[发明专利]应用于输电塔液压提升的卡尔曼滤波偏角监测系统、方法

说明书

本发明公开了一种应用于输电塔液压提升的卡尔曼滤波偏角监测系统、方法，系统包括处理器、倾角传感器、供电系统、无线传输模块、地面控制端，倾角传感器安装于待提升输电塔的塔顶中部。步骤为：倾角传感器将测得的xyz三个方向的加速度值通过有线方式传输至处理器，处理器计算出偏角值，并利用卡尔曼滤波算法处理偏角值数据，最后将数据通过无线传输模块输出到地面控制端。本发明可以解决现存的利用经纬仪测量输电塔液压提升时偏角会出现较大误差，不够稳定，依赖人力，不够便捷的问题，具有高效、便捷、可靠、安全的特点。

技术领域

本发明涉及电力维护研究领域，特别涉及一种应用于输电塔液压提升的卡尔曼滤波偏角监测系统、方法。

背景技术

随着电力技术以及城市建设的不断发展与进步，需要在原输电塔所在地进行施工改造的场景也逐渐增多，经常需要对输电塔进行液压举升以实行新的建设规划。在利用液压油缸举升输电塔的时候，必须时刻注意，防止输电铁塔倾倒，而防止铁塔倾倒的一个重要措施就是通过技术手段对铁塔的姿态进行监测，一旦铁塔出现较大的角度偏移，地面人员即可以根据当前施工情况及时做出调整，以保证施工的安全进行。

传统的方法为借助经纬仪监视铁塔，通过经纬仪读出的角度，通知施工人员，人工调节拉线保证铁塔垂直升高。这套方法在国内外，自上世纪80年代至今都被广泛的使用，但是此方法也存在一定的缺陷，容易因为人员疲劳、失误等人为因素导致事故发生。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于输电塔液压提升的卡尔曼滤波偏角监测系统、方法，该系统能够更加便捷、安全、高效、低成本的解决现存利用液压系统顶升输电铁塔时对铁塔倾斜角度监测的问题。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种应用于输电塔液压提升的卡尔曼滤波偏角监测方法，包括步骤：

将倾角传感器安装于待提升输电塔的塔顶中部，通过有线通信方式将倾角传感器测得的xyz三个方向的加速度值传输至处理器，处理器计算出偏角值，并利用卡尔曼滤波算法处理偏角值数据，最后将数据由无线传输模块输出到地面控制端。

优选的，在将倾角传感器安装于待提升输电塔的塔顶中部后，对安装后的角度作标定，设为基础平衡角度0°。

优选的，在待提升输电塔的塔顶中部设有至少一个传感器，处理器将所有倾角传感器得出的数据取平均值用于后面的计算。

优选的，所述的计算偏角值步骤如下：三个轴向的加速度值即物体的重力反映在每个轴上的分量，以X轴为正方向，则物体姿态的滚转角α和俯仰角β分别为绕X轴和Y轴的旋转角度，a_x、a_y、a_z分别代表倾角传感器测量出的对应x、y、z轴的加速度分量，则：

测量轴Z轴正面向上，测量轴X轴是与输电线路的方向一致,以如下公式计算得杆塔相对于绝对z轴的倾角：

通过弧度角转换，得到杆塔偏角值。

优选的，所述利用卡尔曼滤波算法处理偏角值数据，方法如下：实时的从倾角传感器读取三个轴的加速度值，并实时计算偏角值，在一个相对较短的Δt得到角值数据序列；

振动噪声为高斯分布，用一个线性微分方程来描述，其中，状态参量标记为X，系统参量分别标记为A、B、H，预测参量标记为Q，测量参量标记为R，实际测量结果标记为Z；

使用卡尔曼滤波对倾角值序列进行迭代，其所受到的震动噪声干扰服从高斯分布，用线性微分方程描述；

预测倾角值，在初始状态下计算预测值的协方差后计算当前最优值及最优值的协方差，并以此方法将所有数据迭代完毕，即得滤波后的倾角值。