一种电力塔倾斜度在线检测系统及方法与流程

1.本发明涉及电力设备自动化监测技术领域，具体的，涉及一种电力塔倾斜度在线检测系统及方法。


背景技术：

2.我国地理分布广泛，地质条件复杂多样，在自然环境和外界条件的作用下，在一些地区，由于土质松软、塔基被挖、塔材被盗、地表沉降或自然灾害(如雨水冲刷)等因素，会导致输电线路铁塔的塔基滑移、塔体不均匀沉降、向某一方向倾斜等。在铁塔倾斜、不均匀沉降或位移现象发生的初期，巡塔人员很难通过目测观察到，铁塔倾斜会造成倒塔、断线、跳闸等电力事故。当发现其沉降时，输电线路已处于危险状态。安装杆塔倾斜监测装置，可以发现杆塔形变和倾斜，找出其发生、发展的特点，及时掌握早期杆塔变化，预见其发展程度，并及时采取相应措施，确保线路的安全运行。输电线路铁塔数量大、铁塔倾斜因素多、分布范围广，仅靠输电线路巡塔人员的日常检查很难实现及时和准确地发现铁塔发生倾斜故障。目前,线路杆塔倾斜度测量方法主要有铅垂法、经纬仪法、平面镜法以及地面激光测量法,传统方法都是依赖人去现场做勘测，耗时长，效率低；随着传感器技术和通信技术的发展，采用通信网络对传感器采集的数据进行传输可以实现全天候的电塔监测，然而，输电线路所面临的环境多变，电塔众多，监测数据的采集、传输和安全管理面临诸多困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种电力塔倾斜度在线检测系统及方法，通过传感器技术和无线通讯技术获取电力塔状态数据，通过信息加密技术保证了信息传输的安全，通过对采集的电力塔状态数据进行分析和可视化展示，能够准确的判定电力塔的状态，可以极大的避免因电力塔倾斜造成的安全隐患。
4.为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种电力塔倾斜度在线检测系统，包括有安装在电力塔身用于检测电力塔倾斜状态的位姿检测设备、安装在电力塔身与位姿检测设备通信连接的中继终端、用于管理中继终端的边缘计算服务器以及与边缘计算服务器通信连接的远程监控服务器，所述位姿检测设备与北斗卫星通信，获取位姿信息并将位姿信息发送至中继终端，远程监控服务器用于收集所有边缘计算服务器的信息进行分析处理判定电力塔的危情，根据危情信息制定维护策略；所述远程监控服务器设置有危情信息解算模块以及危情分析模块，所述危情信息解算模块通过获取位姿信息并对位姿信息进行角度与色域的转换，所述危情分析模块通过对三维色域空间的危情色域进行分析判定电力塔是否具备危情。
5.本方案中，位姿检测设备与北斗卫星通信能够获取电力塔的各自的位置信息，通过对其位置信息进行解算，可以得到位姿检测设备组成的角度信息，通过角度信息的变化表征电力塔的状态信息，通过边缘计算服务器定期采集管理域内的电力塔状态数据，并发送至远程监控服务器，远程监控服务器通过对状态数据进行转换和可视化，显著的提高了
信息识别的精度，可以准确判定电力塔的倾斜状况，做出预警。
6.作为优选，所述位姿检测设备包括安装在电力塔身上的第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器，第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的安装点在平面上构成直角三角形，直角三角形的初始角度为α0、β0以及γ0，其中α0＝900，β0+γ0＝α0。
7.本方案中，位姿传感器的安装位置可以更加准确的反应电力塔的状态，第一位姿传感器设置在电力塔的基座上，不随塔身的倾斜而有位置的变化，第二位姿传感器设置在第一位姿传感器的正上方，第三位姿传感器与第二位姿传感器水平设置，使得三个位姿传感器的安装点之间的连线为直角三角形，当铁塔倾斜时，第二位姿传感器以及第三位姿传感器会随着塔身的倾斜而有位置上的变化，使得三角形中三个夹角也随之变化，进而可以得到三个夹角与初始角度之间的偏差值。
8.作为优选，中继终端包括用于存储第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的信息存储单元以及无线传输单元，所述第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的位姿信号根据传感器编号按位存储并打包成位姿信息块，经过非对称加密后通过无线传输单元传输至边缘计算服务器。
