本發(fā)明涉及計算機安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電桿塔空間節(jié)點定位方法及裝置。

背景技術(shù)：

輸電桿塔主要指鋼筋混凝土電桿、鋼管桿與桿塔。桿塔在輸電線路中用于支持導線、地線系統(tǒng)，使導線、地線與地面之間，以及導線、地線之間都保持安全距離。在輸電線路中，輸電桿塔占線路總投資的比重較大，在電力能源的傳輸中起著舉足輕重的作用，它的安全性和可靠性會直接影響到整個電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

隨著我國特高壓電網(wǎng)的建設(shè)以及同塔多回線路、緊湊型線路、大截面導線等新輸電技術(shù)的推廣及應(yīng)用，輸電桿塔大荷載大型化的趨勢愈發(fā)明顯。大型輸電桿塔是大負荷電能輸送的載體，特別是大跨越輸電塔，具有塔體高、跨距大、柔度大等特點，對地震、風以及導線覆冰等環(huán)境載荷反應(yīng)靈敏，可能會產(chǎn)生多種形式的變形，容易發(fā)生振動疲勞損傷和極端條件下的動態(tài)倒塌破壞。因此，輸電桿塔應(yīng)該有足夠的強度以保證輸電系統(tǒng)的正常運行。

目前，多種行之有效的變形測試技術(shù)已應(yīng)用到輸電桿塔變形監(jiān)測中，但是由于其工作原理、技術(shù)水平等因素，這些技術(shù)仍存在一定的局限性。早期對輸電桿塔的監(jiān)控主要是通過人工巡檢的方式，這種檢測方式速度慢，準確性低，特別是在災害天氣條件下人工巡檢有很大困難。隨著電測技術(shù)的發(fā)展，位移傳感器和應(yīng)變片的應(yīng)用大大提高了測量的準確性。然而，這種測試方法屬于接觸式測量，具有采樣點有限、傳感器的量程有限、易受外部環(huán)境干擾等缺點，同時傳感器及其連接導線的自重會加大桿塔結(jié)構(gòu)的負重，從而影響測試結(jié)果。光學測繪儀器(例如水準儀、全站儀等)雖然能夠提供較高的測量精度，但是其檢測范圍有限，體積較大，攜帶不便。

針對相關(guān)技術(shù)中輸電桿塔測量方法無法兼顧測量精度和操作簡便的問題，目前尚 未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種輸電桿塔空間節(jié)點定位方法及裝置，以至少解決相關(guān)技術(shù)中輸電桿塔測量方法無法兼顧測量精度和操作簡便的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種輸電桿塔空間節(jié)點定位方法，其中，該方法包括：向所述輸電桿塔上的至少一被測節(jié)點發(fā)射激光束，測量所述激光束的光心與所述被測節(jié)點之間的直線距離；測量所述光心與所述被測節(jié)點之間的仰角和航向角；根據(jù)所述直線距離、所述仰角和所述航向角，計算所述被測節(jié)點的空間坐標；其中，所述光心為坐標原點。

優(yōu)選地，根據(jù)所述直線距離、所述仰角和所述航向角，計算所述被測節(jié)點的空間坐標，包括：根據(jù)所述直線距離、所述仰角和所述航向角，通過以下公式計算所述被測節(jié)點的空間坐標：

其中，L表示所述直線距離，表示所述仰角，θ表示所述航向角，x表示所述被測節(jié)點的x軸坐標，y表示所述被測節(jié)點的y軸坐標，z表示所述被測節(jié)點的z軸坐標。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置，其中，該裝置包括：激光測距裝置，用于通過發(fā)射激光束的方式測量所述激光束的光心與所述輸電桿塔上至少一被測節(jié)點之間的直線距離；萬向云臺，設(shè)置在所述激光測距裝置的下方，用于調(diào)整所述激光測距裝置的轉(zhuǎn)動位置，以保證所述激光束的方向?qū)仕霰粶y節(jié)點；電子羅盤，嵌入所述萬向云臺的側(cè)面，并位于所述激光測距裝置的激光束出口的正下方，用于測量所述光心與所述被測節(jié)點之間的仰角和航向角；計算機，連接至所述激光測距裝置、所述電子羅盤，用于根據(jù)所述直線距離、所述仰角和所述航向角，計算所述被測節(jié)點的空間坐標；其中，所述光心為坐標原點。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：萬向云臺水平儀，設(shè)置在所述萬向云臺的側(cè)面，通過調(diào)整所述萬向云臺水平儀的氣泡位置可將所述萬向云臺調(diào)整至 水平。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：萬向云臺底座，設(shè)置在所述萬向云臺下方，用于支撐所述萬向云臺。

