基于RTK技术的弧垂测量设备和弧垂监测系统的制作方法

基于rtk技术的弧垂测量设备和弧垂监测系统
技术领域
1.本技术涉及电力监测技术领域，特别地涉及基于rtk技术的弧垂测量设备和弧垂监测系统。


背景技术：

2.电力系统主要由发电厂、变电站、输电导线和负荷所组成。输电导线作为中间环节，连接着其余三部分。输电导线主要有两种存在形式：(1)电缆；(2)架空输电线路。架空输电线路因其架空的形式而具有建设速度快、检修维护方便、输送容量大、综合造价低等优点。弧垂是输电线路运行中的一个重要参数，弧垂过大或过小将影响到输电线的安全运行，因此，在电网运行过程中，必须使输电线弧垂大小保持合理范围内。
3.在传统的针对输电线路状态监测中，主要采用人工巡视的方法，即，通过人员定期巡视输电线路，发现当前线路问题。该方法不仅成本高，而且存在人员无法及时观测的情况，这样不可避免为线路稳定运行埋下了安全隐患。
4.除此之外，在现有技术中还可以通过以下方式实现弧垂监测：
5.1.根据导线温度计算弧垂：具体地，在不同温度下利用状态方程得出水平应力，通过弧垂与水平应力之间的关系得出最大弧垂。由于温度测量值所针对的是导线上某一点的表面温度，不能反映导线线长的温度状态，并且应力还受多种因素的影响，因此这种测量方法测量误差较大。
6.2.图像处理检测法：这是目前比较流行的弧垂监测方式。具体地，将高精度摄像机安装在线路上，将拍摄的线路照片通过无线网络传输至监控中心，经过监控中心图像处理后，得出当前输电线路弧垂高度，判断是否存在弧垂高度超出安全状态，进而进行相应处理，该方法成本高、容易受到外界环境的干扰。
7.3.直升机线路巡检：这种方式是比较新兴的一种监测方法，具体地，在直升机上通过高精度摄像头、红外摄像仪、高倍望远镜等高精密仪器对大跨距的架空线路进行巡检。直升机巡检对操作人员要求较高，必须具备相关专业技术，熟练操作精密仪器，在巡检过程中由肉眼观察线路，再进行航拍。而且直升机在飞行过程中应与输电线路保持一定的安全距离，否则容易发生意外。
8.4.gps定位测距监测：该方法利用gps定位系统来测量输电线与周边物体之间的距离，将此距离与设计的安全距离进行比较，以确定导线是否处于安全范围内。这种方式使用起来较为简便，但在精度上仍有所欠缺，对于明显的障碍物可以测量但对于细小的干扰物则不容易察觉，在监测精度上有待提高。
9.目前需要一种弧垂测量及监测技术，其能够精确、可靠、安全、且方便地对架空输电线路的电力传输线缆的弧垂进行测量和监测。


技术实现要素：

10.有鉴于此，根据本技术的一个方面，提出了一种基于rtk技术的弧垂测量设备，用
于对架空输电线路的电力传输线缆的弧垂进行测量，所述基于rtk技术的弧垂测量设备包括安装壳体、射频天线、rtk装置、以及感应取电装置，所述安装壳体包括：外周壁，所述外周壁呈圆筒形；内周壁，所述内周壁呈圆筒形并且被所述外周壁围绕，所述内周壁与所述外周壁之间设置有环形空间；以及底壁，所述底壁将所述外周壁与所述内周壁连接，以及所述射频天线设置在所述外周壁上以接收卫星导航射频信号，所述rtk装置被容置在所述环形空间中以确定所述基于rtk技术的弧垂测量设备的精确定位信息，从而对所述电力传输线缆的弧垂进行测量，所述感应取电装置也被容置在所述环形空间中，所述基于rtk技术的弧垂测量设备通过所述内周壁围绕所述电力传输线缆而安装在所述电力传输线缆上，以及所述感应取电装置通过所述内周壁围绕所述电力传输线缆而能够通过感应从所述电力传输线缆获得电能，从而向所述射频天线和所述rtk装置供电。
11.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中， rtk装置包括射频/基带单元、主控单元、通信单元、以及电源管理单元，电源管理单元从感应取电装置获得电能并向射频/基带单元、主控单元、和通信单元供电，射频/基带单元从射频天线接收卫星导航射频信号并对卫星导航射频信号进行解调解扩以获得原始观测量信息，主控单元从射频/基带单元接收原始观测量信息并基于原始观测量信息获得位置信息，通信单元从主控单元接收位置信息并发送位置信息以确定rtcm信息，通信单元还接收rtcm信息并将rtcm信息发送至主控单元，主控单元基于原始观测量信息以及从通信单元接收的rtcm 信息并通过载波相位差分获得精确定位信息，从而对电力传输线缆的弧垂进行测量。
12.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中，所述主控单元和电源管理单元集成在呈平板状的主板上；所述射频/基带单元呈平板状，所述通信单元也呈平板状；所述射频/基带单元、所述主板和所述通信单元顺序地叠置在所述射频天线下方。
13.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中，安装壳体还包括顶壁，顶壁将外周壁与内周壁连接，外周壁、内周壁、底壁与顶壁共同形成密封壳体，以及在内周壁内侧设置有弹性紧固装置以将内周壁与电力传输线缆紧固。