9.作为优选，所述边缘计算服务器包括用于解码位姿信息块的解码单元、计算三个位姿传感器之间相对距离的行程计算单元以及根据相对距离计算彼此夹角的角度计算单元；所述角度计算单元中设置有初始角度值，边缘计算服务器按中继终端标号依次计算三个位姿传感器角度的变化量。
10.本方案中，采用边缘计算服务器对采集到的信息进行解算，信息解算完成后发送至远程监控服务器，可以极大的减少了远程监控服务器的运行负担，提高了系统的协同能力，同时减少了信息冗余。
11.作为优选，边缘计算服务器将计算完成的角度的变化量通过专属信道发送给远程监控服务器，所述危情信息解算模块将三个位姿传感器的角度的变化量换算成rgb色域空间的编码值，通过三维坐标指针对对应的编码值进行定位，确定编码值是否位于危情色域空间上，作为判定电力塔是否倾斜的判定依据。
12.本方案中，为了对采集的信息更加精准的分析和可视化，将三角形的三个夹角采用rgb色域空间的编码值进行表示，可以从整体上展示三个角度的变化与电力塔倾斜状态的关系，通过设置每一个夹角的最大偏差值作为判定危情的阈值，通过对色域空间进行划分，转换后的编码值通过三维坐标指针指向色域空间的位置判定电力塔是否具备危情，角度与色域的转换使得各个角度之间的相互耦合关系更加紧凑，最后展示出来的结果也是三个角度相互作用的结果，形成了统一的整体，更加具备说明力。
13.作为优选，所述第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器均为与接收卫星导航信号进项差分定位的gnss接收机。通过三个天线接收卫星导航信号，利用卫星导航高精度差分定位，实现mm以内的几何高精度精准定位得到空间位置，通过三个接收天线的空间位置可以解算出所围成的三角形的角度大小。
14.一种电力塔倾斜度在线检测方法，包括如下步骤：s1、位姿检测设备、边缘计算服务器、中继终端以及监测站依次建立通信连接，其中，边缘计算服务器根据管理域内的中继终端与边缘计算服务器的相对距离设置用于信息
接送的专属信道；s2、边缘计算器按周期和编号依次获取中继终端的存储单元中的位姿信息块，通过解码单元获取对应的三个位姿传感器的位置信息；s3、通过行程计算单元计算三个位置传感器之间的相对距离；s4、通过角度计算单元计算出三个位姿传感器之间的夹角α1、β1以及γ1以及各个夹角的角度变化量δα、δβ以及δγ；s5、边缘计算服务器通过专属信道将计算完成的角度的变化量通过专属信道发送给远程监控服务器；s6、危情信息解算模块将三个位姿传感器的角度的变化量换算成rgb色域空间的编码值，通过三维坐标指针对对应的编码值进行定位，确定编码值是否位于危情色域空间上，作为判定电力塔是否倾斜的判定依据。
15.作为优选，所述专属信道设置方法包括如下步骤：根据边缘计算服务器、中继终端以及监测站之间所用通信设备的通讯频率范围设置由大到小设置有n个载波频段；所述管理域内设置有n个中继终端；按照中继终端与边缘计算服务器的相对距离由大到小分配所述载波频段；边缘计算服务器将对应中继终端的id码与对应载波频段建立映射，通过专属信道实现信息的采集和传输，极大的保证了信息传输安全，减少了信息堵塞和冗余现象的发生。
16.作为优选，角度计算单元计算三个位姿传感器之间的夹角的公式如下：作为优选，角度计算单元计算三个位姿传感器之间的夹角的公式如下：作为优选，角度计算单元计算三个位姿传感器之间的夹角的公式如下：其中，a为第一位姿传感器和第二位姿传感器的相对距离；b为第一位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离；c为第二位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离。
17.作为优选，步骤s6包括如下步骤：危情信息解算模块中设定三个位姿传感器最大角度变化范围δαh、δβh、δγh；建立最大角度变化值与rgb编码值的映射，计算出映射系数η1、η2、η3；其中：最大角度变化值与rgb编码值的映射，计算出映射系数η1、η2、η3；其中：最大角度变化值与rgb编码值的映射，计算出映射系数η1、η2、η3；其中：根据电力塔倾斜危情状况设定最低角度变化范围δα
limt
、δβ
limt
、δγ
limt
；得到rgb中三原色对应的危情编码值：得到rgb中三原色对应的危情编码值：得到rgb中三原色对应的危情编码值：对应的三原色的危情编码范围r(h1，255)；g(h2、255)；b(h3、255)，通过三维色域空间对危情色域进行渲染，得到危情色域空间；通过将获取到的角度变化量δα、δβ以及δγ代入危情信息解算模块进行计算，
