一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备及监测方法技术

技术编号:31616942 阅读:13 留言:0更新日期:2021-12-29 18:50
一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备,包括MCU、北斗RTK高精度定位模组、运动传感器以及通信模组;其监测方法包括:步骤一:将嵌入式终端设备分别安装在杆塔顶部两个分叉尖端的天线上,采用双天线姿态测量法在相同时刻测量基线向量两端天线接收到的RTK载波信号相位,得到每个嵌入式终端的经纬度及高程信息;步骤二:通过水平方向倾斜算法及竖直方向沉降算法求得杆塔位移量;步骤三:读取运动传感器数据与步骤二中求得的杆塔位移量进行比对,排除干扰。该位移监测设备及监测方法克服了现有技术中因GNSS更新频率低而出现的数据延迟和因陀螺仪随机漂移引起的累计误差的问题,在得到更为精准的姿态数据的同时还能保证良好的实时性。良好的实时性。良好的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备及监测方法


[0001]本专利技术涉及杆塔监测
,具体为一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备及监测方法。

技术介绍

[0002]北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统,具备稳定的导航、精密定位以及授时功能,在国防、工业、农业和环保等领域应用广泛。电力输电杆塔是电力输电系统的重要基础设施,杆塔的无故障对保障电力输电系统稳定运行具有巨大意义。输电杆塔长期室外自然环境条件下服役使用,极易出现塔体地基沉降,构件人为破坏,钢构件表面氧化、腐蚀,构件螺栓松动,构件变形等现象。除此之外,由于受到输电导线拉力和地质运动等影响,使用过程中会逐渐呈现出倾斜的状态,需要及时进行维护扶正,不然随着倾斜角度的不断增大有可能导致断线和杆塔倒塌事故的发生,特别是在突遇恶劣环境时,极易导致塔体倾斜,甚至倾覆,直接影响正常使用,且对输电线路安全运行造成严重威胁,存在极大的安全隐患。
[0003]目前杆塔监测有采用人工巡检、光学测量、红外仪器、惯性测量单元和机器视觉系统等。其中人工巡检成本高,户外工作危险系数高;光学测量和红外仪器容易受到外界干扰,实时性差;惯性测量单元的成本昂贵,安装和使用的限制较多;机器视觉操作系统庞大,软件处理较为复杂。北斗RTK定位具有精度高、结构简单的优点,除此之外,北斗RTK定位不会有红外线仪器对扫描范围的限制,在白天和黑夜都能进行良好的测量;同时也不会有惯性测量单元的积累测量误差。RTK根据基站和流动站之间测量误差具有空间相关性这一特点,用差分消除了流动站测量数据中的绝大部分误差,从而实现实时高精度定位。因此,将北斗RTK高精度定位技术应用到杆塔监测方面具有十分重要的意义。
[0004]MEMS陀螺仪主要利用科里奥利力(旋转物体在有径向运动时所受到的切向力)原理,公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念,利用振动来诱导和探测科里奥利力。MEMS陀螺仪的核心是一个微加工机械单元,在设计上按照一个音叉机制共振运动,通过科里奥利力原理把角速率转换成一个特定感测结构的位移。在这里陀螺仪可以获取终端的角度变化数据,用来反映终端的角度变化情况,从而映射出杆塔的姿态变化情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备及监测方法,其克服了现有技术中因GNSS更新频率低而出现的数据延迟和因陀螺仪随机漂移引起的累计误差的问题,在得到更为精准的姿态数据的同时,还能保证良好的实时性。
[0006]一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备,其特征在于:包括MCU、北斗RTK高精度定位模组、运动传感器以及通信模组;所述北斗RTK高精度定位模组接收北斗卫星信号获取到当前杆塔的经度、纬度及高程;所述运动传感器采集杆塔当前姿态数据;所述北斗
RTK高精度定位模组及运动传感器采集的数据经MCU接收并比对,再经卡尔曼滤波算法进行结合分析,最后通过通信模组将数据输出。
[0007]一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备所采用的监测方法,包括以下步骤:
[0008]步骤一:将位移监测设备分别安装在杆塔顶部两个分叉尖端的天线上,采用双天线姿态测量法在相同时刻测量基线向量两端天线接收到的RTK载波信号相位,得到每个嵌入式终端的经纬度及高程信息;
[0009]步骤二:通过水平方向倾斜算法及竖直方向沉降算法求得杆塔位移量;
[0010]步骤三:读取运动传感器数据与步骤二中求得的杆塔位移量进行比对,排除干扰。
[0011]而且,步骤二中的水平方向倾斜算法为:
[0012]在杆塔水平发生倾斜后,杆塔上的两个天线形成了夹角在杆塔水平发生倾斜后,杆塔上的两个天线形成了夹角在直角三角形中可以得出夹角与两个坐标之间的关系:
[0013][0014]其中,A、B实际分别为杆塔上两侧设备上的天线,抽象表示为图2中的平面坐标点A、B;A、B两个天线的经纬度在平面坐标系中表示为A(lata,loga)、B(latb,logb),为杆塔倾斜的角度,可以用如下的方式表示:
[0015][0016]这样,杆塔倾斜的角度可以通过A、B两点的经度、纬度表示出来。
[0017]而且,步骤二中的竖直方向沉降算法为:
[0018]H为杆塔上的位移监测设备到水平面的高度;Δh为杆塔沉降的高度,通过北斗RTK高精度定位模组的定位信息中获取;θ为杆塔与竖直方向的夹角;进而得到两个位移监测设备安装点位的高度和角度关系:
[0019][0020]从而得出杆塔倾斜的角度:
[0021][0022]本专利技术的优点和技术效果是:
[0023]本专利技术的一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备及监测方法,以北斗RTK高精度载波相位差分定位技术为基础,获取杆塔的经纬度以及高程信息,结合陀螺仪提供的角度变化信息,配合搭载该算法的终端,实时解算杆塔的倾斜或者沉降状态。终端根据高精度定位坐标计算测量铁塔倾斜角和高度,来监测杆塔的倾斜或者沉降状态,该方法克服了因GNSS更新频率低而出现的数据延迟和因陀螺仪随机漂移引起的累计误差等问题,在得到更为精准的姿态数据的同时,还能保证良好的实时性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术中位移监测设备的模块框架图;
[0025]图2为本专利技术步骤二中水平方向倾斜算法的抽象坐标点示意图;
[0026]图3为本专利技术步骤二中竖直方向沉降算法的抽象坐标点示意图;
[0027]图4为本专利技术中位移监测设备内程序整体运行流程图;
[0028]图5为本专利技术的信号传输示意图。
具体实施方式
[0029]为能进一步了解本专利技术的内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。需要说明的是,本实施例是描述性的,不是限定性的,不能由此限定本专利技术的保护范围。
[0030]一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备,其特征在于:包括MCU、北斗RTK高精度定位模组、运动传感器以及通信模组;所述北斗RTK高精度定位模组接收北斗卫星信号获取到当前杆塔的经度、纬度及高程;所述运动传感器采集杆塔当前姿态数据;所述北斗RTK高精度定位模组及运动传感器采集的数据经MCU接收并比对,再经卡尔曼滤波算法进行结合分析,最后通过通信模组将数据输出。
[0031]一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备所采用的监测方法,包括以下步骤:
[0032]步骤一:将位移监测设备分别安装在杆塔顶部两个分叉尖端的天线上,采用双天线姿态测量法在相同时刻测量基线向量两端天线接收到的RTK载波信号相位,得到每个嵌入式终端的经纬度及高程信息;
[0033]步骤二:通过水平方向倾斜算法及竖直方向沉降算法求得杆塔位移量;
[0034]步骤三:读取运动传感器数据与步骤二中求得的杆塔位移量进行比对,排除干扰。
[0035]而且,步骤二中的水平方向倾斜算法为:
[0036]在本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备,其特征在于:包括MCU、北斗RTK高精度定位模组、运动传感器以及通信模组;所述北斗RTK高精度定位模组接收北斗卫星信号获取到当前杆塔的经度、纬度及高程;所述运动传感器采集杆塔当前姿态数据;所述北斗RTK高精度定位模组及运动传感器采集的数据经MCU接收并比对,再经卡尔曼滤波算法进行结合分析,最后通过通信模组将数据输出。2.一种如权利要求1所述的基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备所采用的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:将嵌入式终端设备分别安装在杆塔顶部两个分叉尖端的天线上,采用双天线姿态测量法在相同时刻测量基线向量两端天线接收到的RTK载波信号相位,得到每个嵌入式终端的经纬度及高程信息;步骤二:通过水平方向倾斜算法及竖直方向沉降算法求得杆塔位移量;步骤三:读取运动传感器数据与步骤二中求得的杆塔位移量进行比对,排除干扰。3.根据权利要求2所述的一种基于北斗RTK和陀螺仪的杆塔位移监测设备所采用的监测方...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡浩瀚郭正雄张立胡晓楠张海涛朱传晶杨俊伟刘德强李艳宋建超
申请(专利权)人:国网信息通信产业集团有限公司
类型:发明
国别省市:

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