测，需要设置多个基准点，例如在电力杆塔东西南北方向的中轴线投影线上均需布置一个基准点，用于测量高程以及倾斜角度，因此采用全站仪对电力杆塔沉降进行监测，耗时较久，且需要付出更多人力成本。[0090] 基于上述，在本发明的一个实施方式中，采用卫星差分技术对电力杆塔的位置进行定位，包括获取电力杆塔上任一监测点的三维坐标，具体的，首先在电力杆塔搭建后，于电力杆塔中轴线上布设N个监测点，再利用卫星获取这N个监测点的初始三维坐标，再设定间隔周期，以卫星再次获取N个监测点的实时三维坐标，通过计算模块计算任一监测点初始三维坐标与实时三维坐标的差值，即可获得任一监测点第一计算沉降值 ，基于分析模块对第一计算沉降值 的分析，从而判断电力杆塔是否产生沉降或倾斜，再由分析模块向预警模块发送指令，以利用预警模块报警，实现对电力杆塔的沉降监测及预警，相对于采用全站仪监测任一监测点是否产生沉降，采用卫星获取电力杆塔上N个监测点的实时三维坐标不受地质运动影响，能够准确的获取N个监测点的实时三维坐标，再与初始三维坐标进行计算，即可得到电力杆塔上N个监测点的位置变化信息，从而有利于判断电力杆塔实际状态。[0091] 一实施例中，获取所述监测点三维坐标的方法为：[0092] 于塔体安装完成后，预先通过卫星接收器接收卫星信号；[0093] 基于卫星信号接收与发射时刻的差值，计算卫星接收器与卫星的距离，记为伪距；[0094] 基于固定位置的基站坐标、伪距，由数据处理单元计算得到N个监测点的三维坐标，记为初始三维坐标 ；[0095] 设置固定的间隔周期，再次计算N个监测点的三维坐标，记为实时三维坐标 ；[0096] 其中，N个监测点于塔体中轴线上布置，且最上方及最下方的监测点分别位于塔顶及塔底；任一卫星接收器对应一个监测点；初始三维坐标 、实时三维坐标 ，均经数据处理单元校正优化。[0097] 作为本发明的一个实施方式，在电力杆塔搭建过程中，预先在电力杆塔中轴线上布设N个监测点，确保最上方监测点及最下方监测点分别位于塔顶及塔底，其余监测点分别对应于角钢连接处，采用卫星监测N个监测点的初始三维坐标 ，将N个监测点初始三维坐标 记录在数据库中，再针对电力杆塔设置监测周期，即设置固定的间隔周期，利用卫星重新监测N个监测点的实时三维坐标 ，通过获取N个监测点的实时三维坐标 ，与N个监测点初始三维坐标 进行比较，可以直观反映电力杆塔上的N个监测点位置是否产生变化，至于电力杆塔上N个监测点具体产生沉降或倾斜，还需采用计算模块进一步计算；[0098] 其中数据处理单元获取任一监测点的三维坐标的方法为：[0099] 假设通过4个卫星监测已知基站的伪距，记为 、 、 、 ；[0100] 通过计算差分校正数，根据公式：[0101][0102] 基于上述计算得到4个卫星监测已知坐标基站的伪距差分校正数；[0103] 在通过无线电将对应卫星的伪距差分校正数发送至监测点的卫星接收器；[0104] 由4个卫星分别获取监测点的伪距，记为 、 、 、 ；[0105] 应用差分校正数更新4个卫星获取监测点的伪距，记为 、 、 、 ；[0106][0107][0108][0109][0110] 基于更新后的卫星获取监测点的伪距和光速，通过构建4个球面方程，采用最小二乘法求解球面方程，得到监测点三维坐标。[0111] 一实施例中，计算所述N个监测点的第一计算沉降值 的方法为：[0112] 对任一监测点初始三维坐标 、实时三维坐标数据 进行计算；[0113] 根据公式：[0114][0115] 其中， 表示任一监测点实时Z轴值， 表示任一监测点初始Z轴值；i表示任一监测点；[0116] 将任一监测点的初始三维坐标 、实时三维坐标 代入公式；[0117] 计算得到任一监测点的第一计算沉降值 。[0118] 作为本发明的一个实施方式，采用计算模块计算第一计算沉降值 时，通过获取任一监测点初始三维坐标 与实时三维坐标 ，即可求得该监测点在垂直高度上的变化值，即第一计算沉降值 ，依次计算N个监测点的第一计算沉降值 ，即可通过数据直观的表达N个监测点垂直高度上位置是否发生了变化，进而用于判断电力杆塔整体是否产生沉降。[0119] 一实施例中，基于所述第一计算沉降值 分析塔体沉降状态的方法为：[0120] 汇总N个监测点同一时刻的第一计算沉降值 ；[0121] 对所有第一计算沉降值 的大小进行分析：[0122] 当所有第一计算沉降值 趋近于零时，则分析为塔体未产生沉降；[0123] 当所有第一计算沉降值 均为正值，则分析为塔体未产生沉降；[0124] 当存在部分第一计算沉降值 趋近于零，且另一部分第一计算沉降值 为正值，则分析塔体未产生沉降；[0125] 当所有第一计算沉降值 均为负值，则分析为塔体产生沉降；[0126] 当存在部分第一计算沉降值 趋近于零，且另一部分第一计算沉降值 为负值，则分析塔体疑似倾斜；[0127] 当第一计算沉降值Si中同时存在正值、负值，则分析为塔体疑似倾斜。