一种基于北斗卫星技术的杆塔倾斜监测终端的制作方法

本发明涉及电力监测，具体涉及一种基于北斗卫星技术的杆塔倾斜监测终端。

背景技术：

1、输电线路电力铁塔的稳定可靠是输电线路安全运行的重要保障，因输电线路输送距离长、沿途环境条件恶劣、地质地形复杂、气候多变，同时受到线路周边各种工程施工、采矿等人为活动影响，对电力铁塔安全状况造成巨大威胁，如铁塔关键部位断裂、倾斜、倒塌、整体滑移等现象时有发生。目前，电力铁塔监测主要依靠人工巡检和传感器监测的方式，通常测量人员在铁塔完成组塔放线后，采用经纬仪和垂球进行铁塔倾斜度观测，需要人员到达现场测量，单次测量耗时耗力，且测量误差受人为因素影响较大，无法掌握杆塔倾斜实时情况。铁塔多架设于人烟稀少交通不便的山区和河谷，人工巡视难度较高且巡视频次不高，检测方式主要通过经纬仪人工测量，对人员技术水平要求较高且存在误差较大等情况，不能及时发现隐患问题，多数情况都要在隐患发展至肉眼可见甚至影响设备运行后才能在巡视中发现，导致处于十分被动的状态，数据时效性也很差，如若长期安排专人定点监测，则成本过高并存在人员安全隐患，且故障点多面广，不具备可操作性。

技术实现思路

1、本发明主要是为了解决现有的人工监测杆塔倾斜方法误差大、耗时耗力、时效性差的问题，提供了一种基于北斗卫星技术的杆塔倾斜监测终端，具有rtk定位、姿态角测量、内部数据存储及测量数据上报等功能，能够将杆塔的姿态变化测量信息通过移动通信网络或北斗短报文通信上报给监管中心，实现对电力杆塔状态的全时段实时监测，有利于及时发现隐患问题，提高输电线路安全和可靠性，不需要测量人员到现场监测，省时省力，避免人为因素导致测量误差偏大，实现高精度杆塔倾斜测量。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

3、一种基于北斗卫星技术的杆塔倾斜监测终端，包括主控模块，所述主控模块双向连接有安全加密模块、倾斜测量模块、北斗rtk模块和4g模块；还包括电源管理模块，所述电源管理模块分别连接有主电池和备用电池。本发明提供了一种基于北斗卫星技术的杆塔倾斜监测终端，该设备是将卫星高精度差分定位模块与倾角传感器耦合形成的一体化监测设备，支持接入电力北斗精准服务网提供的差分服务，通过融合绝对测量和相对测量数据，可以扩展外接气象传感器、北斗短报文终端等外接设备，具有rtk定位、姿态角测量、内部数据存储及测量数据上报等功能，能够将杆塔的姿态变化测量信息通过移动通信网络或北斗短报文通信上报给监管中心，实现对电力杆塔状态的全时段实时监测，有利于及时发现隐患问题，时效性好，不需要测量人员到现场监测，省时省力，避免人为因素导致测量误差偏大，实现高精度杆塔倾斜测量。本发明可实现对输电线路杆塔倾斜度的实时高精度计算，一旦出现超出安全范围的倾斜值，第一时间发出告警信号，定位故障点，及时采取处理措施，提高输电线路安全和可靠性，有效地解决当前电力杆塔监测精度低、监测难度大、巡检周期长、监测时效性差、人力成本高等诸多问题。

4、作为优选，所述北斗rtk模块连接外置测量天线。本设备具有通过移动通信（4g/3g/2g）方式接收差分数据并上报监测结果的功能，通过外置测量天线实现无线数据通信，一方面向监管中心上报监测数据，另一方面响应执行监管中心发送的远程指令。

5、作为优选，所述主控模块双向连接有数据存储模块和外设管理模块。本设备内置固态存储器，可支持不少于90天的本地数据存储。其中，数据存储模块选用sdio接口的sd卡，该卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，相比于单片机内部flash和外接flash，具有体积小、容量大、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性。该卡是一体化固体介质，不需要额外的电源来保持其上记忆的信息，同时具有良好的防震和防冲击性能，可确保数据存储的可靠性。