優(yōu)選地，所述萬向云臺還包括：萬向球，設(shè)置在所述萬向云臺的下部，嵌入所述萬向云臺底座中，通過控制所述萬向球的轉(zhuǎn)動可調(diào)整所述萬向云臺的位置。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：萬向云臺緊固旋鈕，設(shè)置在所述萬向云臺底座上，用于控制所述萬向球的轉(zhuǎn)動，將所述萬向云臺緊固在所述萬向云臺底座上。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：底座水平儀，設(shè)置在所述萬向云臺底座的側(cè)面，通過調(diào)整所述底座水平儀的氣泡位置可將所述萬向云臺底座調(diào)整至水平。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：升降桿，設(shè)置在所述萬向云臺底座的下方，用于通過所述升降桿的伸縮調(diào)整所述萬向云臺的高度。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：連接旋鈕，設(shè)置在所述升降桿的頂部，用于連接所述萬向云臺底座和所述升降桿。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：升降桿緊固旋鈕，設(shè)置在所述升降桿上，用于控制所述升降桿的伸縮。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：底座緊固旋鈕，設(shè)置在所述升降桿上，用于將所述萬向云臺底座緊固在所述升降桿上。

優(yōu)選地，所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：三腳架，設(shè)置在所述升降桿的下方，通過調(diào)整所述三腳架的長度和角度支撐所述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置。

本發(fā)明提供的輸電桿塔空間節(jié)點定位方法及裝置，可用于輸電桿塔關(guān)鍵節(jié)點的空間坐標的逐點定位，還可用于測量輸電桿塔整體結(jié)構(gòu)的變形情況，其所測變形數(shù)據(jù)可用于桿塔運行狀態(tài)分析，判斷桿塔安全程度，簡單實用，攜帶方便，提高了測量準確度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例一的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例一的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例二的輸電桿塔空間節(jié)點定位方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例二的節(jié)點的空間坐標示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例三的輸電桿塔示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例一

本實施例提供了一種輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置，圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例一的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置包括：

激光測距裝置1，用于通過發(fā)射激光束的方式測量激光束的光心與輸電桿塔上至少一被測節(jié)點之間的直線距離；

萬向云臺2，也可稱為球形云臺，設(shè)置在激光測距裝置1的下方，用于調(diào)整激光測距裝置1的轉(zhuǎn)動位置，以保證激光束的方向?qū)时粶y節(jié)點；

電子羅盤3，嵌入萬向云臺2的側(cè)面，并位于激光測距裝置1的激光束出口(即圖1中所示激光測距裝置1側(cè)面的圓形出口)的正下方，用于測量光心與被測節(jié)點之間的仰角和航向角；

計算機4，連接至激光測距裝置1、電子羅盤3，用于根據(jù)直線距離、仰角和航向角，計算被測節(jié)點的空間坐標；該空間坐標系以上述激光束的光心為坐標原點。

通過上述輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置，可用于輸電桿塔關(guān)鍵節(jié)點的空間坐標的逐點定位，還可用于測量輸電桿塔整體結(jié)構(gòu)的變形情況，其所測變形數(shù)據(jù)可用于桿塔運行狀態(tài)分析，判斷桿塔安全程度，簡單實用，攜帶方便，提高了測量準確度。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例一的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還設(shè)置有下述幾個硬件單元：