14.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中，安装壳体为由两个半部构成的哈夫结构，两个半部在分别外周壁、内周壁、底壁与顶壁处具有对应的连接部件和密封部件，从而形成安装壳体。
15.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中， rtk装置还包括惯性测量装置，惯性测量装置包括加速度传感器和角速度传感器，加速度传感器和角速度传感器分别测量并获得基于rtk 技术弧垂测量设备的加速度和角速度，并且惯性测量装置将加速度和角速度发送至主控单元，主控单元基于加速度和角速度确定基于rtk 技术弧垂测量设备的姿态信息，以及电源管理单元还向所述惯性测量装置供电。
16.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中，射频天线为高精度4臂螺旋天线；通信单元为4g通信装置或者5g通信装置。
17.在根据本技术的实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中，感应取电装置包括取能绕组和补偿绕组，以及取能绕组和补偿绕组围绕电力传输线缆以从电力传输线缆获得电能。
18.根据本技术的另一个方面，还提出了一种基于rtk技术的弧垂监测系统，其用于对架空输电线路的电力传输线缆的弧垂进行监测。该基于rtk技术的弧垂监测系统包括基于
rtk技术弧垂测量设备、云端服务器、以及后台监控平台，基于rtk技术弧垂测量设备通过其中设置的通讯装置向云端服务器发送精确定位信息，云端服务器将从通讯装置接收的精确定位信息向后台监控平台发送，后台监控平台对从云端服务器接收的精确定位信息进行处理，从而对电力传输线缆的弧垂进行监测。
19.在根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂监测系统中，基于 rtk技术弧垂测量设备通过其中设置的通讯装置向云端服务器发送精确定位信息和姿态信息，云端服务器将从通讯装置接收的精确定位信息和姿态信息向后台监控平台发送，后台监控平台对从云端服务器接收的精确定位信息和姿态信息进行处理，从而对电力传输线缆的弧垂进行监测。
20.基于根据本技术的基于rtk技术的弧垂测量设备和基于rtk技术的弧垂监测系统的弧垂测量及监测技术具有以下优点：
21.(1)相较于传统弧锤监测手段，无人值守、节省人力物力；
22.(2)相较于直升机等其他监测手段，安全可靠；
23.(3)较于gps等其他监测手段，高精度、实时监测；
24.(4)相较于其他监测手段，具备灾害预警功能。
25.通过根据本技术的基于rtk技术的弧垂测量设备和基于rtk技术的弧垂监测系统，能够精确、可靠、安全、且方便地对架空输电线路的电力传输线缆的弧垂进行测量和监测。
附图说明
26.附图示出了本技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本技术的原理，其中包括了这些附图以提出对本技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
27.图1示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备的结构示意图；
28.图2示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中的rtk装置的框图；
29.图3示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中感应取电装置的框图；
30.图4示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备的结构示意图；
31.图5示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中rtk装置的框图；
32.图6示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂监测系统的示意图；以及
33.图7示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂监测系统的数据处理流图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施方式对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本技术的限制。为简明起见，在本技术各实施方式的描述中，对于相同或者类似的装置/方法步骤，使用相同或者相似的附图标记。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
36.根据本技术的一个方面，提出了一种基于rtk技术的弧垂测量设备。现在参照图1至图5，对该基于rtk技术的弧垂测量设备进行描述。
