北斗下的电力杆塔形变监测方案设计

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摘要：为满足输电线路电力杆塔形变在线监测的实际需求，现基于第三代北斗卫星导航系统设计一种电力杆塔形变监测方案，该方案是通过在电力杆塔关键位置设置北斗高精度基准站点，利用实时动态差分技术计算得到监测点位置坐标信息，再通过北斗短报文或无线专网等通信方式将结果数据发送至监控平台，完成对杆塔状态的全天候监测。最终试验结果表明，该方案可实现毫米级精度监测，能够充分满足杆塔的监测需求。

关键词：北斗；差分解算；高精度定位；形变监测

引言

近年来，人为或自然因素导致的电力铁塔倾倒的事故时有发生，给输电线路系统的安全运行造成了严重影响[1]。针对这种情况，本文提出一种电力杆塔形变监测方案，该方案利用北斗卫星定位技术实现电力杆塔的高精度和全天候在线监测，一旦发现故障隐患及时排除。

1研究成果

1.1成果目标

研究基于北斗卫星定位系统的电力杆塔形变监测系统，提供应急抢修救灾支持，有效提高电力设施的地质灾害防治水平。通过构建电力杆塔监测的多源数据关联和预测模型[2]，对于地质灾害诱发因素进行综合分析和挖掘，研究分析和预测地质灾害趋势，制定可靠有效的地质救灾方案。

1.2成果效益

（1）输变电设施普遍缺乏可靠地质灾害监测的状况将得到极大改善，通过采用地质灾害实时监测技术手段，当检测到异常情况时系统及时发出预警，最大程度避免或降低输电线路设施受损程度，有效保障电力系统安全稳定运行[3]。（2）采用高实时、全天候监测方法，相比于传统的人工巡查方式，能够大幅提升人员的巡检效率，并有效节省资源成本投入。（3）将研究成果与国家大力推动北斗系统产业化、互联网+等信息化政策深度融合，在促进北斗技术、互联网+技术在电力系统内应用的同时，可以复制推广应用到电力行业以外的相关领域，具有广泛的经济和社会效益。

2方案设计

2.1总体介绍

利用北斗卫星定位和高精度卫星数据处理技术，实时监测电力杆塔及周边地质形变，通过形变监测传感器将采集到的杆塔倾斜数据发送到监测中心，监测中心对状态参数进行数据存储、显示和统计，分析得出杆塔形变的变化趋势。利用得到的杆塔倾斜预警信息，可为线路运行和设计部门提供参考依据，便于及时掌握杆塔运行状况，避免和减少相关事故的发生[4]。

2.2基准站设计

为满足卫星定位数据的跟踪、采集、传输和系统完备性监测等功能需求[5]，基准站设计包括室内设备和室外设备两个组成部分：室内设备主要由北斗卫星导航接收机、不间断电源（UPS）、通信设备和雷电防护设备等构成；室外设备主要包括天线基体、避雷针、多模天线和防盗设施等[6]。如图1所示。2.3形变监测设备形变监测点设备主要用于获取监测点位移形变、雨量和温度等数据[7]，由北斗高精度接收机、传感器、供电设备、避雷设施等部分组成，具备如下设计要求：全天候在线自诊断功能；加电自启动监控系统功能；状态监测功能；按需采集现场监测数据功能；时间同步功能；平台综合分析功能。

2.4监测平台设计

监测平台包括数据分发、解算管理、告警管理、通信管理、系统管理和业务管理等功能。整个系统包括三个部分：杆塔形变采集终端、综合分析软件系统和后台服务器[8]。终端将采集数据进行压缩编码，通过无线方式传输到后台服务器。终端工作模式：一是受控工作模式：客户端首先发送采集监测数据的命令，采集终端接收到命令后再进行相应动作，用于即时获取现场监测数据的情形；二是自动工作模式：根据预设工作模式进行现场数据采集，并自动数据上传到后台服务器，客户端可自行连接到服务器下载监测数据；综合分析软件系统根据采集的数据来分析电力杆塔的倾斜和变形，评估其安全状况。并采用“序列学习”的方法对电力杆塔的变形进行分类和推理，从而并对各种危险进行预警。

2.5数据安全设计

研究本系统的基准站数据、形变监测点数据与信息内、外网进行数据交互，保证各终端安全、可信地接入电力信息网络，实现接入对象的监控和审计[9]。监测业务数据转发流程：终端业务数据通过专网传输到外网接入路由器，再经过防火墙连接外网应用服务器，最后通过信息网络安全隔离设备与内网数据库服务器进行数据交互[10]。监测应用接入：终端与运营商无线网络进行双向身份鉴权认证，在完成鉴权认证之后，终端接入到无线网络。

2.6数据通信

本文提出的监测方案具备远程控制、远程管理、实时自动化监测、数据双向通信等特点，根据系统的数据传输方式，首选移动通信网络进行通信，在公网通信效果不佳地区采用北斗短报文进行通信。

3现场试验

结合现场实际情况，在现场安装监测设备进行监测，水平和高程的监测精度数据如表1所示。试验数据表明，随着监测间隔的推移，监测精度进一步提高，保持着良好的稳定性，能真实反映杆塔实际运行状态，有效提升了杆塔监测可靠性，能够为输电线路的安全稳定运行提供参考依据。

4结束语

通过开展北斗三代系统的电力杆塔状态监测预警研究工作，建立一套可靠的多源数据关联和预测模型，通过整合、分析和挖掘多种诱发因子，提供实时、准确和稳定的监测数据，有效预测地质灾害的变化趋势，进一步为电力杆塔应急抢修救灾方案制订提供支持。

参考文献

[1]穆晓辰，周学坤，王常欣，李常勇，张冲.基于北斗及GPS双系统的电力杆塔滑移监测系统研究[J].电力信息与通信技术，2019（6）：44-50.

[2]罗啸宇，卢秀慧，邓为东，谢文平.基于CORS的输电塔监测系统[J].军民两用技术与产品，2019（9）：56-60.

[3]宋军，赵凡，严天峰，孟令为.高精度GPS形变系统在电力杆塔监测中的应用[J].自动化与仪器仪表，2013（4）：156-158.

[4]王涛.基于卡尔曼滤波的电力杆塔倾斜监测系统研究[J].信息技术与信息化，2017（10）：113-117.

[5]邓召魁，吕玉祥，高存博.基于北斗卫星的输电杆塔在线监测系统[J].现代电子技术，2016（10）：162-166.

[6]邓庆红，谢彬，沈锋.基于北斗卫星导航系统的输电线杆塔倾斜监测算法研究与实现[J].湖南电力，2019（2）：7-11.

[7]张彩友，杨鸿珍，贺琛.基于北斗三代系统的设备姿态监测预警应用研究[J].电子设计工程，2019（10）：159-162.

[8]李征航.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[9]余学祥，张华海，吕伟才.GPS监测网动态数据处理抗差Kalman滤波模型[J].中国矿业大学学报，2000，29（06）：553-557.

[10]王钧，闫世平，高伟.杆塔倾斜在线监测系统的应用[J].陕西电力，2010（11）：91-93.

作者：王世臣 贾蕾 单位：安徽四创电子股份有限公司