一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法与流程

1.本发明涉及工程技术领域，尤其是涉及一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法。


背景技术：

2.随着我国电力建设的发展，输电线路越来越长，线路路径区域地形地貌越来越复杂，很多杆塔基础所在的位置地质条件恶劣，地质灾害频发，严重影响了输电线路的安全和正常运行。输电线路杆塔通过山区时，基础施工常对山体进行开挖而形成人工边坡，而边坡的开挖会对杆塔造成一定的影响，若处理不当将会造成不可预料的后果。因此，针对杆塔基础边坡的稳定性及防控技术研究有着重要的现实工程意义。
3.目前，现有的边坡稳定评估技术一般都是对边坡的静态评估，即根据边坡某一时刻的各种参数数据进行评估，以此来确定边坡的稳定性。但是边坡的稳定与否不仅与边坡某一时刻或实时的数据有关，在过去一段时间内边坡的动态变化也对边坡的稳定有着影响，因此若只是对边坡的静态评估其结果并不够全面准确。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种边坡稳定性实时评估方法”，其公告号cn113640113a，该方法包括以下步骤：s1：选定待评估边坡；s2：进行现场试验与室内试验，获取边坡稳定性评估所需参数；s3：通过计算边坡土体内一点的实时安全系数，给出边坡稳定性的定量评估结果；该专利将现场监测与室内试验结果更合理地结合，能够获取边坡实时安全系数，虽然能实现边坡稳定性的实时评估，但是也是根据边坡某一时刻的各种参数数据进行的静态评估，其评估结果不够全面准确。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术的坡稳定评估技术一般都是对边坡的静态评估，评估结果并不够全面准确的问题，提供一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，包括s1：获取待预测边坡的稳定性参数，根据稳定性参数确定边坡的几何稳定系数和力学稳定系数，并根据稳定性参数和稳定系数对待预测边坡的稳定性进行预测；预测结果为边坡稳定或边坡不稳定；s2：当预测结果为边坡不稳定时，进行输电线路杆塔边坡滑坡预警，流程结束；当预测结果为边坡稳定时，通过定位监视系统获取待预测边坡各监测点的实时三维坐标，将各监测点的实时三维坐标与初始坐标进行比对，获取待预测边坡各监测点的位移变化量，进入s3；s3：获取最大位移变化量对应的监测点的位移变化率，当最大位移变化量或对应的监测点的位移变化率超过阈值时，表明待预测边坡不稳定，发出输电线路杆塔边坡滑坡预警；否则表明待预测边坡稳定。本发明的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，先根据既定相关参数对边坡进行静态预测评估，对于预测结果为边坡稳定的情形再进行动态预测评估，即根据过去一段时间内边坡监测点的位移变化量和位移变化率再进行评估，通过静态和动态两
种评估方式的结合，使得评估结果更加准确可靠。
7.作为本发明的优选方案，所述s1包括以下步骤：s11：获取待预测边坡的稳定性参数，包括边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2、边坡角度θ1、边坡高度hb和空隙压比k；s12：确定待预测边坡的长度l，根据待预测边坡的长度l和边坡角度θ1计算比对高度hb，并根据比对高度hb和边坡高度hb计算高度差hc；若高度差hc≤hy，则确定几何稳定系数若高度差hc》hy，则确定几何稳定系数其中为高度影响系数；s13：根据边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2和空隙压比k计算力学稳定系数γ；s14：根据摩擦角θ2、内聚力n计算抗剪强度q，根据抗剪强度q、容重r、几何稳定系数β和力学稳定系数γ计算稳定性值w；s15：若稳定性值w大于阈值，则预测结果为边坡不稳定，否则预测结果为边坡稳定。本发明首先根据边坡的既定参数即稳定性参数，包括边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2、边坡角度θ1、边坡高度hb和空隙压比k对边坡的稳定性进行静态评估，若评估结果为边坡不稳定则直接结束整个流程，表明边坡是不稳定的；若评估结果为边坡稳定则后续极性动态评估，以提高评估的准确性、可靠性。
