一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法及系统，所述监测方法包括以下步骤：实时采集电力杆塔的实时位置数据和实时倾角数据；对实时位置数据和实时倾角数据进行校正，获取精确位置数据和获取精确倾角数据；对所述精确位置数据和精确倾角数据进行加密处理后，上传密文数据至后台监控客户端；所述后台监控客户端对密文数据进行解析，提取精确位置数据和精确倾角数据，计算电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据；根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据，计算电力杆塔的失稳指数，将失稳指数与预设的阈值进行比对，当失稳指数大于阈值时，所述后台监控客户端发出预警信息给相关工作人员。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法及系统
本专利技术涉及一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法及系统，属于电力系统数据采集和共享

技术介绍
输配电线路电力杆塔分布广泛、跨度大，沿线地形和自然环境复杂，加之长期在野外运行，易受台风、强降雨和滑坡、泥石流等地质灾害影响，对电力杆塔稳定带来较大危害，杆塔倒断、倾斜和沉降等失稳问题严重影响电力系统的安全运行。当前对电力杆塔进行失稳监测的方法主要有人工巡视、有人机/无人机巡视、卫星巡视和在线监测等，其中在线监测方法具有实时、安全、无监测空白期，可长时间连续进行准确监测的优势，适用于进行电力杆塔失稳监测。近年来，在线监测技术取得了快速的发展，相关研究已成为电力系统状态监测
的热门课题。但对于输配电电力杆塔失稳状态监测，在线监测技术尚不成熟，且功能单一，无法同时对杆塔倒断、倾斜、沉降和位移等状态进行监测。目前电力杆塔失稳状态在线监测是通过在电力杆塔上安装部署终端装置，终端内集成感知传感器，通过一定的频率采集传感器数据，并通过通信网络将采集数据回传至软件系统进行杆塔状态监测。终端多集成陀螺仪或加速度传感器，对采集传感器数据进行处理后作为杆塔当前状态，导致失稳状态获取信息不全面，仅能对杆塔沉降或杆塔倾斜等单一状态进行监测，不能实现杆塔失稳状态的全方位监测。部分仅依赖于北斗定位模块进行杆塔状态监测，需在杆塔上部署多个监测点，且需要在周边架设参考基站，安装部署复杂，成本较高，基站覆盖范围有限，依赖于后端进行差分解算，实时性不高。由于电力杆塔受风力影响出现摆动，直接将采集传感器数据作为杆塔状态易产生误警，准确性不足。现场采集数据回传频次固定，无法进行自适应调整，高频次数据传输造成通信压力大，且高频次回传正常状态信息浪费通信带宽，低频次回传则无法满足紧急情况下的实时动态监测要求。此外，终端多采用GPRS或4G/5G通信方式，受灾害影响易发生网络中断。有通过北斗卫星定位技术进行输电线路杆塔塔体监测，如专利技术专利CN109298433A中采用传感器层、云服务器层和监测服务平台的三层结构。将至少两台北斗高精度空间位置传感器部署在电力杆塔体上，并将北斗高精度基准传感器部署在监测的电力杆塔附近，通过解算法服务器解算出被监测的各个点的单一高精度三维位置信息，并将解算出的单一高精度位置信息，与电力杆塔自身信息进行相关分析。该方法需在杆塔上部署多个位置传感器，且需要架设北斗基站，成本较高，安装部署相对复杂。有通过倾斜传感器进行监测，并采用卫星通信技术进行输电线路杆塔倾斜实时监测，如CN203534587U中监测系统由监测终端服务器和若干倾斜监测节点设备组成，监测终端服务器和监测节点之间通过北斗卫星通信系统进行数据通信。该方式一定程度上提高了系统的通信保障能力，但监测内容有限。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法及系统，针对监测电力杆塔倒断、倾斜、沉降和位移，对电力杆塔失稳状态进行及时预警。本专利技术的技术方案如下：技术方案一：一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法，包括以下步骤：获取实时数据，实时采集电力杆塔的实时位置数据和实时倾角数据；数据校正，对实时位置数据进行差分解算，获取精确位置数据，对实时倾角数据进行滤波处理，获取精确倾角数据；数据上传，对所述精确位置数据和精确倾角数据进行加密处理后，上传密文数据至后台监控客户端；数据处理，所述后台监控客户端对密文数据进行解析，提取精确位置数据和精确倾角数据，根据所述精确位置数据和精确倾角数据计算电力杆塔的倾斜数据和倒断数据，并通过精确位置数据和精确倾角数据与后台监控客户端中存储的电力杆塔原始位置数据和原始倾角数据进行比对，获取电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据，根据所述电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据计算电力杆塔的沉降数据和水平位移数据；失稳预警，根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据，计算电力杆塔的失稳指数，将失稳指数与预设的阈值进行比对，当失稳指数大于阈值时，所述后台监控客户端发出预警信息给相关工作人员。进一步的，通过卡尔曼滤波算法对实时倾角数据进行滤波处理，具体步骤如下：建立倾角状态差分方程和观测方程；估算倾角过程噪声协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵；初始化倾角估计值和真实值之间的误差协方差矩阵，并进行如下循环：倾角数据采集，更新倾角观测值；计算卡尔曼增益；计算倾角估计值；更新倾角估计值和真实值之间的误差协方差矩阵。进一步的，所述密文数据通过4G/5G、通信卫星或北斗短报文中的一种通信方式上传至后台监控客户端。进一步的，所述后台监控客户端在计算出所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据后，还根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据生成一可视化电力杆塔模型。