[0128] 由于电力杆塔整体沉降时，N个监测点也应产生沉降，但是若是电力杆塔只是因地基松动而产生倾斜时，存在部分监测点垂直高度上位置降低，而并不是全部监测点垂直高度上位置均降低，因此，作为本发明的一个实施方式，在获取了N个监测点的第一计算沉降值 后，根据所有第一计算沉降值 的数值，还需对应的分析，以此判断电力杆塔实际状态：[0129] 当所有第一计算沉降值 均为正值时，表示任一监测点垂直高度上位置并未降低，反而上升了，由此可判断电力杆塔地基应为上移；[0130] 当所有第一计算沉降值 均为负值，表示任一监测点垂直高度上位置均降低，由此可判断电力杆塔地基必然下沉，即电力杆塔整体发生沉降；[0131] 当第一计算沉降值 即存在正值也存在负值，表示存在监测点垂直高度上位置降低，也存在监测点垂直高度上位置上升，由此可判断电力杆塔疑似产生倾斜。[0132] 一实施例中，所述分析模块还用于输出验证指令，方法为：[0133] 当分析塔体疑似倾斜，向计算模块输出验证指令；[0134] 计算模块接收验证指令，获取对应于塔顶、塔底监测点的实时三维坐标 、；[0135] 计算两个监测点的倾斜向量T，根据公式：[0136][0137] 再根据公式：[0138][0139] 其中， 表示倾斜角度，V表示垂直向量，且V=(0,0,1)， 表示倾斜向量T与垂直向量V模长的乘积；[0140] 基于计算，当 ，则表示确实存在倾斜；[0141] 设置倾斜阈值 ，用计算得到的倾斜角度 与倾斜阈值 比较：[0142] 当 时，向预警模块输出第二预警指令。[0143] 当电力杆塔沉降时，表示电力杆塔地基松动，若电力杆塔地基持续下沉，可能对电力杆塔正常运行造成影响，因此在本发明的一个实施方式中，当电力杆塔地基出现下沉情况时，通过分析模块输出的第一预警指令，令预警模块报警，从而令工作人员及时密切的关注该电力杆塔运行状态，并予以维护和检修；其中，当所有第一计算沉降值 均为正值以及第一计算沉降值 即存在正值也存在负值时，可能出现倾斜，由于电力杆塔倾斜倒塌也会对电力杆塔正常运行造成影响，且电力杆塔沉降与倾斜会同时产生，因此，还需要对电力杆塔倾斜程度进行验证，即计算电力杆塔的倾斜角度 ，在本实施例中，通过计算塔顶及塔底两个监测点的倾斜向量，根据公式：[0144] 即可求得塔顶至塔底监测点的连线与初始时刻塔顶至塔底监测点的连线的夹角，进而作为电力杆塔的倾斜角度 ，在获取倾斜角度 后，将倾斜角度 与倾斜阈值 比较，当倾斜角度 大于倾斜阈值 时，表示电力杆塔可能会倾斜倒塌，进而对电力杆塔正常运行造成影响，此时利用分析模块向预警模块输出第二预警指令，从而及时干预电力杆塔运行，避免电力杆塔倒塌造成的事故和对送电的影响。[0145] 一实施例中，所述分析模块还用于根据相邻两个监测点的倾斜角度输出预警指令，方法为：[0146] 根据公式分别计算相邻两个监测点之间的倾斜角度 ；[0147] 基于计算得到的N?1个倾斜角度 ，分别计算N?1个倾斜角度 的平均值 以及标准差 ；[0148] 当 ，则以平均值 作为塔体的倾斜角度，且若存在任一倾斜角度，则向预警模块输出第二预警指令；[0149] 当 ，直接向预警模块输出第三预警指令；[0150] 其中， 为标准差阈值，用来衡量多段塔体倾斜角度的离散程度。[0151] 由于计算塔顶至塔底监测点的连线与初始时刻塔顶至塔底监测点的连线的夹角，只能反映塔体整体的倾斜角度，但并不代表塔体中多段结构之间也保持一致的倾斜角度，因此，在本发明的一个实施方式中，还需要对相邻两个监测点之间的倾斜角度 进行计算，进而获取N?1个倾斜角度 ，通过标准差计算，可以反映N?1个倾斜角度 的离散程度，若，表示N?1个倾斜角度 的离散程度。碞?1个倾斜角度 基本保持一致，此时上述求得的倾斜角度 即塔体的倾斜角度，也可利用平均值 作为塔体的倾斜角度，其中，若任一倾斜角度 时，表示塔体上存在超过倾斜阈值 的变形，此时分析模块向预警模块输出第二预警指令；而当 时，表示N?1个倾斜角度 的离散程度大，即塔体上多段结构之间倾斜角度各不相同，此时上述求得的倾斜角度 也无法作为塔体的倾斜角度，平均值 也无法作为塔体的倾斜角度，此时分析模块向预警模块输出第三预警指令，需要立即对塔体进行维护和停止送电，防止塔体突然倒塌造成的损失。