8.作为本发明的优选方案，所述s2包括以下步骤：s21：当预测结果为边坡不稳定时，进行输电线路杆塔边坡滑坡预警，流程结束；当预测结果为边坡稳定时，进入s22；s22：定位监视系统采集各监测点的监测数据，对监测数据进行预处理、基线向量解算和网平差处理得到各监测点的实时三维坐标数据；s23：将各监测点的实时三维坐标数据与各监测点的初始坐标进行对比，计算获得待预测边坡各监测点的位移变化量li。在进行完静态评估后，对评估结果为边坡稳定的情形继续动态评估，根据边坡上的监测点在过去一段时间内的监测数据计算各监测点的位移变化量和位移变化率，在一定程度上反应边坡稳定的情况，从而实现边坡稳定动态评估和静态评估相结合，提高评估的准确性、可靠性。
9.作为本发明的优选方案，所述s3包括以下步骤：s31：取待预测边坡各监测点的位移变化量最大值l
imax
，并计算该监测点的位移变化率δli；s32：将位移变化量最大值l
imax
和该监测点的位移变化率δli与预先设定的阈值进行比较，当位移变化量最大值l
imax
或该监测点的位移变化率δli超过预先设定的阈值时，表明待预测边坡不稳定，发出输电线路杆塔边坡滑坡预警；否则表明待预测边坡稳定。
10.作为本发明的优选方案，所述s23中待预测边坡各监测点的位移变化量的计算公式如下：
[0011][0012]dxi
＝x
ai-x
bi
[0013]dyi
＝y
ai-y
bi
[0014]dzi
＝z
ai-z
bi
[0015]
其中，li表示监测点i的位移变化量，d
xi
为监测点i在x坐标方向的位置变化量，x
ai
、x
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值，d
yi
为监测点i在y坐标方向的位置变化量，y
ai
、y
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值，d
zi
为监测点i在z坐标方向的位置变化量，z
ai
、z
bi
分别为监测点i在观测时刻a和
观测时刻b的x坐标方向的水平平差值。
[0016]
作为本发明的优选方案，所述s31中位移变化率δli的计算公式如下：
[0017][0018]
其中，δli为监测点i在观测时刻a和观测时刻b之间的位移变化率，li表示监测点i在观测时刻a和观测时刻b之间的位移变化量。
[0019]
作为本发明的优选方案，所述定位监视系统包括数据采集模块，所述数据采集模块包括若干数据采集终端，所述数据采集模块通过数据传输模块连接有数据处理模块，所述数据采集模块连接有供能模块，所述供能模块包括蓄电池和太阳能电池板。
[0020]
因此，本发明具有以下有益效果：本发明的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，先根据既定相关参数对边坡进行静态预测评估，对于预测结果为边坡稳定的情形再进行动态预测评估，即根据过去一段时间内边坡监测点的位移变化量和位移变化率再进行评估，通过静态和动态两种评估方式的结合，使得评估结果更加准确可靠。
附图说明
[0021]
图1是本发明的方法流程图；
[0022]
图2是本发明的s1流程图；
[0023]
图3是本发明的s2流程图；
[0024]
图4是本发明的s3流程图；
[0025]
图5是本发明的定位监视系统结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
[0027]
如图1所示，一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，包括：
[0028]
s1：获取待预测边坡的稳定性参数，根据稳定性参数确定边坡的几何稳定系数和力学稳定系数，并根据稳定性参数和稳定系数对待预测边坡的稳定性进行预测；预测结果为边坡稳定或边坡不稳定。
[0029]
如图2所示，s1包括以下步骤：
[0030]
