北斗高精定位在输电杆塔边坡监视与边坡变形监测中的研究与应用.docx
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1、输电杆塔边坡滑坡会造成输电杆塔结构失稳。为了提高输电系统监视的自动化程度和响应效率,搭建了一个基于北斗高精定位技术的输电杆塔边坡在线监测系统。该系统数据采集终端配置发电与储能模块,实现能量自给;数据传输网络采用无线专网,保障数据安全;位置解算平台通过地面基站校准,实现毫米级偏移量监测。作者还通过高边坡输电杆塔应用实例验证了系统的可靠性,为输电杆塔边坡监测实施提供了借鉴。输电杆塔结构稳定是保证电力系统能量传输的基础。输电杆塔基础的位移与沉降可能使杆塔结构在较强外力作用下发生形变、倾斜乃至倾覆。尤其当输电杆塔基础位于高边坡位置时,由于边坡垂直落差大,容易发生沉降、滑坡等情况。输电线路地理跨度大,当
2、其跨越高原、山地等区域时,部分输电杆塔基础将位于边坡附近。在高差作用下,边坡有可能在重力作用下发生沉降和位移。地震、采矿、道路施工等外力作用会破坏边坡本身的稳定性,引发边坡滑坡。强降雨等极端天气也会对边坡结构产生冲刷和润滑作用,促进山体滑坡。当探测到边坡发生结构失稳的早期征兆时,可以通过锚固、支护等方式对边坡结构进行加强。研究表明,通过及早发现边坡沉降并采取治理措施,可以显著降低由于边坡垮塌造成的损失。因此很有必要对输电杆塔边坡监测技术展开研究。北斗系统作为我国自主研发的导航卫星定位系统,其安全性较高。基于北斗系统的电力系统应用已有大量研究。将北斗导航卫星定位技术应用于输电线路边坡监视,为提升
3、输电线路安全提供了新的思路。本文对应用北斗高精定位技术对输电杆塔边坡监视进行研究,设计了能量自给的数据采集系统,无线专网数据传输系统和数据分析展示平台,并通过高边坡输电杆塔实施实例对系统效果进行说明,以期为输电杆塔边坡监测实施提供借鉴。1基于地面基站的北斗高精度定位技术利用北斗定位技术可以对输电杆塔结构稳定性情况进行实时监测。有学者提出了一种利用北斗系统定位实现输电杆塔在线监测的构想,基于GPS和北斗卫星定位系统设计了接收机终端,但其使用的北斗基础定位服务只能达到IOm的定位精度,远不能满足输电杆塔边坡稳定情况准确监测的需求。有学者采用在输电杆塔旁边设置实时动态(real-timekinema
4、tic,RTK)基站的方式对输电杆塔基础位移进行监测,实现了对杆塔毫米级形变量的监测,并通过工程实例验证了该系统的实施效果,但这种方法对每个监测点需要单独设置定位基站,在限制应用条件的同时也提高了系统应用成本。北斗高精度后处理算法以地面基站提供的校准数据为基础,对北斗接收机进行数据处理,实时解算出监测点毫米级的三维坐标。通过分析各监测点实时的三维坐标,并与初始坐标进行比对,从而获得该监测点倾斜和沉降变化量。北斗高精度后处理技术将北斗卫星定位数据的精度提高至平面Imm以内、高程2mm以内,能够实现输电杆塔边坡滑坡情况的极早期预警。其利用已有地面基站提供的校准数据为电力杆塔边坡监视提供位置校准服务
5、,极大地降低了电力行业应用北斗高精定位技术的成本。北斗地面辅助定位基站系统于年月日正式投入运营。至今全国共有多个工作基站。截至目前,厘米级定位服务可以覆盖全国省市。具体到南方电网运营范围,已经实现了毫米级服务全域覆盖。研究基于地面基站的北斗高精度定位技术在电力行业的应用具有很大的现实意义。2系统总体设计输电杆塔边坡监测系统通过安装在边坡上的数据采集终端得到边坡位置偏移量信息,以无线专网的形式上传至专有服务器,并由专有服务器的数据处理平台对偏移量信息进行分析和展示。系统总体构架如图1所示。导航卫星弱劣虢跪图1系统总体构架系统感知层包括基站和数据采集终端。基站为参考基准,用以提升定位精度。数据采集
6、终端通过配置北斗接收机、数据传输模块、供能模块,实现边坡卫星定位数据的采集和上传。系统数据传输层采用有线专网与无线专网相结合的方式。基站采用有线专网的方式进行数据传输。数据采集终端采用无线专网的方式实现数据上传。系统应用控制层实现位置解算服务,并将处理得到的数据以可视化界面的方式呈现给用户。其位置解算服务通过地面基站修正数据采集终端测量数据达到毫米级定位。可视化界面形成边坡位置信息量的三维时间图展示给用户。3数据采集终端3.1 北斗接收机北斗接收机获取导航卫星的定位信息,包括星历数据和观测数据。系统采用静态/快速接收机,其特点为适用于解算静态位置量信息。接收机包括测量天线和数据处理终端两部分,
7、如图2所示。测量天线选取扼流圈天线,用以减小在定位过程中由于信号传输多径效应引起的测量误差。数据处理终端提供了天线接口与外部接口,实现与导航卫星通信数据的解算服务。图2北斗接收机在实际应用场景中,测量天线被安装在开阔位置,以便于与卫星通信,数据处理终端被安装在控制箱中。3.2 数据传输模块数据采集终端采用无线专网的通信方案。通过专线接入点名称(accesspointname,APN)的方式实现专网通信,保障数据安全。相对于有线网络,无线专网的布置相对方便。尤其在输电系统领域,输电杆塔位置偏僻,有线通信网络接入往往难以实施。无线通信模块在调试完成后,在4G信号覆盖区域即可使用。通过向通信运营商申
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