一种基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法及系统与流程

本发明涉及电力设备监测，特别是一种基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法及系统。

背景技术：

1、随着电力系统的快速发展和输电网络的不断扩张，输电线塔的安全运行成为电力行业关注的焦点。特别是在高海拔地区，输电线塔面临着复杂的地形、恶劣的气候条件以及地质灾害等多重挑战。传统的输电线塔监测方法主要依赖于人工巡检和简单的传感器系统，这些方法在高海拔环境中面临诸多限制，如监测精度不足、实时性差、覆盖范围有限等问题。近年来，随着北斗卫星导航系统的全面运行和惯性测量技术的进步，为输电线塔监测提供了新的技术支撑。然而，如何有效整合这些先进技术，实现高海拔输电线塔的高精度、实时、全面监测，仍是一个亟待解决的技术难题。

2、现有的输电线塔监测系统在高海拔环境应用中存在诸多不足。首先，单一的北斗定位系统在复杂地形和恶劣天气条件下可能面临信号遮挡或多路径效应，导致塔体位置和姿态监测精度下降。其次，传统的惯性测量单元(imu)在长期使用过程中容易出现累积误差，影响塔体动态特性监测结果的可靠性。再者，现有的异常检测算法往往针对特定类型的塔体故障设计，缺乏对多源数据的综合分析能力，难以适应高海拔环境下输电线塔可能面临的多样化异常情况，如倾斜、振动和结构变形等。此外，现有系统在数据传输和能源供给方面也面临挑战，难以在偏远地区实现长期稳定运行，无法为输电线塔的持续监测提供可靠保障。

技术实现思路

1、鉴于现有的输电线塔监测技术中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于卫星定位技术为远程监测提供了可能，但现有的基于gps等卫星导航系统的监测方法在高海拔地区往往受到大气延迟、多路径效应等因素的影响，难以实现厘米级的高精度定位。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法，其包括，

5、在输电线塔的关键结构点安装传感器节点，基于所述传感器节点采集数据；所述数据包括输电线塔数据和惯性监测数据；所述输电线塔数据包括位置数据、运动特征数据；

6、对所述输电线塔数据进行处理并整合所述惯性监测数据，得到输电线塔动态监测数据；

7、基于所述动态监测数据构建异常检测模型，实现输电线塔的异常状态监测。

8、作为本发明所述基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的一种优选方案，其中：所述异常检测模型包括学习层、推理层和决策层；

9、所述学习层根据所述输电线塔动态监测数据确定输电线塔异常度得分，目标函数如下式所示:

10、

11、其中，w为输电线塔各监测指标的权重向量，ξi为塔架状态偏离正常范围的容许误差，ρ为异常状态判定的阈值，v为输电线塔动态监测数据，γ为北斗定位数据和imu数据在融合过程中的权重系数，根据不同天气条件动态调整，n为输电线路上监测点的总数，ν为模型对异常敏感度的控制参数。

12、作为本发明所述基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的一种优选方案，其中：所述推理层根据所述输电线动态监测数据和所述惯性监测数据确定异常类型，包括逻辑规则库和推理引擎；

13、所述逻辑规则库利用处理后的输电线塔数据和所述惯性监测数据捕捉输电线塔异常状态，具体如下式所示：

14、

15、ri:如果θ是且f是且a是那么y是bi

16、其中，θ为塔架的倾斜度，f为塔架振动频率，a为输电线路的振动幅度，为输入变量的模糊集合，bi为输出变量的模糊集合。

17、作为本发明所述基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的一种优选方案，其中：所述推理引擎包括模糊化、规则评估和去模糊化；

18、所述模糊化如下式所示：

19、

20、其中，为塔架倾斜度θ的隶属度函数，aθ为塔架倾斜度的斜率参数，反映对塔架倾斜度变化的敏感程度，cθ为塔架倾斜度的中心值，为塔架振动频率f的隶属度函数，af为塔架振动频率的斜率参数，cf为塔架振动频率的中心值，表示正常振动频率范围，为输电线路的振动幅度a的隶属度函数，aa为输电线路的振动幅度的斜率参数，ca为输电线路的振动幅度的中心值；

21、所述规则评估如下式所示：

22、

23、其中，为规则ri的隶属度函数；

24、所述去模糊化如下式所示：

25、

26、其中，θ为塔架的倾斜度，f为塔架振动频率，a为输电线路的振动幅度，y为输出结果，yi为规则ri的输出。

27、作为本发明所述基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的一种优选方案，其中：对所述输电线塔数据进行处理包括对所述位置数据进行差分改正，如下式所示：

28、

29、其中，为当前时刻的估计值，x(k)为当前时刻的观测值，a为滤波系数，μ1,β1,σ1为修正参数，fatm(k)为大气修正函数。

30、作为本发明所述基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的一种优选方案，其中：对所述输电线塔数据进行处理还包括对差分改正后的位置数据进行参数动态调整，如下式所示：

31、wcorr(k+1)＝w(k)+μe(k)x(k)+gsat(k)+hcorr(k)

32、

33、hcorr＝β3·log(1+γ·|e(k)|)

34、其中，wk为权重向量，wcorr(k+1)为修正后的权重向量，μ为步长因子，ek为误差信号，x(k)为输入向量，s(k)为卫星组合信号强度，β2,β3,γ为修正参数，gsat(k)为卫星组合权重函数，hcorr为差分改正参数动态调整函数。

35、作为本发明所述基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的一种优选方案，其中：整合所述惯性监测数据包括状态更新与预测和校正预测；

36、所述状态更新与预测如下式所示：

37、

38、其中，xk|k-1为时间k时刻基于时间k-1的状态预测，包括输电线塔的位置、姿态和动态信息，fk-1为状态转移矩阵，bk-1为控制输入矩阵，uk-1为控制输入向量，g为加速度信息对状态的影响矩阵，ak为惯性监测数据的加速度信息，pk|k-1为预测协方差矩阵，qk-1为过程噪声协方差矩阵。

39、第二方面，本发明实施例提供了一种基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测系统，其包括：

40、数据采集模块，用于在输电线塔的关键结构点安装传感器节点，基于所述传感器节点采集数据；所述数据包括输电线塔数据和惯性监测数据；所述输电线塔数据包括位置数据、运动特征数据；

41、数据处理模块，用于对所述输电线塔数据进行处理并整合所述惯性监测数据，得到输电线塔动态监测数据；

42、异常判断模块，用于对所述输电线塔数据进行处理并整合所述惯性监测数据，得到输电线塔动态监测数据。

43、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的任一步骤。

44、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于北斗的高海拔输电线塔高精度监测方法的任一步骤。

45、本发明有益效果为通过在输电线塔上安装集成北斗接收器的多功能传感器节点，结合自供能系统和低功耗广域网络，实现了高海拔输电线塔的全面监测。方案构建了区域性差分定位体系，采用改进的伽马滤波器和自适应算法进行差分改正，并通过创新的数据融合算法结合imu信息，实现了厘米级的动态定位精度。此外，方案还提出了融合高精度定位信息的三层异常检测框架，包括时空统计学习层、运动特征规则推理层和多模态决策融合层，有效提高了异常检测的灵敏度和准确性。这种综合性的监测方法不仅克服了高海拔地区复杂环境带来的挑战，还显著提升了输电线路监测的精度、可靠性和实时性，为电力系统的安全稳定运行提供了强有力的技术支持。