一實施例中，為了方便調(diào)整萬向云臺2的位置使其處于水平，本實施例提供了一種優(yōu)選實施方式，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：萬向云臺水平儀5，設(shè)置在萬向云臺2的側(cè)面，通過調(diào)整萬向云臺水平儀5的氣泡位置可將萬向云臺2調(diào)整至水平。在實際操作過程中，當氣泡處于中心位置時，則表示萬向云臺2已調(diào)至水平，從而方便調(diào)整激光測距裝置1的位置平，保證測量準確度。

一實施例中，為了穩(wěn)固萬向云臺，本實施例提供了一種優(yōu)選實施方式，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：萬向云臺底座6，設(shè)置在萬向云臺2下方，用于支撐萬向云臺2。

一實施例中，萬向云臺2還包括：萬向球7，設(shè)置在萬向云臺2的下部，嵌入萬向云臺底座6中，通過控制萬向球7的轉(zhuǎn)動可調(diào)整萬向云臺2的位置。從而控制萬向云臺2的轉(zhuǎn)動，保證激光測距裝置1的激光束的方向?qū)时粶y節(jié)點，提高測量準確度。

一實施例中，為了將萬向云臺2緊固在萬向云臺底座6上，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：萬向云臺緊固旋鈕8，設(shè)置在萬向云臺底座6上，用于控制萬向球7的轉(zhuǎn)動，將萬向云臺2緊固在萬向云臺底座6上。松開萬向云臺緊固旋鈕8，可使得萬向球7隨意轉(zhuǎn)動，從而自由調(diào)整萬向云臺2的轉(zhuǎn)動角度；當萬向云臺2調(diào)整到合適位置后，擰緊萬向云臺緊固旋鈕8，從而固定萬向云臺2。

一實施例中，為了方便調(diào)整萬向云臺底座6的位置使其處于水平，本實施例提供了一種優(yōu)選實施方式，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：底座水平儀9，設(shè)置在萬向云臺底座6的側(cè)面，通過調(diào)整底座水平儀9的氣泡位置可將萬向云臺底座6調(diào)整至水平。從而保證保持輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置整體重心的穩(wěn)固。

一實施例中，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：升降桿10，設(shè)置在萬向云臺底座6的下方，用于通過升降桿10的伸縮調(diào)整萬向云臺2的高度，從而便于測量人員的操作。

一實施例中，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：連接旋鈕11，設(shè)置在升降桿10的頂部，用于連接萬向云臺底座6和升降桿10，通過旋開連接旋鈕11可分離萬向云臺底座6和升降桿10，方便拆裝攜帶。

一實施例中，輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：升降桿緊固旋鈕12，設(shè)置在 升降桿上，用于控制升降桿的伸縮。松開升降桿緊固旋鈕12，可調(diào)整升降桿10的高低。擰緊升降桿緊固旋鈕12，可固定升降桿10。

一實施例中，萬向云臺底座6可繞升降桿10軸向轉(zhuǎn)動，為了控制萬向云臺底座6的隨意轉(zhuǎn)動，本實施例提供了一種優(yōu)選實施方式，即輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：底座緊固旋鈕13，設(shè)置在升降桿10上，用于將萬向云臺底座6緊固在升降桿10上。松開底座緊固旋鈕13，萬向云臺底座6可繞升降桿10隨意轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整激光測距裝置1的激光束的方向；擰緊底座緊固旋鈕13，可以限制萬向云臺底座6的軸向轉(zhuǎn)動。

一實施例中，為了方便實際操作時的測量高度要求，本實施例提供了一種優(yōu)選實施方式，即輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置還包括：三腳架14，設(shè)置在升降桿10的下方，通過調(diào)整三腳架14的長度和角度支撐輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置。

圖2所示的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置中，三腳架的支架長短和張開角度均可人工調(diào)整，適用于高低不平的地面，當?shù)鬃絻x顯示水平后，表示調(diào)整到位。更優(yōu)選地，為了保證輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置的穩(wěn)固，可以在三腳架的末端設(shè)置固定裝置(例如螺栓等)，從而固定在地面上，保證定位測量期間輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置的穩(wěn)固。

在本實施例提供的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置中，核心器件包括激光測距裝置和電子羅盤，下面對激光測距裝置和電子羅盤分別進行詳細介紹。