s11：获取待预测边坡的稳定性参数，包括边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2、边坡角度θ1、边坡高度hb和空隙压比k。
[0031]
s12：确定待预测边坡的长度l，根据待预测边坡的长度l和边坡角度θ1计算比对高度hb，并根据比对高度hb和边坡高度hb计算高度差hc；若高度差hc≤hy，则确定几何稳定系数若高度差hc》hy，则确定几何稳定系数其中为高度影响系数。
[0032]
其中，hy为高度差阈值，确定方式具体如下：在待预测边坡上设置不同位置的多个测试点，获取每个测试点对应的内聚力cn、地质密度ρn和与水平面夹角θn，其中n为测试点的
标识，确定每个测试点的比值根据每个测试点对应的与水平面夹角θn和每个测试点的比值μn计算高度差阈值
[0033][0034]
s13：根据边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2和空隙压比k计算力学稳定系数其中z为预设的力学折减系数。
[0035]
s14：根据摩擦角θ2、内聚力n计算抗剪强度其中为剪切面的法向压力，根据抗剪强度q、容重r、几何稳定系数β和力学稳定系数γ计算稳定性值
[0036]
s15：若稳定性值w大于稳定性值阈值，则预测结果为边坡不稳定，否则预测结果为边坡稳定。此处的稳定性值阈值可根据边坡性质自行设置。
[0037]
本发明首先根据边坡的既定参数即稳定性参数，包括边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2、边坡角度θ1、边坡高度hb和空隙压比k对边坡的稳定性进行静态评估，若评估结果为边坡不稳定则直接结束整个流程，表明边坡是不稳定的；若评估结果为边坡稳定则后续极性动态评估，以提高评估的准确性、可靠性。
[0038]
s2：当预测结果为边坡不稳定时，进行输电线路杆塔边坡滑坡预警，流程结束；当预测结果为边坡稳定时，通过定位监视系统获取待预测边坡各监测点的实时三维坐标，将各监测点的实时三维坐标与初始坐标进行比对，获取待预测边坡各监测点的位移变化量，进入s3。
[0039]
如图3所示，s2包括以下步骤：
[0040]
s21：当预测结果为边坡不稳定时，进行输电线路杆塔边坡滑坡预警，流程结束；当预测结果为边坡稳定时，进入s22。
[0041]
s22：定位监视系统采集各监测点的监测数据，对监测数据进行预处理、基线向量解算和网平差处理得到各监测点的实时三维坐标数据。
[0042]
s23：将各监测点的实时三维坐标数据与各监测点的初始坐标进行对比，计算获得待预测边坡各监测点的位移变化量li。
[0043]
s23中待预测边坡各监测点的位移变化量的计算公式如下：
[0044][0045]dxi
＝x
ai-x
bi
[0046]dyi
＝y
ai-y
bi
[0047]dzi
＝z
ai-z
bi
[0048]
其中，li表示监测点i的位移变化量，d
xi
为监测点i在x坐标方向的位置变化量，x
ai
、x
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值，d
yi
为监测点i在y坐标方向的位置变化量，y
ai
、y
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水
平平差值，d
zi
为监测点i在z坐标方向的位置变化量，z
ai
、z
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值。
[0049]
在进行完静态评估后，对评估结果为边坡稳定的情形继续动态评估，根据边坡上的监测点在过去一段时间内的监测数据计算各监测点的位移变化量和位移变化率，在一定程度上反应边坡稳定的情况，从而实现边坡稳定动态评估和静态评估相结合，提高评估的准确性、可靠性。
[0050]
s3：获取最大位移变化量对应的监测点的位移变化率，当最大位移变化量或对应的监测点的位移变化率超过阈值时，表明待预测边坡不稳定，发出输电线路杆塔边坡滑坡预警；否则表明待预测边坡稳定。
[0051]
如图4所示，s3包括以下步骤：
[0052]
s31：取待预测边坡各监测点的位移变化量最大值l
