黄先武
国网福建省电力有限公司武平县供电公司 福建省龙岩市 364300
摘要：伴随着社会经济的发展，电力的需求不断加大，高压输电线路也随之高速发展。对于高压输电线路而言，因为特殊的地形地质条件而发生的滑坡事件，具有突发性强、破坏性大、防治困难的特点，其直接危害是导致倒塔接地事故或者断线事故发生，从而对电网和国民经济造成重大损失。
关键词：输电塔基；滑坡监测；预警技术
以往电力系统仅仅是在线路例行巡视过程中通过人为观察发现隐患，当突发性的灾害（如：山洪、泥石流）来临时则只能被动的采取临时应急措施，甚至只能在灾后才对已发生事故杆塔进行修复或重建。现阶段针对滑坡的监测手段分析主要有8种，分别是大地精密测量法、GPS技术和InSAR技术、时间域反射测试技术、光纤传感技术、地下水监测、深部变形(钻孔倾斜仪)监测、近景摄影测量法、宏观巡查监测。但是这些监测手段易受地形通视条件限制及天气状况影响，监测周期长，无法连续观测；在高山地区，卫星信号容易被遮挡，多路径效应较为严重，对测量有一定影响，另外接收机的价格较贵，妨碍其推广应用。
本文针对福建山区地形条件复杂、地质灾害多发、地质灾害种类多样、线路安全维护工作量大的问题，对输电杆塔塔基滑坡地质灾害监测系统设计问题进行研究。高压输电线路杆塔塔基由于受地质地貌、山洪和人为的影响或者破坏，而导致塔基滑坡引起杆塔倾斜乃至倒塌的事故，利用高精度的传感器实现对塔基地段的滑坡情况实时监测，并通过3G无线通讯网络将采集信息送至后台计算机进行趋势分析和判断，从而对可能产生的滑坡危害进行预警，借以指导输电线路维护人员及时采取有效措施对杆塔塔基进行加固和处理，达到防止恶性事故发生的目的。
通常，山体的滑坡监测应依照以下几项原则：1.全面性,山体的滑坡监测涉及范围宽，斜坡稳定性综合作用因素多，必须全面性地全程跟踪分析山体的发展过程;2.及时性,滑坡监测系统必须具备实时性，在线监测系统通过实时采集现场数据并进行分析计算从而判定山体状态，及时给出反馈信号;3.准确性,滑坡监测必须具备准确性，监测结果的误报将会导致电网工作人员产生误判，进而采取不必要的措施，造成浪费。准确性是监测的必备属性;4.简单性,滑坡监测系统的监测方法应尽量简易可行，降低操作难度，降低设备成本，有益于滑坡监测系统的推广应用。
滑坡的发展形成过程中难以避免外界因素干扰，加上监测设备本身或多或少存在误差，这就使得滑坡监测系统采集到的数据存在各式各样的噪声，为提高监测结果的准确性，防止不明信息干扰，剔除无用信息，必须选取适当的方法对实时监测数据进行处理。
本文采用Kalman滤波法对监测数据进行处理。Kalman滤波的原理基于线性最小方差估计，通过状态空间法设计滤波器进行估计[1-2]。它的滤波方程是时域内的一组递推计算公式，利用新的监测数据计算出新的滤波值，无需大空间储存数据，递推过程不断预测，不断修正，非常适用于实时处理，尤其是变形监测数据的过程处理。山体在蠕变过程中受力状态不断变形直至发生滑坡，这种变形是时间和空间共同作用的而产生的动态信号，鉴于Kalman滤波法的实时性，非常适用于滑坡体上的监测数据处理。
根据以上理论分析，结合福建山区杆塔塔基的实际情况，选取具有代表性的杆塔，遵循以下技术路线来构建塔基滑坡监测系统：1.监测内容：以滑坡体位移为主要监测内容，地下水水位、视频监控作为辅助监测内容，结合人为定期巡视，从而实现多层次、多类别的组合化监测；2.组合原则：根据滑坡的发育和危害程度，结合当地的地质和地形地貌特征及环境特点，确定监测内容的种类和传感器的数量。比如：对于滑坡体小、危害轻、滑坡演变速度缓慢、降水密度小的地段，原则上只配置滑坡体位移监测，以此类推最大化的配置为上述监测内容全部方式；3.硬件要求：要充分考虑精度、功耗、容量、耐候性等基本要求，在保证实现基本功能的情况下，还应考虑到系统的扩展性、易用性等；4.通讯方式：采用无线网络进行信号传输，并保证一定的带宽，接口应采用即插即用的设计方式 。
