一种北斗平差传递组合式基准的风电塔筒基础变形监测方法技术

本发公开了一种北斗平差传递组合式基准的风电塔筒基础变形监测方法，其步骤包括：1建立监测区域几何模型，抽象出监测区域布点模型框架；2按Delaunay三角域划分思想进行监测区域的三角划分；3根据边指针插入点搜索的方式进行三角域的划分衍生，完成整个监测区域的三角划分；4划分后的区域不同位置设立不同的监测站来完成级联，得到任意两个点之间相对高程差；5采用类RANSAC算法找到监测区域的最优基准面，近而得到最优基准点；6以最优基准点为参考点获得整个区域的沉降结果。本发明专利技术能解决监测区域无法确定最优基准站位置的问题，能有效测量出大面积区域的整体地质沉降值，具有广阔的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗平差传递组合式基准的风电塔筒基础变形监测方法


[0001]本专利技术涉及一种针对海上风电场环境的区域地质基础沉降的北斗静态监测方法，属于高精度卫星定位技术的实际应用方法，该方法同样适用于同性质地理位置的区域地质基础沉降监测，不局限于海上风电场单一应用场景。

技术介绍

[0002]在低碳大发展趋势下，风力发电作为发展最为迅速的绿色能源技术，其前景广阔，技术相对成熟，其中海上风力发电的体量和技术增长最为显著，朝规模化、智慧化、大型化方向发展。目前，针对海上风电设施运维的主要方式为运维船定期巡检+智能传感技术，其中，很大一部分仅针对于风电机组及配套部件，而对基础设施的姿态监测内容较少，尤其是在风电场内设施基础沉降方面的监测几乎空白，不利于进行后端进行整体可视化的智能分析。
[0003]海上风电场的特点是分布范围广、面积大，虽处于近海区域，但离海岸线任有不短的距离。对于海上风电场设施基础沉降的监测，难点主要在于没有合适的方法来得到满足精度要求的测量结果。采用加速度类的传感器来持续性监测，会有累计误差，不适合进行连续性的精确测量，而传统的高精度GNSS静态测量由于无法确定合适的基准点设立基准站，从而带了如下问题：
[0004]①
沿海岸线布设基准站会导致基准站到流动站距离太远，通信困难、无法做到全覆盖且精度降低严重；
[0005]②
风电场区域的任意位置均有沉降可能，合适布设基准点位置未知，技术实现也存在很大的难点。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述应用场景下采用北斗静态测量存在的难点，提出了一种北斗平差传递组合式基准的风电塔筒基础变形监测方法，以期能够最真实的测量出风电场区域地质沉降结果，解决监测区域无法确定合适位置设立基准点的问题，并降低风电场基础设施的安全隐患。
[0007]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0008]本专利技术一种北斗平差传递组合式基准的风电塔筒基础变形监测方法的特点是按如下步骤进行：
[0009]步骤1：建立几何模型，并从几何模型中抽象出布点模型的结构；
[0010]将海上风电场环境所覆盖的区域抽象为封闭曲面G，将所述封闭曲面G中的风机基桩抽象为各个标记点并构成标记点集合K＝{k1,k2,
…
,k
i
,
…
,k
n
}，其中，k
i
表示第i个标记点，n表示标记点的数量；将所述标记点集合K的标记点分为三类，包括基准站、多基准观测站、普通观测站，从而构建风电场几何模型；
[0011]将所述封闭曲面G抽象为全域矩形IN_Area，并以全域矩形IN_Area的一个顶点为
原点，与原点相邻的两条边为x轴和y轴，从而建立三维直角坐标系D，将各个标记点抽象为各个布设点，并记为布设点集合S＝{S1,S2,
…
,S
i
,
…
,S
n
},其中，S
i
表示第i个布设点，再将布设点集合S内的点分为根节点J、交节点W、子节点I三类，并记为其中，J
m
为第m个根节点、W
r
为第r个交节点、I
w
为第w个子节点，r、e、w分别为根节点、交节点子节点的数量，从而构成布点模型的结构；
[0012]步骤2：基于最小监测单元模型进行Delaunay三角域的划分；
[0013]步骤2.1：定义最小的监测单元模型；
[0014]以三个根节点为顶点构建一个三角域ΔJ
x
J
y
J
z
，x,y,z∈[1,r]，再以三个根节点为圆心分别构建三个圆域A
x
、A
y
、A
z
，令三个圆域A
x
、A
y
、A
z
之间存在三圆的公共交域，记为M，将公共交域M内中的一个布设点作为交节点，从而由一个三角域ΔJ
x
J
y
J
z
、三个圆域A
x
、A
y
、 A
z
及一个交接点组成最小监测单元模型；
[0015]步骤2.2：确定Delaunay三角域的构建函数；
[0016]选择全域矩形IN_Area内任意一个布设点作为交节点W
t
，t＝1,2,
…
,e
‑
1；并用于构建三角域ΔJ
x
J
y
J
z
，利用式(1)确定Delaunay三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的构建函数
[0017][0018]式(1)中，J
x
，J
y
，J
z
为所构建三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个顶点；α
x
,α
y
,α
z
为所构建三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个内角；R为基准站通信半径；为包括交节点W
t
的三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的雅克比比率值，为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的面积；
[0019]利用式(2)
‑
式(4)分别计算三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三条边的雅克比比率值|H|
x
、|H|
y
、|H|
z
：
[0020][0021][0022][0023]式(2)
‑
式(4)中，为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