分别计算出的编码值h1、h2和h3，三维坐标指针通过h1、h2和h3对应的编码值找到对应色域空间的色域点，通过色域点是否落入到危情色域空间判定电力塔是否具备危情。
18.本发明的有益效果：本发明设计的一种电力塔倾斜度在线检测系统及方法，通过设置专属信道保证了信息传输的安全性，避免和信息冗余和堵塞；通过采集三个位姿传感器的空间位置组成的三角形各个角度的变化对电力塔的倾斜状况进行检测，通过角度与色域空间的映射关系，对三个角度信息进行整合分析，通过对色域空间进行划分，转换后的编码值通过三维坐标指针指向色域空间的位置判定电力塔是否具备危情，角度与色域的转换使得各个角度之间的相互耦合关系更加紧凑，最后展示出来的结果也是三个角度相互作用的结果，形成了统一的整体，更加具备说明力；通过对采集的电力塔状态数据进行分析和可视化展示，能够准确的判定电力塔的状态，做到提前预判和制定处置措施，极大的避免因电力塔造成的安全隐患。
附图说明
19.图1为本发明的本发明一种电力塔倾斜度在线检测系统的结构示意图。
20.图中标记说明：1-位姿检测设备、2-中继终端、3-边缘计算服务器、4-远程监控服务器、21-存储单元、22-无线传输单元、31-解码单元、32-行程计算单元、33-角度计算单元、41-危情信息解算模块、42-危情分析模块。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例：如图1所示，一种电力塔倾斜度在线检测系统的结构示意图，包括有安装在电力塔身用于检测电力塔倾斜状态的位姿检测设备1、安装在电力塔身与位姿检测设备通信连接的中继终端2、用于管理中继终端的边缘计算服务器3以及与边缘计算服务器通信连接的远程监控服务器4，所述位姿检测设备与北斗卫星通信，获取位姿信息并将位姿信息发送至中继终端，远程监控服务器用于收集所有边缘计算服务器的信息进行分析处理判定电力塔的危情，根据危情信息制定维护策略；所述远程监控服务器设置有危情信息解算模块41以及危情分析模块42，所述危情信息解算模块通过获取位姿信息并对位姿信息进行角度与色域的转换，所述危情分析模块通过对三维色域空间的危情色域进行分析判定电力塔是否具备危情。
23.本实施例中，位姿检测设备与北斗卫星通信能够获取电力塔各自的位置信息，通过对其位置信息进行解算，可以得到位姿检测设备组成的角度信息，通过角度信息的变化表征电力塔的状态信息，通过边缘计算服务器定期采集管理域内的电力塔状态数据，并发送至远程监控服务器，远程监控服务器通过对状态数据进行转换和可视化，显著的提高了信息识别的精度，可以准确判定电力塔的倾斜状况，做出预警。
24.所述位姿检测设备包括安装在电力塔身上的第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器，第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的安装点在平
面上构成直角三角形，直角三角形的初始角度为α0、β0以及γ0，其中α0＝90
°
，β0+γ0＝α0；第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器均为与接收卫星导航信号进项差分定位的gnss接收机。通过三个天线接收卫星导航信号，利用卫星导航高精度差分定位，实现mm以内的几何高精度精准定位得到空间位置，通过三个接收天线的空间位置可以解算出所围成的三角形的角度大小。
25.本实施例中，位姿传感器的安装位置可以更加准确的反应电力塔的状态，第一位姿传感器设置在电力塔的基座上，不随塔身的倾斜而有位置的变化，第二位姿传感器设置在第一位姿传感器的正上方，第三位姿传感器与第二位姿传感器水平设置，使得三个位姿传感器的安装点之间的连线为直角三角形，当铁塔倾斜时，第二位姿传感器以及第三位姿传感器会随着塔身的倾斜而有位置上的变化，使得三角形中三个夹角也随之变化，进而可以得到三个夹角与初始角度之间的偏差值。
26.中继终端包括用于存储第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的信息存储单元21以及无线传输单元22，所述第一位姿传感器、第二位姿传感器以及第三位姿传感器的位姿信号根据传感器编号按位存储并打包成位姿信息块，经过非对称加密后通过无线传输单元传输至边缘计算服务器。
27.边缘计算服务器包括用于解码位姿信息块的解码单元31、计算三个位姿传感器之间相对距离的行程计算单元32以及根据相对距离计算彼此夹角的角度计算单元33；所述角度计算单元中设置有初始角度值，边缘计算服务器按中继终端标号依次计算三个位姿传感器角度的变化量。