37.参照图1，图中示出了根据本技术一个实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备的结构示意图。如图1所示，基于rtk技术的弧垂测量设备100可用于对架空输电线路的电力传输线缆c的弧垂进行测量，该基于rtk技术的弧垂测量设备100包括安装壳体1000、射频天线 2000、rtk装置3000、以及感应取电装置4000。
38.如图1所示，安装壳体1000包括：外周壁1100，外周壁1100呈圆筒形；内周壁1200，内周壁1200呈圆筒形并且被外周壁1100围绕，内周壁1200与外周壁1100之间设置有环形空间；以及底壁1300，底壁1300将外周壁1100与内周壁1200连接，以及射频天线2000设置在外周壁1100上以接收卫星导航射频信号，rtk装置3000被容置在环形空间中以确定基于rtk技术的弧垂测量设备的精确定位信息，从而对电力传输线缆c的弧垂进行测量，感应取电装置4000也被容置在环形空间中，基于rtk技术的弧垂测量设备通过内周壁1200围绕电力传输线缆c而安装在电力传输线缆c上，以及感应取电装置4000 通过内周壁1200围绕电力传输线缆c而能够通过感应从电力传输线缆 c获得电能，从而向射频天线2000和rtk装置3000供电。
39.根据本技术另一个实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备，安装壳体还包括顶壁，顶壁将外周壁与内周壁连接，外周壁、内周壁、底壁与顶壁共同形成密封壳体，以及在内周壁内侧设置有弹性紧固装置以将内周壁与电力传输线缆紧固。
40.根据本技术的一个实施方式，安装壳体为防水结构。根据另一个实施方式，参照图1，安装壳体1000上还设置有安装孔1400，用于将基于rtk技术的弧垂测量设备固定在电力传输线缆c上。
41.根据本技术的一个实施方式，安装壳体为由两个半部构成的哈夫结构，两个半部在分别外周壁、内周壁、底壁与顶壁处具有对应的连接部件和密封部件，从而形成安装壳体。
42.rtk(real
‑
time kinematic，实时动态定位)技术由基准站、移动站、数据通信链路、数据处理中心组成。现有的rtk系统中，移动站坐标根据vrs(virtual reference station，虚拟参考基站)载波相位观测值和移动站收到的导航卫星信息来校正自身的坐标，提高定位精度。固定基站的卫星导航观测数据通过通讯链路不停地被传送到vrs数据处理中心，数据处理中心会对基站的数据进行质量检测，去除数据中存在的较大误差及修正周跳，完成对数据质量的完整性检测，并通过分析双差相位观测量来计算电离层误差、对流层误差和星历误差。这些误差对网内任意移动站的影响也被模型化，因此常规rtk定位的系统误差能被明显的消除。网络内移动站为得到虚拟基站的定位信息，必须向数据处理中心提供自身的近似位置，该过程通过蜂窝移动通信采用标准的nema gga数据串来完成。数据处理中心自动接收该近似定位信息，并对给定的位置进行几何替代处理，通过内插修正过的星历误差、电离层和对流层误差，为该移动站生成一个虚拟基站，相对于其他固定基站，该虚拟基站的坐标与移动站的位置最近，可以显著提高移动站定位精度。
43.rtk作为一种导航定位手段，采用载波相位差分技术能够显著提高传统gps定位设备的定位精度。通过根据本技术的基于rtk技术的弧垂测量设备，能够精确对架空输电线路的电力传输线缆的弧垂进行测量。
44.现在参照图2对根据本技术的基于rtk技术的弧垂测量设备中的 rtk装置进行描述。图2示出了根据本技术一个实施方式的基于rtk 技术的弧垂测量设备中的rtk装置的框图。如图2所示，rtk装置 3000包括射频/基带单元3100、主控单元3200、通信单元3300、以及电源管理单元3400。电源管理单元3400从感应取电装置获得电能并向射频/基带单元3100、主控单元3200、和通信单元3300供电，射频/ 基带单元3100从射频天线接收卫星导航射频信号并对卫星导航射频信号进行解调解扩以获得原始观测量信息，主控单元从射频/基带单元接收原始观测量信息并基于原始观测量信息获得位置信息，通信单元从主控单元接收位置信息并发送该位置信息以确定rtcm信息，通信单元还接收rtcm信息并将rtcm信息发送至主控单元，主控单元基于原始观测量信息以及从通信单元接收的rtcm信息并通过载波相位差分获得精确定位信息，从而对所述电力传输线缆的弧垂进行测量。
45.根据本技术的一个实施例，主控单元的硬件核心处理器采用 stm32h743，主频480m，内置大容量flash(2mb)，支持运行实时操作系统，选择如此高性能的cpu是为了在板上运行rtk定位解算算法，射频/基带单元采用ufirebird射频基带一体化芯片，配合rtk定位解算算法可以进行厘米级解算。