在三维直角坐标系D下的三个顶点横坐标；为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个顶点在三维直角坐标系D下纵坐标；l
x
、l
y
、l
z
为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三条边J
x
J
y
、J
y
J
z
、J
x
J
z
的边长；
[0024]利用式(5)得到三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的雅克比比率值
[0025][0026]式(5)中，|H|
min
和|H|
max
是三角域ΔJ
x
J
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种北斗平差传递组合式基准的风电塔筒基础变形监测方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1：建立几何模型，并从几何模型中抽象出布点模型的结构；将海上风电场环境所覆盖的区域抽象为封闭曲面G，将所述封闭曲面G中的风机基桩抽象为各个标记点并构成标记点集合K＝{k1,k2,
…
,k
i
,
…
,k
n
}，其中，k
i
表示第i个标记点，n表示标记点的数量；将所述标记点集合K的标记点分为三类，包括基准站、多基准观测站、普通观测站，从而构建风电场几何模型；将所述封闭曲面G抽象为全域矩形IN_Area，并以全域矩形IN_Area的一个顶点为原点，与原点相邻的两条边为x轴和y轴，从而建立三维直角坐标系D，将各个标记点抽象为各个布设点，并记为布设点集合S＝{S1,S2,
…
,S
i
,
…
,S
n
},其中，S
i
表示第i个布设点，再将布设点集合S内的点分为根节点J、交节点W、子节点I三类，并记为其中，J
m
为第m个根节点、W
r
为第r个交节点、I
w
为第w个子节点，r、e、w分别为根节点、交节点子节点的数量，从而构成布点模型的结构；步骤2：基于最小监测单元模型进行Delaunay三角域的划分；步骤2.1：定义最小的监测单元模型；以三个根节点为顶点构建一个三角域ΔJ
x
J
y
J
z
，x,y,z∈[1,r]，再以三个根节点为圆心分别构建三个圆域A
x
、A
y
、A
z
，令三个圆域A
x
、A
y
、A
z
之间存在三圆的公共交域，记为M，将公共交域M内中的一个布设点作为交节点，从而由一个三角域ΔJ
x
J
y
J
z
、三个圆域A
x
、A
y
、A
z
及一个交接点组成最小监测单元模型；步骤2.2：确定Delaunay三角域的构建函数；选择全域矩形IN_Area内任意一个布设点作为交节点W
t
，t＝1,2,
…
,e
‑
1；并用于构建三角域ΔJ
x
J
y
J
z
，利用式(1)确定Delaunay三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的构建函数的构建函数式(1)中，J
x
，J
y
，J
z
为所构建三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个顶点；α
x
,α
y
,α
z
为所构建三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个内角；R为基准站通信半径；为包括交节点W
t
的三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的雅克比比率值，为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的面积；利用式(2)
‑
式(4)分别计算三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三条边的雅克比比率值|H|
x
、|H|
y
、|H|
z
：：
式(2)
‑
式(4)中，为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
在三维直角坐标系D下的三个顶点横坐标；为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个顶点在三维直角坐标系D下纵坐标；l
x
、l
y
、l
z
为三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三条边J
x
J
y
、J
y
J
z
、J
x
J
z
的边长；利用式(5)得到三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的雅克比比率值的雅克比比率值式(5)中，|H|
min
和|H|
max
是三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的雅克比行列式的最小值和最大值；步骤2.3：设定根节点覆盖范围的最小步长，缩小解集元素遍历范围；步骤2.3.1：利用式(6)定义根节点覆盖范围的最小步长MinStep：式(6)中，U(W
t
,R)表示以交节点W
t
为中心以基准站通信半径R为半径的邻域，len(S
p
,S
q
)为交节点W
t
的R邻域内布设点S
p
到布设点S
q
的距离，m表示交节点W
t
的R邻域内存在的子节点数量；为排列组合数；步骤2.3.2：从布设点集合S内找出满足式(7)所示的存活准则的所有布设点并作为解集元素：R≥Step(S
i
,W
t
)≥MinStep,i∈[1,n]
ꢀꢀꢀ
(7)式(7)中，Step(S
i
,W
t
)表示布设点集合S内任意第i个布设点S
i
到交节点W
t
的实际步长；步骤2.3.3：根据解集元素以及交接点W
t
的坐标对式(1)和式(5)进行求解，得到所述三角域ΔJ
x
J
y
J
z
的三个根节点J
x
,J
y
,J
z
在三维直角坐标系D下的坐标；步骤3：基于边指针插入点搜索的三角域划分衍生；步骤3.1：定义三角域边指针，提供三角域划分衍生方向；在三角域ΔJ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成，夏娜，汪银，杨浩，王聪，王军，谢宇晗，侯杰文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：