本实用新型的实例监测位于滑坡的高压输电杆塔的系统200，包括：一个或多个杆塔监测终端100和数据处理服务器202，其中，杆塔监测终端100位于高压输电杆塔上、高压输电杆塔的基座上或高压输电杆塔的地下，包括：数据采集装置102，采集高压输电杆塔的环境数据；处理装置104，连接至数据采集装置102，并通过第一通信装置106将来自数据采集装置102的环境数据发送至数据处理服务器202。当变化量过大时，可能是由于遭遇到自然环境的较大变化，将对杆塔的工作状态造成较大影响，从而向用户输出高警示级别的判断结果，便于用户进行现场勘查和修护。
上述技术方案中，在杆塔监测终端，数据采集装置102具体包括：1.至少一个图像采集装置1020，位于高压输电杆塔上，采集高压输电杆塔周围的图像数据，并将图像数据发送至处理装置104；2. 至少一个倾斜度传感器1022，位于高压输电杆塔的基座上，采集基座的倾斜度数据，并将倾斜度数据发送至处理装置104；3.至少一个地下水位传感器1024，位于高压输电杆塔的地下，采集位于滑坡的高压输电杆塔的基座下地层的地下水位数据，并将地下水位数据发送至处理装置104。
图1 位于滑坡的高压输电杆塔的系统框图
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在该技术方案中，图像采集装置1020如摄像头，可以采用高分辨率、高像素的摄像头，使得拍摄到的画面更清晰，如采用4个倾斜度传感器1022分别安装在基座的4个角上，从而若滑坡发生泥土或岩石滑落、移动等造成杆塔的倾斜时，可以及时发现。
在上述技术方案中，还包括计时器108，位于处理装置104中或处理装置104的外部。在数据处理服务器202中，数据处理装置206还包括：生成单元2066，连接至判断单元2064，根据判断结果生成安全性评估结果；以及输出单元2068，连接至生成单元2066，将安全性评估结果输出给用户。
在该技术方案中，通过对采集到的数据进行的安全性评估分析，可以生成安全性评估结果并向用户展示。这里的评估结果可以是针对不同预设变化量范围的安全性阈值，也可以是针对这些阈值进一步生成的更为直观的结果，如存在10个安全性阈值，而设置1至5级为安全，6至8级为危险，9至10级为极危险，在用户认为需要进行相应维护时，进行现场勘探或维护等。
在上述技术方案中，第一通信装置106和第二通信装置204包括：LTE通信装置、WIMAX通信装置、TD-SCDMA通信装置、WCDMA通信装置、GPRS通信装置、CDMA通信装置、EDGE通信装置、CDMA-2000通信装置、GSM通信装置、WIFI通信装置、红外通信装置和/或蓝牙通信装置。在该技术方案中，通过无线通信，便于装置的现场布置，节省资源，且保证了数据处理的及时、准确性。
考虑到滑坡体的差异性问题，将在对已有安装点运行数据的积累和分析基础上，提高系统判据的精确化程度，进一步优化系统软件的各项功能，不断提升系统检测的可靠性和准确性，这也是系统推广应用所必须进一步研究的方向。
还有，随着移动互联网的发展，基于移动终端的监测越来越彰显其优越性。那么，在以后的应用中，能否结合现有技术平台，开展云平台的建设以及大数据的处理，融合移动互联网APP手机终端技术，开发更为准确及灵活的监测方式，是未来电力科研人员研究的方向。
参考文献：
[1]姜刚，杨志强，张桂钢. 卡尔曼滤波算法的灰色理论模型在变形监测中的应用[J]. 测绘科学，2011，36（4）：19-21.
[2]修延霞，侯凯. 卡尔曼滤波在大坝变形监测中的应用[J]. 城市勘测，2010，23（1）：92-94.
论文作者:黄先武
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/16
标签：杆塔论文; 滑坡论文; 装置论文; td-scdma论文; 数据论文; 高压论文; 通信论文; 《防护工程》2018年第30期论文;