imax
，并计算该监测点的位移变化率δli。
[0053]
s31中位移变化率δli的计算公式如下：
[0054][0055]
其中，δli为监测点i在观测时刻a和观测时刻b之间的位移变化率，li表示监测点i在观测时刻a和观测时刻b之间的位移变化量。
[0056]
s32：将位移变化量最大值l
imax
和该监测点的位移变化率δli与预先设定的阈值进行比较，当位移变化量最大值l
imax
或该监测点的位移变化率δli超过预先设定的阈值时，表明待预测边坡不稳定，发出输电线路杆塔边坡滑坡预警；否则表明待预测边坡稳定。此处的位移变化量的阈值和位移变化率的阈值可根据边坡性质自行设置。
[0057]
本发明的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，先根据既定相关参数对边坡进行静态预测评估，对于预测结果为边坡稳定的情形再进行动态预测评估，即根据过去一段时间内边坡监测点的位移变化量和位移变化率再进行评估，通过静态和动态两种评估方式的结合，使得评估结果更加准确可靠。
[0058]
如图5所示，本发明的定位监视系统包括数据采集模块，所述数据采集模块包括若干数据采集终端，所述数据采集模块通过数据传输模块连接有数据处理模块，所述数据采集模块连接有供能模块，所述供能模块包括蓄电池和太阳能电池板。
[0059]
本发明定位监视系统的数据采集终端具体可以为北斗接收机，北斗接收机获取导航卫星的定位信息，系统采用静态、快速接收机，适用于解算静态位置量信息，接收机包括测量天线和数据处理终端，测量天线选取扼流圈天线，可以减小在定位过程中由于信号传输多径效应导致的测量误差，数据处理终端提供了天线接口与外部接口，实现与导航卫星通信数据的解算服务。在实际应用中，测量天线安装在开阔位置，以便于与卫星通信，数据处理终端安装在控制箱中。
[0060]
本发明定位监视系统的数据传输模块采用无线专网的通信方案，通过专线接入点名称的方式实现专网通信，保障数据安全。相对于有线网络传输，无线专网的布置更加方便，尤其在输电系统领域，输电杆塔位置偏僻，有线通信网络一般难以实施。无线通信模块在调试完成后，在4g/5g信号覆盖区域即可使用。
[0061]
本发明定位监视系统的数据采集终端以能量自给的方式进行能量供应。在输电线
路所在地区配置低压线路的方式成本较高，而北斗接收机和数据传输模块的耗能较大，单纯采用蓄电池的方案难以满足数据采集模块的电能需求，因此本发明的供能模块还配备有太阳能电池板，为数据采集终端进行供电。输电杆塔通常处于开阔地带，采光条件良好，适用太阳能电池板。光伏电池板被安装于数据采集终端顶部，根据所处纬度以最大接受阳光角度选择朝向。配置太阳能控制器，以定电压方式跟踪太阳能电池输出p-v特性曲线的最大功率点。
[0062]
太阳能控制器对蓄电池荷电状态进行实时监测与管理。当蓄电池soc＞0.9时，蓄电池充电完成，并进行浮充；当蓄电池0.9≥soc≥0.2时，蓄电池正常充电，进行均衡充电；当蓄电池soc＜0.2时，蓄电池进入缺电状态，断开负载电源，待蓄电池恢复正常电量后投入负载。
[0063]
本发明将数据采集终端安装在边坡上，由于输电杆塔基础埋深较大，自身结构强度存在冗余，基础位置与边坡之间存在距离，当边坡出现轻微滑坡时，难以对输电杆塔本身造成影响，因此将数据采集终端独立安装于输电杆塔靠边坡侧有利于边坡滑坡的监测。
[0064]
本发明定位监视系统的数据处理模块实现对北斗接收机数据进行预处理、基线向量解算、网平差处理、数据计算分析。
[0065]
数据预处理包括对偏差量较大的数据进行初筛和剔除，将原始数据进行标准化加工。
[0066]
基线向量解算具体为：系统自检，检查控制参数、观测数据、星历数据、起算坐标等参数设置；提取原始数据中的星历数据，并进行读取；提取原始数据中的观测数据，包括观测时刻、观测时记录的定位坐标、伪距以及载波相位数据，并进行读取；进行三差解算，建立涵盖接收机间差值、导航卫星间差值、历元间差值的三差观测方程；周跳修复，通过载波相位求差法对发生周跳的历元数据进行探测，并采用你合法修正发生周跳的历元；进行双差负电解算，求解整周模糊度；根据求解得到的整周模糊度进行双差固定解算。
[0067]