技术方案二：一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测系统，包括前端信息感知终端、网络差分服务器和后台监控客户端；所述前端信息感知终端安装于电力杆塔上，包括传感器模块、控制处理器模块、安全加密模块、通信模块和电源模块；所述传感器模块用于获取电力杆塔的实时位置数据和实时倾角数据；所述控制处理器模块用于接收传感器模块发送的数据，并对实时倾角数据进行滤波处理；所述安全加密模块用于对数据进行安全加密；所述通信模块用于与系统内其他模块进行通信；所述电源模块用于提供电能；所述网络差分服务器具备无线通信能力，用于通过无线通信网络以及通信模块向所述前端信息感知终端提供差分校正数据；所述控制处理器模块根据所述差分校正数据对所述实时位置数据进行差分解算；所述后台监控客户端包括数据处理模块以及失稳预警模块；所述数据处理模块对密文数据进行解析，提取精确位置数据和精确倾角数据，根据所述精确位置数据和精确倾角数据计算电力杆塔的倾斜数据和倒断数据，并通过精确位置数据和精确倾角数据与后台监控客户端中存储的电力杆塔原始位置数据和原始倾角数据进行比对，获取电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据，根据所述电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据计算电力杆塔的沉降数据和水平位移数据；所述失稳预警模块根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据，计算电力杆塔的失稳指数，将失稳指数与预设的阈值进行比对，当失稳指数大于阈值时，所述失稳预警模块发出预警信息给相关工作人员。进一步的，所述控制处理模块通过卡尔曼滤波算法对实时倾角数据进行滤波处理，具体步骤如下：建立倾角状态差分方程和观测方程；估算倾角过程噪声协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵；初始化倾角估计值和真实值之间的误差协方差矩阵，并进行如下循环：倾角数据采集，更新倾角观测值；计算卡尔曼增益；计算倾角估计值；更新倾角估计值和真实值之间的误差协方差矩阵。进一步的，所述通信模块具备多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取实时数据，实时采集电力杆塔的实时位置数据和实时倾角数据；/n数据校正，对实时位置数据进行差分解算，获取精确位置数据，对实时倾角数据进行滤波处理，获取精确倾角数据；/n数据上传，对所述精确位置数据和精确倾角数据进行加密处理后，上传密文数据至后台监控客户端；/n数据处理，所述后台监控客户端对密文数据进行解析，提取精确位置数据和精确倾角数据，根据所述精确位置数据和精确倾角数据计算电力杆塔的倾斜数据和倒断数据，并通过精确位置数据和精确倾角数据与后台监控客户端中存储的电力杆塔原始位置数据和原始倾角数据进行比对，获取电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据，根据所述电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据计算电力杆塔的沉降数据和水平位移数据；/n失稳预警，根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据，计算电力杆塔的失稳指数，将失稳指数与预设的阈值进行比对，当失稳指数大于阈值时，所述后台监控客户端发出预警信息给相关工作人员。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取实时数据，实时采集电力杆塔的实时位置数据和实时倾角数据；
数据校正，对实时位置数据进行差分解算，获取精确位置数据，对实时倾角数据进行滤波处理，获取精确倾角数据；
数据上传，对所述精确位置数据和精确倾角数据进行加密处理后，上传密文数据至后台监控客户端；
数据处理，所述后台监控客户端对密文数据进行解析，提取精确位置数据和精确倾角数据，根据所述精确位置数据和精确倾角数据计算电力杆塔的倾斜数据和倒断数据，并通过精确位置数据和精确倾角数据与后台监控客户端中存储的电力杆塔原始位置数据和原始倾角数据进行比对，获取电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据，根据所述电力杆塔的位置变化数据和倾角变化数据计算电力杆塔的沉降数据和水平位移数据；
失稳预警，根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据，计算电力杆塔的失稳指数，将失稳指数与预设的阈值进行比对，当失稳指数大于阈值时，所述后台监控客户端发出预警信息给相关工作人员。


2.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法，其特征在于，通过卡尔曼滤波算法对实时倾角数据进行滤波处理，具体步骤如下：
建立倾角状态差分方程和观测方程；
估算倾角过程噪声协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵；
初始化倾角估计值和真实值之间的误差协方差矩阵，并进行如下循环：
倾角数据采集，更新倾角观测值；
计算卡尔曼增益；
计算倾角估计值；
更新倾角估计值和真实值之间的误差协方差矩阵。


3.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法，其特征在于：所述密文数据通过4G/5G、通信卫星或北斗短报文中的一种通信方式上传至后台监控客户端。


4.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测方法，其特征在于：所述后台监控客户端在计算出所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据后，还根据所述电力杆塔的倾斜数据、倒断数据、沉降数据和水平位移数据生成一可视化电力杆塔模型。


5.一种基于信息融合的电力杆塔失稳监测系统，其特征在于：包括前端信息感知终端、网络差分服务器和后台监控客户端；
所述前端信息感知终端安装于电力杆塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞炜平，郑心城，程燕胜，吴竞，林力辉，许军，傅炜，陈艳芳，杨鹤猛，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司莆田供电公司，国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35