(1)激光測距(laser distance measuring)是以激光器作為光源進行測距。根據(jù)激光工作的方式分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。氦氖、氬離子、氪鎘等氣體激光器工作于連續(xù)輸出狀態(tài)，用于相位式激光測距；雙異質(zhì)砷化鎵半導體激光器，用于紅外測距；紅寶石、釹玻璃等固體激光器，用于脈沖式激光測距。激光測距儀由于激光的單色性好、方向性強等特點，加上電子線路半導體化集成化，與光電測距儀相比，不僅可以日夜作業(yè)、而且能提高測距精度，顯著減少重量和功耗。激光測距儀一般采用兩種方式來測量距離：脈沖法和相位法。

脈沖法測距技術(shù)的原理是：測距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測量物體的反射后又被測距儀接收，測距儀同時記錄激光往返的時間。光速和往返時間的乘積的一半，就是測距儀和被測量物體之間的距離。

相位法測距技術(shù)的原理是：采用無線電波段頻率的激光進行幅度調(diào)制，并將正弦 調(diào)制光往返測距儀與目標物間距離所產(chǎn)生的相位差測定，根據(jù)調(diào)制光的波長和頻率，換算出激光飛行時間，再依次計算出待測距離。該方法一般需要在待測物處放置反射鏡，將激光原路反射回激光測距儀，由接收模塊的鑒波器進行接收處理。

本實施例中的激光測距裝置，可根據(jù)量程需要配備脈沖式激光測距裝置或者相位式激光測距裝置，還可根據(jù)測量距離的不同選用手持式激光測距裝置或望遠式激光測距裝置。具體選擇據(jù)實際情況而定。

(2)電子羅盤，又稱數(shù)字羅盤，在現(xiàn)代技術(shù)條件中電子羅盤作為導航儀器或姿態(tài)傳感器已被廣泛應(yīng)用。電子羅盤與傳統(tǒng)指針式和平衡架結(jié)構(gòu)羅盤相比能耗低、體積小、重量輕、精度高、可微型化，其輸出信號通過處理可以實現(xiàn)數(shù)碼顯示，不僅可以用來指向，其數(shù)字信號可直接送到自動舵，控制船舶的操縱。目前，廣為使用的是三軸捷聯(lián)磁阻式數(shù)字磁羅盤，這種羅盤具有抗搖動和抗振性、航向精度較高、對干擾場有電子補償、可以集成到控制回路中進行數(shù)據(jù)鏈接等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、機器人、航海、車輛自主導航等領(lǐng)域。

隨著微電子集成技術(shù)以及加工工藝、材料技術(shù)的不斷發(fā)展。數(shù)字羅盤的研究制造與運用也達到了一個前所未有的水平。目前數(shù)字羅盤按照有無傾角補償可以分為平面數(shù)字羅盤和三維數(shù)字羅盤，也可以按照傳感器的不同分為磁阻效應(yīng)傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器和磁通門傳感器。從三者的比較來看，目前基于磁電阻傳感器的電子羅盤具有體積小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，其優(yōu)勢明顯，是電子羅盤的發(fā)展方向。

本實施例中的電子羅盤可根據(jù)需求選擇任意一種，優(yōu)選地，可選擇基于磁電阻傳感器的電子羅盤。

實施例二

基于上述實施例介紹的輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置，本實施例提供了一種輸電桿塔空間節(jié)點定位方法，圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例二的輸電桿塔空間節(jié)點定位方法的流程圖，如圖3所示，輸電桿塔空間節(jié)點定位方法包括以下步驟(步驟S302-步驟S306)：

