[发明专利]一种实现杆塔稳固性监测和预警的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及输电、通信等领域的杆塔稳固性监测技术，特别是涉及一种基于陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元实现杆塔稳固性监测和预警的系统及方法。

背景技术

随着国民经济的发展，电力、通信网络的覆盖面积越来越广,输电线路和通信网络中都要大量使用铁杆/铁塔作支撑，才能保证人民群众对电能和通信的基本需求。而近年来，一些自然现象（如雨雪、大风等）以及煤矿开采、工程施工、地质灾害、人为破坏等原因，造成杆、塔发生物理状态的变化，例如水平位移、垂直度、扭曲度等发生变化，引起，杆、塔倾斜，铁杆/铁塔倾斜经常会造成电能和通信网络中断，严重的将引起倒杆、倒塔事件。这些情况都将影响国民的正常生活，严重影响着社会经济的发展，因此对于杆塔的实时监测显得尤为重要。由于输电杆塔、通信杆塔大都分布在野外，若采用传统人员巡视的方法监测将耗费大量人力物力，而且实施可靠程度难以保证。针对这一情况，采用基于陀螺仪和加速度计构成相应的惯性测量单元对杆塔的实时监测的是非常必要的。

陀螺仪是一种用来测量与维持方向的装置，它基于角动量守恒原理设计。陀螺仪旋转时，由于转子的角动量，陀螺仪抗拒方向改变，形成一个趋势，这个趋势就体现在各个方向上的量的变化。陀螺仪的作用是用来测量角速度信号，通过对角速度积分，便能得到角度值。加速度计是一种能够监测物体加速度的元件，能够监测常规结构的高频振动，它能够输出与加速度成正比的模拟电压信号，不仅可测量静态加速度，还可以测量动态加速度，不受环境、无线电干扰的影响，具有低功耗、高频率的特点。

当系统处于变速运动时，由于加速度计同时受到重力加速度和系统自身加速度的影响，其返回值是重力加速度同系统自身加速度的矢量和。出于对加速度计温度漂移及系统振动和机械噪声等方面的考虑，加速度计不能独立用于测量系统的姿态。陀螺仪能够提供瞬时的动态角度变化，由于其自身的固有特性、温度计积分过程的影响，它会随着工作时间的延长产生漂移误差。因此，单独使用陀螺仪或加速度计，都不能提供系统位置和姿态的可靠估计。加速度计和陀螺仪的噪声具有各自的特点，为了克服这一问题，本发明提出了一种使用数据融合算法对陀螺仪测量得到的角速度数据和加速度计测量得到的数据进行滤波和融合，从而实现对杆塔的稳固性监测和预警的系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于陀螺仪和加速度计的实现杆塔稳固性监测和预警的系统及方法，用于解决现有技术中不易实现对杆塔稳固性进行实时监测与预警的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种实现杆塔稳固性监测和预警的系统，包括电源模块、数据采集及处理模块和远程终端；

所述电源模块，其与所述数据采集及处理模块连接，用于为所述数据采集及处理模块供电；

所述数据采集及处理模块，其与所述远程终端相连，用于采集杆塔的旋转角速度数据和加速度数据，并对旋转角速度数据和加速度数据进行时间同步，再对已同步的旋转角速度数据和加速度数据进行数据滤波和融合处理，再对经滤波和融合后的旋转角速度数据和加速度数据进行积分计算，得到杆塔的状态信息，并将状态信息传输至所述远程终端；

所述远程终端，其用于存储和分析状态信息，并根据分析结果实现预警。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述数据采集及处理模块包括陀螺仪、加速度计、主控制模块和无线传输模块；

所述陀螺仪，其输出端与所述主控制模块的输入端相连，用于采集旋转角速度数据，并将旋转角速度数据传输至所述主控制模块；

所述加速度计，其输出端与所述主控制模块的输入端相连，用于采集加速度数据，并将所述加速度数据传输至所述主控制模块；

所述主控制模块，其输出端与所述无线传输模块相连，用于对加速度数据和旋转角速度数据进行时间同步，并对已同步的旋转角速度数据和加速度数据进行数据滤波和融合处理，再对经滤波和融合后的旋转角速度数据和加速度数据进行积分计算，得到并输出杆塔的状态信息；

所述无线传输模块，其用于将所述主控制模块输出的状态信息传送至所述远程终端。

进一步，所述陀螺仪为MEMS三轴陀螺仪，用于测量三个轴向的旋转角速度数据；所述加速度计为MEMS三轴加速度计，用于测量三个轴向的加速度数据。

进一步，所述主控制模块包括数据同步模块和数据滤波及融合模块；

所述数据同步模块，用于对旋转角速度数据和加速度数据进行时间同步，并将获得的同步数据传输给所述数据滤波及融合模块；