46.现在参照图3对根据本技术的基于rtk技术的弧垂测量设备中的感应取电装置进行描述。在根据本技术的基于rtk技术的弧垂测量设备中，感应取电装置巧妙地利用电磁感应原理来获取系统供电电源。图3示出了根据本技术一个实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中的感应取电装置的原理图。如图3所示，感应取电装置4000包括取能绕组4100和补偿绕组4200。取能绕组4100和补偿绕组4200围绕电力传输线缆以从电力传输线缆获得电能。通过感应输电导线的交变磁场获取能量，经过电源调理电路变为直流电压，考虑到高压母线电流情况复杂，当出现过电流时仅依靠补偿绕组还不够，因此增加了过流保护电路，能有效抑制过电流对电路的影响，确保后续供电单元能持续稳定工作。
47.在根据本技术的一个实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中，电源管理单元对电源进行滤波、变换出稳定的设备工作电压；射频/基带单元是导航基带一体化芯片，对射频信号进行解调解扩，提取导航信息。射频天线为高精度4臂螺旋天线，用于导航射频信号的感应接收。主控单元根据射频模块送过来的原始观测量信息，结合通信单元送过来的rtcm信息进行rtk定位解算。通信单元向rtk基准站发送位置信息，接收从rtk基准站送来的rtcm信息，上传设备位置信息。通信单元为4g通信装置或者5g通信装置。
48.图4示出了根据本技术一个实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备的结构示意图，其中还示出了rtk装置的放大图。如图4所示，主控单元和电源管理单元集成在呈平板状的主板3500上；射频/基带单元呈平板状，通信单元也呈平板状；射频/基带单元3100、主板3500 和通信单元3300顺序地叠置在射频天线2000下方。
49.进一步地，图5示出了根据本技术另一个实施方式的基于rtk技术的弧垂测量设备中的rtk装置的框图。如图5所示，rtk装置3还包括惯性测量装置3600，惯性测量装置3600包括加速度传感器和角加速度传感器，加速度传感器和角速度传感器分别测量并获得基于rtk 技术弧垂测量设备的加速度和角速度，并且惯性测量装置将加速度和角速度发送至主控单元，主控单元基于加速度和角速度确定基于rtk 技术弧垂测量设备的姿态信息，以及电源管理单元还向惯性测量装置供电。惯性测量装置可有效实时监测线缆姿态信息，在线缆有晃动时可精确检测线缆位置变动。
50.根据本技术的另一个方面，还提出了一种基于rtk技术的弧垂监测系统。图6示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂监测系统的示意图。如图6所示，基于rtk技术的弧垂监测系统10可用于对架空输电线路的电力传输线缆c的弧垂进行监测。该监测系统包括基于rtk技术弧垂测量设备100、云端服务器200、以及后台监控平台300。基于rtk技术弧垂测量设备100通过其中设置的通讯装置向云端服务器200发送精确定位信息，云端服务器200将从通讯装置接收的精确定位信息向后台监控平台300发送，后台监控平台300对从云端服务器200接收的精确定位信息进行处理，从而对电力传输线缆c的弧垂进行监测。
51.根据本技术的一个实施例，如图6所示，在电力传输线缆c上安装基于rtk技术弧垂测量设备100，该基于rtk技术弧垂测量设备 100从参考基站b获取rtcm差分信息，随后解算自身位置，通过设备自带的4g通信单元上传自身位置信息给云端服务器200，云端服务器200对数据进行分析处理后下发给后台监控平台300，后台监控平台 300实时获取弧锤监控信息；同时后台监控平台300可以对历史数据进行分析，对塔台t的故障进行预测分析，对将要发生的安全事故进行预测报警。参考基站b根据观测站送过来的gga语句信息计算出 rtcm信息。根据本技术的一个实施例，参考基站可以是千寻基站。
52.进一步，根据本发明的另一个实施方式，基于rtk技术的弧垂监测系统包括具有惯性测量装置的基于rtk技术弧垂测量设备、云端服务器、以及后台监控平台，基于rtk技术弧垂测量设备通过其中设置的通讯装置向云端服务器发送精确定位信息和姿态信息，云端服务器将从通讯装置接收的精确定位信息和姿态信息向后台监控平台发送，后台监控平台对从云端服务器接收的精确定位信息和姿态信息进行处理，从而对电力传输线缆的弧垂进行监测。
53.图7示出了根据本技术实施方式的基于rtk技术的弧垂监测系统的数据处理流图。如图7所示，射频天线感应卫星射频信号，将信号传送给射频/基带单元生成原始观测量；rtk基准站计算rtcm信息， 4g通信单元接收rtcm信息；主控单元根据rtk算法计算厘米级位置信息；4g通信单元向云端发送位置信息；监控后台实时从云端服务器接收位置信息；监控后台进行数据分析并送出告警提示信息。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例 /方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
56.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本技术，而并非是对本技术的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本技术的范围内。