输电塔基础变位的测量方法与流程

本发明涉及输电塔基础变形监测技术领域，具体而言，涉及一种输电塔基础变位的测量方法。

背景技术：

输电塔的稳定性对输电线路的安全性具有重要作用，目前，已有多条高电压等级输电线路经过煤矿采动区，而受煤矿采空区地表沉陷的影响，输电塔基础将发生不均匀沉降、倾斜、水平滑移等变形，进而使塔的根开和塔腿高差发生变化，塔体结构产生较大的附加应力，造成塔体局部破坏或整体发生倒塌，直接威胁塔安全及输电线路的稳定运行。对输电塔基础的三维空间变位进行实时、准确的监测，可为实现采动区输电塔安全评估提供重要输入条件，对于保障采动区输电线路安全运行具有重要意义。

现有的输电塔基础变位监测方式主要有两种方式：一种是采用光学水准仪进行测量。采用光学水准仪测量一次投入少，可以测量输电塔基础的三维空间变位，但投入人力多，每次测量时间长、同步性较差。另一种是采用静力水准仪进行测量。采用静力水准仪测量一次投入较大，系统安装调试完成后可实时自动采集数据，相比于采用光学水准仪测量，能够节省大量的人力成本，同步性和精度指标均较优，但只能测量基础沿垂直方向的变位，不能测量输电塔基础的三维空间变位。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种输电塔基础变位的测量方法，旨在解决现有的测量方法在测量时同步性差、不能测量输电塔基础的三维空间变位，进而导致测量精度低的问题。

一个方面，本发明提出了一种输电塔基础变位的测量方法，该方法包括如下步骤：测量点及参考点设置步骤，在输电塔的各塔脚处分别设立测量点，在与输电塔中心位置具有预设距离处设置参考点；初始坐标获取步骤，获取各测量点的初始三维坐标；检测装置安装步骤，在参考点和各测量点分别安装用于坐标检测的检测装置；基础变位测量步骤，根据检测装置测得的各测量点的三维坐标和各测量点的初始三维坐标确定输电塔的基础变位值。

进一步地，上述输电塔基础变位的测量方法中，测量点及参考点设置步骤中：参考点所处位置的年平均沉降小于预设值。

进一步地，上述输电塔基础变位的测量方法中，测量点及参考点设置步骤进一步包括：参考点和周围障碍物之间的最大高度差，与参考点和障碍物之间距离的比值小于等于预设值。

进一步地，上述输电塔基础变位的测量方法中，基础变位测量步骤进一步包括：转换子步骤，检测装置测得的各测量点的数据根据参考点的三维坐标转换为各测量点的三维坐标；基础变位确定子步骤，将各测量点的三维坐标与各测量点的初始三维坐标之间的差值确定为输电塔的基础变位值。

进一步地，上述输电塔基础变位的测量方法中，各检测装置均为GPS天线。

进一步地，上述输电塔基础变位的测量方法中，检测装置安装步骤进一步包括：连接件安装子步骤，在各测量点的承台分别安装连接件；支撑体安装子步骤，在各连接件分别安装具有预设高度的支撑体；检测装置安装子步骤，在各支撑体上分别安装检测装置。

进一步地，上述输电塔基础变位的测量方法中，检测装置安装步骤进一步包括：支撑体安装子步骤，在参考点安装具有预设高度的支撑体；检测装置安装子步骤，在支撑体上分别安装检测装置。

本发明通过检测装置对输电塔基础变位进行实时、同步监测，精确的获得了输电塔基础的三维空间坐标，为采空影响区输电塔结构安全状态评估提供了依据，监测数据可直接用于输电塔结构安全状态评估，具有更好的适用性和更高的精度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的输电塔基础变位的测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的输电塔基础变位的测量方法中，参考点和各测量点布置示意图；

图3为本发明实施例提供的输电塔基础变位的测量方法中，检测装置与承台的连接示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的输电塔基础变位的测量方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

测量点及参考点设置步骤S1，在输电塔的各塔脚处分别设立测量点，在与输电塔中心位置具有预设距离处设置参考点。

具体地，首先选择测量点1和参考点8。在输电塔的各塔脚处分别设立测量点1，在与输电塔中心5位置具有预设距离R处设置参考点8。具体实施时，可以选择R<1km，以确保测量的准确性。