28.本实施例中，采用边缘计算服务器对采集到的信息进行解算，信息解算完成后发送至远程监控服务器，可以极大的减少了远程监控服务器的运行负担，提高了系统的协同能力，同时减少了信息冗余。
29.边缘计算服务器将计算完成的角度的变化量通过专属信道发送给远程监控服务器，所述危情信息解算模块将三个位姿传感器的角度的变化量换算成rgb色域空间的编码值，通过三维坐标指针对对应的编码值进行定位，确定编码值是否位于危情色域空间上，作为判定电力塔是否倾斜的判定依据。
30.本实施例中，为了对采集的信息更加精准的分析和可视化，将三角形的三个夹角采用rgb色域空间的编码值进行表示，可以从整体上展示三个角度的变化与电力塔倾斜状态的关系，通过设置每一个夹角的最大偏差值作为判定危情的阈值，通过对色域空间进行划分，转换后的编码值通过三维坐标指针指向色域空间的位置判定电力塔是否具备危情，角度与色域的转换使得各个角度之间的相互耦合关系更加紧凑，最后展示出来的结果也是三个角度相互作用的结果，形成了统一的整体，更加具备说明力。
31.一种电力塔倾斜度在线检测方法，包括如下步骤：s1、位姿检测设备、边缘计算服务器、中继终端以及监测站依次建立通信连接，其中，边缘计算服务器根据管理域内的中继终端与边缘计算服务器的相对距离设置用于信息接送的专属信道；s2、边缘计算器按周期和编号依次获取中继终端的存储单元中的位姿信息块，通过解码单元获取对应的三个位姿传感器的位置信息；s3、通过行程计算单元计算三个位置传感器之间的相对距离；
s4、通过角度计算单元计算出三个位姿传感器之间的夹角α1、β1以及γ1以及各个夹角的角度变化量δα、δβ以及δγ；s5、边缘计算服务器通过专属信道将计算完成的角度的变化量通过专属信道发送给远程监控服务器；s6、危情信息解算模块将三个位姿传感器的角度的变化量换算成rgb色域空间的编码值，通过三维坐标指针对对应的编码值进行定位，确定编码值是否位于危情色域空间上，作为判定电力塔是否倾斜的判定依据。
32.所述专属信道设置方法包括如下步骤：根据边缘计算服务器、中继终端以及监测站之间所用通信设备的通讯频率范围设置由大到小设置有n个载波频段；所述管理域内设置有n个中继终端；按照中继终端与边缘计算服务器的相对距离由大到小分配所述载波频段；边缘计算服务器将对应中继终端的id码与对应载波频段建立映射，通过专属信道实现信息的采集和传输，极大的保证了信息传输安全，减少了信息堵塞和冗余现象的发生。
33.角度计算单元计算三个位姿传感器之间的夹角的公式如下：角度计算单元计算三个位姿传感器之间的夹角的公式如下：角度计算单元计算三个位姿传感器之间的夹角的公式如下：其中，a为第一位姿传感器和第二位姿传感器的相对距离；b为第一位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离；c为第二位姿传感器和第三位姿传感器的相对距离。
34.步骤s6包括如下步骤：危情信息解算模块中设定三个位姿传感器最大角度变化范围δαh、δβh、δγh；建立最大角度变化值与rgb编码值的映射，计算出映射系数η1、η2、η3；其中：最大角度变化值与rgb编码值的映射，计算出映射系数η1、η2、η3；其中：最大角度变化值与rgb编码值的映射，计算出映射系数η1、η2、η3；其中：根据电力塔倾斜危情状况设定最低角度变化范围δα
limt
、δβ
limt
、δγ
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；得到rgb中三原色对应的危情编码值：得到rgb中三原色对应的危情编码值：得到rgb中三原色对应的危情编码值：对应的三原色的危情编码范围r(h1，255)；g(h2、255)；b(h3、255)，通过三维色域空间对危情色域进行渲染，得到危情色域空间；通过将获取到的角度变化量δα、δβ以及δγ代入危情信息解算模块进行计算，分别计算出的编码值h1、h2和h3，三维坐标指针通过h1、h2和h3对应的编码值找到对应色域空间的色域点，通过色域点是否落入到危情色域空间判定电力塔是否具备危情。
35.以上所述之具体实施方式为本发明一种电力塔倾斜度在线检测系统及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实
施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。