步驟S302，向輸電桿塔上的至少一被測節(jié)點發(fā)射激光束，測量激光束的光心與被測節(jié)點之間的直線距離；

步驟S304，測量光心與被測節(jié)點之間的仰角和航向角；

步驟S306，根據(jù)直線距離、仰角和航向角，計算被測節(jié)點的空間坐標；其中，光心為坐標原點。

通過上述輸電桿塔空間節(jié)點定位方法，可用于輸電桿塔關(guān)鍵節(jié)點的空間坐標的逐點定位，還可用于測量輸電桿塔整體結(jié)構(gòu)的變形情況，其所測變形數(shù)據(jù)可用于桿塔運行狀態(tài)分析，判斷桿塔安全程度，簡單實用，攜帶方便，提高了測量準確度。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例二的節(jié)點的空間坐標示意圖，如圖4所示，以激光測距裝置的激光束的光心為坐標原點O，建立X-Y-Z坐標系，假設(shè)P點為被測節(jié)點的空間位置，L表示激光測距裝置所測的O點與P點之間的直線距離，表示電子羅盤所測的仰角，θ表示電子羅盤所測的航向角。根據(jù)直線距離、仰角和航向角，可以通過以下公式計算被測節(jié)點的空間坐標：

其中，x表示被測節(jié)點的x軸坐標，y表示被測節(jié)點的y軸坐標，z表示被測節(jié)點的z軸坐標。

為了對上述輸電桿塔空間節(jié)點定位方法及裝置進行更為清楚的解釋，下面結(jié)合具體的實施例來進行說明，然而值得注意的是該實施例僅是為了更好地說明本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明不當?shù)南薅ā?/p>

實施例三

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例三的輸電桿塔示意圖，如圖5所示，選取圖中A-H共計8個關(guān)鍵節(jié)點進行測量。使用輸電桿塔空間節(jié)點定位裝置對上述8個節(jié)點定位，通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟1，調(diào)整三腳架，觀察底座水平儀，松開底座緊固旋鈕，將萬向云臺底座調(diào)整至水平位置后擰緊底座緊固旋鈕；

步驟2，松開升降桿旋鈕，調(diào)整升降桿至適當高度(方便測試員操作的角度)，擰緊升降桿旋鈕；

步驟3，松開萬向云臺緊固旋鈕，觀察萬向云臺水平儀，將萬向云臺調(diào)整至水平后擰緊萬向云臺緊固旋鈕；

步驟4，將電子羅盤、激光測距裝置連接至計算機，打開電子羅盤和激光測距裝置；

步驟5，將電子羅盤數(shù)據(jù)清零，此時默認激光測距裝置的激光束的光心為參考坐標系的坐標原點；

步驟6，松開萬向云臺緊固旋鈕，調(diào)整萬向云臺的方向，以使激光測距裝置的激光束準確照射輸電桿塔上的被測節(jié)點A；

步驟7，擰緊萬向云臺緊固旋鈕，使用計算機讀取激光測距裝置所測得的距離值(上述光心與被測節(jié)點A之間的直線距離值)，讀取電子羅盤所測得的角度值(上述光心與被測節(jié)點A之間的仰角值和航向角值)；

步驟8，根據(jù)上述距離值和角度值，使用計算機計算被測節(jié)點A的空間坐標；

依次類推，重復步驟6-步驟8，直至將節(jié)點A-H的空間坐標全部計算完畢。

由于將激光束的光心作為坐標系原點，因此可以基于計算出的節(jié)點A-H的空間坐標確定節(jié)點A-H的位置，由此可確定輸電桿塔變形前后的頂端撓度值。當然，也可以在計算出一個節(jié)點(例如圖中所示的節(jié)點D)的空間坐標之后，基于節(jié)點D與坐標原點的位置關(guān)系將坐標原點移至節(jié)點D，繼而計算剩余節(jié)點的空間坐標。將空間坐標系的坐標原點從光心平移至節(jié)點D之后，測得的各個節(jié)點的空間坐標值見表1。

表1輸電桿塔關(guān)鍵節(jié)點及其空間坐標值

本發(fā)明提供了一種輸電桿塔空間節(jié)點定位方法及裝置，主要由激光測距裝置、萬向云臺、電子羅盤、計算機組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電桿塔各個關(guān)鍵節(jié)點的空間坐標進行逐點定位，能夠測量電桿加載變形前后的頂端撓度值。本發(fā)明使用激光測距原理進行測量，是一種非接觸測試方法，操作方便快捷，便攜性好，測量精度較高。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”或“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。