初始坐标获取步骤S2，获取各测量点的初始三维坐标。

具体地，获取各测量点1的初始三维坐标，即各测量点1初始的垂直方向、顺线路方向和横线路方向的坐标。

检测装置安装步骤S3，在参考点和各测量点分别安装用于坐标检测的检测装置。

具体地，参考点8和各测量点1分别安装检测装置2，检测装置2用于检测各测量点1的三维坐标。

基础变位测量步骤S4，根据检测装置测得的各测量点的三维坐标和各测量点的初始三维坐标确定输电塔的基础变位值。

具体地，将上述步骤中检测装置2测得的各测量点1的三维坐标和获取的测量点1的初始三维坐标传输至控制中心，并进行实时解算处理，最后确定输电塔的基础变位值。

本实施例中，通过检测装置对输电塔基础变位进行实时、同步监测，精确的获得了输电塔基础的三维空间坐标，为采空影响区输电塔结构安全状态评估提供了依据，监测数据可直接用于输电塔结构安全状态评估，具有更好的适用性和更高的精度。

上述实施例中，测量点及参考点设置步骤S1中：参考点8所处位置的年平均沉降小于预设值。

具体地，选择参考点8的位置时，参考点8所处位置的年平均沉降需要小于预设值，例如年平均沉降小于3mm。需要说明的是，年平均沉降的预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

本实施例中，将参考点的位置选为年平均沉降小于预设值的场所，使得参考点的位置受沉降的影响较小，进而保证了输电塔基础变位值测量的准确性。

上述实施例中，测量点及参考点设置步骤S1可以进一步包括：

参考点和周围障碍物之间的最大高度差，与参考点和障碍物之间距离的比值小于等于预设值。

具体地，参见图2，参考点8的周围不可避免的会有障碍物6的存在，而障碍物6的存在在一定程度上会影响参考点8处数据的传输，因此，参考点8和周围障碍物6之间的最大高度差ΔH，与参考点8和障碍物6之间的水平距离L的比值需要小于等于预设值，例如需要说明的是，的预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

本实施例中，参考点和周围障碍物之间的最大高度差ΔH，参考点和障碍物之间的水平距离L的比值小于等于预设值，可以最大程度的避免障碍物对参考点处数据的传输，使得控制中心接收的参考点数据更准确。

上述实施例中，基础变位测量步骤S4进一步包括：

转换子步骤S41，检测装置测得的各测量点的数据根据参考点的三维坐标转换为各测量点的三维坐标。

具体地，各测量点1的数据和参考点8的三维坐标传输到控制中心后，根据参考点8的三维坐标，将检测装置2测得的各测量点1的数据转换成各测量点1的三维坐标，各测量点1的t时刻三维坐标的表达为其中，x、y、z的方向分别对应输电塔的垂直方向、顺线路方向和横线路方向。需要说明的是，本实施例中的将各测量点1的数据根据参考点8的三维坐标转换为各测量点1的三维坐标的方法为本领域技术人员所公知，故不赘述。

基础变位确定子步骤S42，将各测量点的三维坐标与各测量点的初始三维坐标之间的差值确定为输电塔的基础变位值。

具体地，将各测量点1的初始三维坐标设为(x₁₀,y₁₀,z₁₀)、(x₂₀,y₂₀,z₂₀)、(x₃₀,y₃₀,z₃₀)和(x₄₀,y₄₀,z₄₀)，则输电塔基础t时刻变位的表达式为：

本实施例中，将各测量点的三维坐标与各测量点的初始三维坐标之间的差值确定为输电塔的基础变位值，并进行实时监控，有效的测量的输电塔的基础变位值，具有更好的适用性和更高的精度。

上述实施例中，各检测装置均可以为GPS天线。

具体地，将各GPS天线置于各测量点和参考点8，并利用观测卫星接收各GPS天线传输的数据，通过数据通讯网络实时将数据传输到控制中心，并结合参考点8的三维坐标与起算坐标通过控制中心软件准实时解算处理，最终得到t时刻输电塔各测量点的三维坐标。