6、作为优选，所述外设管理模块连接有扩展设备，所述扩展设备包括但不限于北斗短报文终端、气象传感器和应力传感器。本设备支持扩展外接北斗短报文终端进行数据传输；支持扩展外接气象、应力等多种传感器。其中，应力传感器选用ycvws系列应变计和振弦数据采集模块，该传感器应变计量程3000με，灵敏度0.5με，拟合精度0.1~0.5%fs，单独机械密封、树脂胶封，防水性可靠；振弦传感器数据采集分辨率为0.1hz，采用标准modbus协议485串口数据输出，具有高抗干扰能力，适应长期运行。气象传感器选用一体化超声波六要素微气象传感器，该传感器可以监测温度、湿度、气压、风速、风向和降雨量，具有技术先进、集成度高、性能稳定等特点，其温度测量范围-40℃～60℃、分辨率0.01℃、准确度±0.3℃（25℃）；相对湿度测量范围0～100%rh、分辨率0.01%、准确度±3%rh；大气压力测量范围300～1100hpa、分辨率0.1hpa、准确度±0.5hpa（0～30℃）；风速测量范围0～60m/s、分辨率0.01m/s、准确度±0.3m/s（0～30m/s）或±0.3%（30～60m/s）±0.5%；风向测量范围0～360°、分辨率0.1°、准确度±2°；降雨量测量范围0～200mm/h、分辨率0.2mm、准确度±10%。北斗短报文终端是一款兼备北斗rdss、rnss和gps定位能力的卫星导航定位通信设备，支持我国自主建设的北斗系统rdss业务的s、l频点和rnss业务的b1以及gpsl1频点，具有10个接收通道，能够实现基于北斗rdss的快速定位、短报文通信、位置报告、精确授时等功能，适用于渔政管控、海洋救生、应急搜救、水文监测、公共安全、气象预报、救灾减灾等需要通过卫星进行数据采集与传输的应用领域。

7、作为优选，所述主电池连接有外置太阳能板。本设备支持外接太阳能供电方式，同时内置可充电固态电池（备用电池），可在零下40度低温条件下工作。

8、作为优选，所述主控模块选用stm32系列芯片，该芯片是高性能单片机，提供了具有浮点单元的cortex-m4内核的性能，运行频率为17100mhz，同时在运行和停止模式下实现了极低的功耗值。由于该芯片具有2个ram，其中一个（64kbsram2）通过i/d总线连接，因此性能更加高效，并可通过批量采集模式（bam）优化数据批处理的功耗。该模块是设备核心模块，负责采集、处理和存储数据，并协调控制各输入输出模块。其基本工作流程是接收gnss数据进行差分解算，获取高精度rtk定位结果，同时接收倾斜测量模块、气象传感器、应力传感器等回传数据，经过基于协议的数据解析、处理融合、状态分析等处理后，以约定内容和格式保持原始或处理后数据；并利用4g模块或北斗短报文终端将加密后的数据上报服务器。

9、作为优选，所述北斗rtk模块选用gnss高精度定位模组，内置rtd/rtk算法，支持bds、gps和glonass三系统。该模组符合工业级使用标准，配合电力北斗精准服务网提供的差分服务，静态定位精度最高可达厘米级，具有高灵敏度、低功耗、抗干扰、高性能等特点，可应用于各种iot物联网场景，提供高性能、合理成本的高精度定位解决方案。

10、作为优选，所述倾斜测量模块选用sca100t系列传感器芯片，该芯片是基于3d-mems的高精度双轴倾角传感器芯片，提供了水平测量仪表级别的性能，可实现范围±30°、分辨率0.0025°的测量精度，在全温区可保持长期高稳定性，并具备静电场力进行自我检测、传感器故障检测和内存校验等多种自检功能，可完全满足本设备倾斜测量的功能和性能需求。

11、作为优选，所述安全加密模块选用sc1732y芯片，该芯片是一款内置32位cpu、支持spi接口、支持sm1、sm2、sm3国密算法的高级安全芯片，具有存储器数据加密和总线加扰机制，数据保存时间不低于10年，数据存储区擦写次数不低于10万次，符合国家电网公司的数据安全加密要求。

12、作为优选，所述终端支持三种工作模式，包括正常模式、报警模式和应急模式。本设备支持直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、换位杆塔、跨越杆塔、终端杆塔等多型标准化设计输电线路杆塔的设备安装和状态监测。结合应用环境，设备支持三种工作模式，并可根据实际情况自动切换。正常模式：北斗rtk模块等其他传感器采样时间间隔均为10分钟，倾斜测量模块采样时间间隔为1分钟，通过4g模块或北斗短报文终端上报数据；报警模式：当倾斜测量模块采样数据超过设定阈值时，所有传感器采样时间间隔调整为30秒，通过4g模块或北斗短报文终端上报数据；应急模式：当4g信号中断时，通过北斗短报文终端上报数据。

13、因此，本发明的优点是：

14、（1）实现对电力杆塔状态的全时段实时监测，有利于及时发现隐患问题，提高输电线路安全和可靠性，有效地解决当前电力杆塔监测精度低、监测难度大、巡检周期长、监测时效性差、人力成本高等诸多问题；

15、（2）自动采集、计算、上报杆塔综合倾斜度、杆塔横向倾斜度、杆塔纵向倾斜度等数据，不需要测量人员到现场监测，省时省力，避免人为因素导致测量误差偏大，实现高精度杆塔倾斜测量；

16、（3）将北斗卫星定位、短报文通信技术融入输电线路杆塔在线监测中，为输电运检业务的综合应用赋予时空属性，进一步提升输电专业运维检修工作效率。