[发明专利]基于GPS的输电导线舞动监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于GPS的输电导线舞动监测系统及监测方法，特别是引入同步扰动随机逼近SPSA算法后，更能满足对输电导线舞动的实时监测。

背景技术

输电导线舞动能造成巨大的经济损失和严重的社会影响，是个世界性的难题！国内外学者自20世纪30年代就开始对导线舞动进行了大量的实验和理论研究，取得了一定的成果，目前使用的输电导线舞动监测系统主要是采用如下监测方法：

计算机仿真技术监测方法、基于传感器技术监测方法、视频图像技术监测方法。上述方法存在的问题包括：

1、计算机仿真技术监测仅限于输电导线舞动的理论研究，无法在工程实践中应用；

2、基于传感器技术监测的缺点很明显，只有在输电导线上布置数量较多的传感器，才能得到较多的数据，导线舞动曲线拟合的才好，而布置在输电导线上的传感器本身可能破坏导线舞动模型，成为安全隐患，可操作性差；

3、视频图像技术监测的图像传输率低，视频信号容易失真，动态性能差；摄像头容易被积雪覆盖，夜晚受光线影响不能正常工作，无法对输电导线进行全天候的监测。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种可实现性好、动态性能好、技术水平高、能够全天候工作的基于GPS的输电导线舞动监测系统及监测方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于GPS的输电导线舞动监测系统的特点是包括卫星信号接收模块、卫星信号解析模块、数字信号处理模块、键盘和液晶显示模块、GSM无线通信模块和电源管理模块；

所述卫星信号接收模块是由固定在绝缘子串上或悬挂于样本导线正下方的GPS天线A和GPS天线B组成，用于接收来自卫星的射频载波信号；

所述卫星信号解析模块是由GPS接收板A和GPS接收板B组成，用于解析来自卫星的射频载波信号，得到卫星的载波相位Φ、卫星的高度角H、卫星的方位角Ω；

所述数字信号处理模块由DSP处理芯片组成，用于解析样本导线L的姿态角，所述对于样本导线L的姿态角的解析是基于相位双差观测方程构造样本导线舞动的数学模型，采用同步扰动随机逼近SPSA算法解析出样本导线的姿态角；所述样本导线L的姿态角是以样本导线航向角α和样本导线俯仰角β表征；

所述键盘和液晶显示模块分别用来输入和显示样本导线静态时的姿态角；并实时显示样本导线的实时姿态角；

所述GSM无线通信模块用于向监测中心发送样本导线的实时姿态角，所述监测中心通过所述GSM无线通信模块对系统进行远程参数的设置；

选取位于输电线路铁塔塔头一端、处在GPS天线A和GPS天线B之间的一段输电导线为样本导线L。

本发明基于GPS的输电导线舞动监测系统的监测方法的特点是：

定义：

样本导线L在水平面上的投影为样本导线投影L′；

样本导线投影L′位于正北方向为零度，以正北方向为起始，按起始后向东的顺时针方向偏转的角度为样本导线航向角α，所述样本导线航向角α为0～360度；

样本导线L与样本导线投影L′之间的夹角为样本导线俯仰角β，所述样本导线俯仰角β为-90～+90度；

所述监测方法按如下步骤进行：

a、建立样本导线舞动的数学模型

以GPS接收板A和GPS接收板B分别获取一组卫星载波信号所对应的时刻为卫星的一个历元；

假设，GPS天线A和GPS天线B都能接收到卫星i和卫星j的载波信号，则GPS接收板A和GPS接收板B对同一时刻观测的卫星i和卫星j的载波相位双差以式(1)所示的相位双差观测方程表达：