本实施例中，通过GPS天线完成对各测量点三维坐标的检测，使检测的数据精度更高，同步性更好。

上述实施例中，检测装置安装步骤S3可以进一步包括：

连接件安装子步骤S31，在各测量点的承台分别安装连接件。

具体地，参见图3，在各测量点1的输电塔塔脚的承台4处分别安装连接件9，连接件9可以为一端开口的壳体，将连接件9套设于各测量点1的输电塔塔脚的承台4。具体实施时，连接件9的材料可以选择Q345钢材，当然，连接件9也可以选择其他材料，具体的材料可以根据实际情况而定，本实施例对其不做任何限定。承台4一般为长、宽、高分别为b、b和h的长方体钢筋混凝土结构，连接件9的厚度可以为t_h，连接件9的内壁与承台4之间的间隙可以为Δ，则连接件9的长、宽、高可以分别为b+2t_h+2Δ、b+2t_h+2Δ和h+Δ。连接件9厚度t_h和Δ的取值可以分别为取值可以为

支撑体安装子步骤S32，在各连接件分别安装具有预设高度的支撑体。

具体地，由于检测装置2需要具有一定高度，所以需要在各连接件9上安装具有预设高度的支撑体3。具体实施时，支撑体3可以采用钢板加工而成，支撑体3与连接件9之间的连接方式可以为焊接。各测量点1处支撑体3的高度H_C可以为1.0m。需要说明的是，各测量点1处支撑体3的预设高度可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

检测装置安装子步骤S33，在各支撑体上分别安装检测装置。

具体的，将各检测装置2安装于各支撑体3上，通过连接件9和支撑体3完成了检测装置2与承台4的无损安装。

本实施例中，将检测装置安装于测量点的预设高度，并且，实现了检测装置与承台的无损安装，保证的测量点处数据传输的精确性。

上述实施例中，检测装置安装步骤S3可以进一步包括：

支撑体安装子步骤S34，在参考点安装具有预设高度的支撑体。

具体地，由于检测装置2需要具有一定高度，所以需要参考点8处安装具有预设高度的支撑体7。具体实施时，参考点8处支撑体7的高度H_r可以大于等于2.0m。需要说明的是，考点处支撑体7的预设高度可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

检测装置安装子步骤S35，在支撑体上分别安装检测装置。

本实施例中，将检测装置安装于参考点的预设高度，保证的测量点处数据传输的精确性。

下面将举例进一步说明上述方法的实施过程：

以采动区发生基础变位的220kV单回路猫头型输电塔为例，该输电塔呼高为30m，该输电塔基础采用板式独柱重力式基础，塔脚基础外露承台4的尺寸为300mm×300mm×500mm。

在与220kV单回路猫头型输电塔塔位中心5距离560m(R＝560m)处设定GPS测量参考点8，该参考点8所处场地的年平均沉降为2mm。放置参考点8处GPS天线的支撑体7高度H_r为2.5m，参考点8所在视场内的最高障碍物6为树木，最低树木其参考点8处支撑体7的高度差ΔH为6m，两者之间水平距离L为50m，0.12小于0.3，因此符合要求。在输电塔四个塔脚处各设置1个GPS测量点1，放置GPS天线的支撑体3高度H_C为1.0m，即测量点1处支撑体3高度H_C为1.0m。输电塔基础变位的GPS测量点1及参考点8布置方案参见图2。

塔脚基础外露承台4为长、宽、高分别为300mm、300mm和500mm的长方体钢筋混凝土结构，连接件9内壁与承台4之间的间隙Δ为1.3mm，连接件9的厚度t_h为15mm，则连接件9的长、宽、高分别为332.6mm、332.6mm和501.3mm。将连接件9套设与各测量点1的承台4外。

然后在参考点8和各测量点1的连接件9上安装支撑体3，支撑体3采用厚度10mm的钢板加工而成。再将GPS天线分别安装于参考点8的支撑体7和各测量点1的支撑体3。

采用4个及以上的观测卫星信号接收参考点8处GPS天线和各测量点1处GPS天线的数据，通过数据通讯网络将GPS天线的数据实时传输到控制中心，并结合各参考站的观测数据与起算坐标通过控制中心软件准实时解算处理，最终得到t时刻各测量点1的三维坐标JT(t)，JT(t)的表达式为：

各测量点1的初始三维坐标为(0,1,2)、(1,0,3)、(4,1,0)和(0,2,5)，将各测量点1的三维坐标减去相应的测量点1的初始三维坐标，即可得到输电塔基础的变位值表达式为：

通过实时检测各测量点1的三维坐标，实现对输电塔基础变位的实时测量。

综上，本实施例通过检测装置对输电塔基础变位进行实时、同步监测，精确的获得了输电塔基础的三维空间坐标，为采空影响区输电塔结构安全状态评估提供了依据，监测数据可直接用于输电塔结构安全状态评估，具有更好的适用性和更高的精度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。