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的制作方法

本发明属于电力杆塔沉降监测，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：

1、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；

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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。

2、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：

3、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；

4、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；

5、还包括：

6、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；

7、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：

8、当分析塔体存在沉降时，输出第一预警指令；

9、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；

10、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。

11、优选的，获取所述监测点三维坐标的方法为：

12、于塔体安装完成后，预先通过卫星接收器接收卫星信号；

13、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；

14、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；

15、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；

16、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。

17、优选的，计算所述n个监测点的第一计算沉降值的方法为：

18、对任一监测点初始三维坐标 、实时三维坐标数据进行计算；

19、根据公式：

20、

21、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；

22、将任一监测点的初始三维坐标、实时三维坐标代入公式；

23、计算得到任一监测点的第一计算沉降值 。

24、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：

25、汇总n个监测点同一时刻的第一计算沉降值；

26、对所有第一计算沉降值的大小进行分析：

27、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；

28、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；

29、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；

30、当所有第一计算沉降值均为负值，则分析为塔体产生沉降；

31、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；

32、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。

33、优选的，所述分析模块还用于输出验证指令，方法为：

34、当分析塔体疑似倾斜，向计算模块输出验证指令；

35、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、 ；

36、计算两个监测点的倾斜向量t，根据公式：

37、

38、再根据公式：

39、

40、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；

41、基于计算，当，则表示确实存在倾斜；

42、设置倾斜阈值，用计算得到的倾斜角度与倾斜阈值比较：

43、当时，向预警模块输出第二预警指令。

44、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：

45、根据公式分别计算相邻两个监测点之间的倾斜角度；

46、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；

47、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；

48、当，直接向预警模块输出第三预警指令；

49、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。

50、优选的，所述分析模块还用于分析倾斜产生的原因，方法为：

51、根据获取的n-1个倾斜角度的标准差：

52、当，分析塔体倾斜由地基塌陷产生；

53、当，分析塔体倾斜由外部风荷载及覆冰荷载产生。

54、优选的，所述数据采集模块还用于采集全站仪的监测数据；

55、所述全站仪布置在塔体的中轴线投影线上。

56、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；

57、根据公式：

58、

59、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。

60、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；

61、获取任一监测点的第一计算沉降值 ；

62、根据公式：

63、

64、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

65、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：

66、

67、根据获得的调整全站仪基准点高程；

68、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施高程h2获取时环境温度的差值。

69、本发明的有益效果如下：

70、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。

71、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。