[發明專利]應用于輸電塔液壓提升的卡爾曼濾波偏角監測系統、方法

在審

• 申請號: 202010801435.1
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111912382A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 蕭定輝;胡燃;卞佳音;陳建強;曾慶華;何澤斌;許宇翔;盧海;林新生;彭紅剛;曾杰中;曾志武;王牧浪
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司廣州供電局
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G08C17/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

本發明公開了一種應用于輸電塔液壓提升的卡爾曼濾波偏角監測系統、方法，系統包括處理器、傾角傳感器、供電系統、無線傳輸模塊、地面控制端，傾角傳感器安裝于待提升輸電塔的塔頂中部。步驟為：傾角傳感器將測得的xyz三個方向的加速度值通過有線方式傳輸至處理器，處理器計算出偏角值，并利用卡爾曼濾波算法處理偏角值數據，最后將數據通過無線傳輸模塊輸出到地面控制端。本發明可以解決現存的利用經緯儀測量輸電塔液壓提升時偏角會出現較大誤差，不夠穩定，依賴人力，不夠便捷的問題，具有高效、便捷、可靠、安全的特點。

技術領域

本發明涉及電力維護研究領域，特別涉及一種應用于輸電塔液壓提升的卡爾曼濾波偏角監測系統、方法。

背景技術

隨著電力技術以及城市建設的不斷發展與進步，需要在原輸電塔所在地進行施工改造的場景也逐漸增多，經常需要對輸電塔進行液壓舉升以實行新的建設規劃。在利用液壓油缸舉升輸電塔的時候，必須時刻注意，防止輸電鐵塔傾倒，而防止鐵塔傾倒的一個重要措施就是通過技術手段對鐵塔的姿態進行監測，一旦鐵塔出現較大的角度偏移，地面人員即可以根據當前施工情況及時做出調整，以保證施工的安全進行。

傳統的方法為借助經緯儀監視鐵塔，通過經緯儀讀出的角度，通知施工人員，人工調節拉線保證鐵塔垂直升高。這套方法在國內外，自上世紀80年代至今都被廣泛的使用，但是此方法也存在一定的缺陷，容易因為人員疲勞、失誤等人為因素導致事故發生。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種應用于輸電塔液壓提升的卡爾曼濾波偏角監測系統、方法，該系統能夠更加便捷、安全、高效、低成本的解決現存利用液壓系統頂升輸電鐵塔時對鐵塔傾斜角度監測的問題。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種應用于輸電塔液壓提升的卡爾曼濾波偏角監測方法，包括步驟：

將傾角傳感器安裝于待提升輸電塔的塔頂中部，通過有線通信方式將傾角傳感器測得的xyz三個方向的加速度值傳輸至處理器，處理器計算出偏角值，并利用卡爾曼濾波算法處理偏角值數據，最后將數據由無線傳輸模塊輸出到地面控制端。

優選的，在將傾角傳感器安裝于待提升輸電塔的塔頂中部后，對安裝后的角度作標定，設為基礎平衡角度0°。

優選的，在待提升輸電塔的塔頂中部設有至少一個傳感器，處理器將所有傾角傳感器得出的數據取平均值用于后面的計算。

優選的，所述的計算偏角值步驟如下：三個軸向的加速度值即物體的重力反映在每個軸上的分量，以X軸為正方向，則物體姿態的滾轉角α和俯仰角β分別為繞X軸和Y軸的旋轉角度，a_x、a_y、a_z分別代表傾角傳感器測量出的對應x、y、z軸的加速度分量，則：

測量軸Z軸正面向上，測量軸X軸是與輸電線路的方向一致,以如下公式計算得桿塔相對于絕對z軸的傾角：

通過弧度角轉換，得到桿塔偏角值。

優選的，所述利用卡爾曼濾波算法處理偏角值數據，方法如下：實時的從傾角傳感器讀取三個軸的加速度值，并實時計算偏角值，在一個相對較短的Δt得到角值數據序列；

振動噪聲為高斯分布，用一個線性微分方程來描述，其中，狀態參量標記為X，系統參量分別標記為A、B、H，預測參量標記為Q，測量參量標記為R，實際測量結果標記為Z；

使用卡爾曼濾波對傾角值序列進行迭代，其所受到的震動噪聲干擾服從高斯分布，用線性微分方程描述；

預測傾角值，在初始狀態下計算預測值的協方差后計算當前最優值及最優值的協方差，并以此方法將所有數據迭代完畢，即得濾波后的傾角值。