[0152] 一实施例中，所述分析模块还用于分析倾斜产生的原因，方法为：[0153] 根据获取的N?1个倾斜角度 的标准差 ：[0154] 当 ，分析塔体倾斜由地基塌陷产生；[0155] 当 ，分析塔体倾斜由外部风荷载及覆冰荷载产生。[0156] 基于上述，计算得到的塔体上N?1个倾斜角度 可用来判断塔体当前状态的原因，即倾斜产生的原因，当 ，表示塔体内部结构并未受到太大影响，整体的倾斜角度保持一致性，由此可分析塔体倾斜由地基塌陷产生，因地基塌陷，导致塔体倾斜；当，表示塔体内部结构受到影响，N个监测点所对应的角钢连接处出现不同程度的弯曲变形或折断，由此可分析塔体倾斜由外部风荷载及覆冰荷载产生，例如塔体上存在冰雪，由于塔体重心偏移，导致塔体一侧受力较大，从而产生折断或弯曲变形。[0157] 一实施例中，所述数据采集单元还用于采集全站仪的监测数据；[0158] 所述全站仪布置在塔体的中轴线投影线上。[0159] 虽然卫星不受地质变化的影响，但是由于卫星差分技术受到信号强度的影响，在恶劣天气或干扰信号较多的情况下，可能导致误差的增大，因此，作为本发明的一个实施方式，除了通过卫星获取监测点的实时三维坐标 ，再进行第一计算沉降值 的计算外，还需通过全站仪对塔体上N个监测点进行高程的监测，通过监测高程即可判断塔体是否发生沉降；[0160] 一实施例中，所述计算模块还用于根据全站仪监测数据计算第二计算沉降值 ；[0161] 根据公式：[0162][0163] 其中，h1表示任一监测点初始高程；h2表示任一监测点实时高程。[0164] 假设全站仪基准点不发生变化，则基于上述公式可计算得到塔体上任一监测点的高程在一个间隔周期后的变动，再基于所计算的第二计算沉降值 即可作为塔体沉降的具体数值，从而参与塔体沉降的监测及预警。[0165] 一实施例中，还包括校准模块，所述校准模块用于根据第二计算沉降值 校准全站仪基准点高程；[0166] 获取任一监测点的第一计算沉降值 ；[0167] 根据公式：[0168][0169] 将任一监测点初始高程h1以及第一计算沉降值 代入，得到计算实时高程[0170] 基于得到的计算实时高程 与全站仪监测的实时高程h2进行差值计算：[0171][0172] 根据获得的 调整全站仪基准点高程；[0173] 其中， 表示全站仪基准点的变化值， 表示温度影响系数， 表示初始高程h1获取时环境温度与实时高程h2获取时环境温度的差值。[0174] 基于上述，由于全站仪基准点布置在地面上，因此会受到地质运动的影响，但是卫星也会受到信号干扰的影响而导致误差，为了能够对电力杆塔进行定期监测，且不受信号及地质运动影响，结合卫星及全站仪监测电力杆塔上任一监测点的位置变动，有利于对电力杆塔进行实时沉降监测及预警；[0175] 作为本发明的一个实施方式，考虑到全站仪基准点可能受地质运动影响，在无干扰的情况下，同时用卫星差分技术获取任一监测点的第一计算沉降值 ，再利用全站仪获取该监测点的实时高程 ；[0176] 由于基准点变化，全站仪所采集的实时高程 并不能直接参与计算，进而得到第二计算沉降值 ；利用公式及第一计算沉降值 反向获取理论上该监测点的计算实时高程，再通过公式计算获取全站仪基准点的变化值 ，由此，根据获得的变化值 ，即可调整全站仪基准点，从而实现对全站仪基准点的校准，当后期监测过程中出现信号干扰而导致第一计算沉降值 存在差值时，可由全站仪进行临时监测，从而确保对电力杆塔的沉降监测及预警是有效的，不会产生漏报风险。[0177] 工作原理：通过计算模块计算任一监测点初始三维坐标与实时三维坐标的差值，即可获得任一监测点第一计算沉降值 ，基于分析模块对第一计算沉降值 的分析，从而判断电力杆塔是否产生沉降或倾斜，再由分析模块向预警模块发送指令，以利用预警模块报警，实现对电力杆塔的沉降监测及预警，相对于采用全站仪监测任一监测点是否产生沉降，采用卫星获取电力杆塔上N个监测点的实时三维坐标不受地质运动影响，能够准确的获取N个监测点的实时三维坐标，再与初始三维坐标进行计算，即可得到电力杆塔上N个监测点的位置变化信息，从而有利于判断电力杆塔实际状态。[0178] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

专利地区：甘肃

专利申请日期：2024-08-16

专利公开日期：2024-10-29

专利公告号：CN118654634B