网平差处理：对整个检测网络进行独立基线网平差，得到最终坐标。
[0068]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，包括以下步骤：s1：获取待预测边坡的稳定性参数，根据稳定性参数确定边坡的几何稳定系数和力学稳定系数，并对待预测边坡的稳定性进行预测；s2：当预测结果为边坡不稳定时，进行输电线路杆塔边坡滑坡预警，流程结束；当预测结果为边坡稳定时，通过定位监视系统获取待预测边坡各监测点的实时三维坐标，并计算待预测边坡各监测点的位移变化量，进入s3；s3：获取最大位移变化量对应的监测点的位移变化率，当最大位移变化量或对应的监测点的位移变化率超过阈值时，表明待预测边坡不稳定，发出输电线路杆塔边坡滑坡预警；否则表明待预测边坡稳定。2.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，所述s1包括以下步骤：s11：获取待预测边坡的稳定性参数，包括边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2、边坡角度θ1、边坡高度h
b
和空隙压比k；s12：确定待预测边坡的长度l，根据待预测边坡的长度l和边坡角度θ1计算比对高度h
b
，并根据比对高度h
b
和边坡高度h
b
计算高度差h
c
；若高度差h
c
≤h
y
，则确定几何稳定系数若高度差h
c
>h
y
，则确定几何稳定系数其中为高度影响系数；s13：根据边坡的容重r、内聚力n、摩擦角θ2和空隙压比k计算力学稳定系数γ；s14：根据摩擦角θ2、内聚力n计算抗剪强度q，根据抗剪强度q、容重r、几何稳定系数β和力学稳定系数γ计算稳定性值w；s15：若稳定性值w大于阈值，则预测结果为边坡不稳定，否则预测结果为边坡稳定。3.根据权利要求1或2所述的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，所述s2包括以下步骤：s21：当预测结果为边坡不稳定时，进行输电线路杆塔边坡滑坡预警，流程结束；当预测结果为边坡稳定时，进入s22；s22：定位监视系统采集各监测点的监测数据，对监测数据进行预处理、基线向量解算和网平差处理得到各监测点的实时三维坐标数据；s23：将各监测点的实时三维坐标数据与各监测点的初始坐标进行对比，计算获得待预测边坡各监测点的位移变化量l
i
。4.根据权利要求3所述的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，所述s3包括以下步骤：s31：取待预测边坡各监测点的位移变化量最大值l
imax
，并计算该监测点的位移变化率δl
i
；s32：将位移变化量最大值l
imax
和该监测点的位移变化率δl
i
与预先设定的阈值进行比较，当位移变化量最大值l
imax
或该监测点的位移变化率δl
i
超过预先设定的阈值时，表明待预测边坡不稳定，发出输电线路杆塔边坡滑坡预警；否则表明待预测边坡稳定。5.根据权利要求4所述的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，
所述s23中待预测边坡各监测点的位移变化量的计算公式如下：d
xi
＝x
ai-x
bi
d
yi
＝y
ai-y
bi
d
zi
＝z
ai-z
bi
其中，l
i
表示监测点i的位移变化量，d
xi
为监测点i在x坐标方向的位置变化量，x
ai
、x
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值，d
yi
为监测点i在y坐标方向的位置变化量，y
ai
、y
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值，d
zi
为监测点i在z坐标方向的位置变化量，z
ai
、z
bi
分别为监测点i在观测时刻a和观测时刻b的x坐标方向的水平平差值。6.根据权利要求4或5所述的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，所述s31中位移变化率δl
i
的计算公式如下：其中，δl
i
为监测点i在观测时刻a和观测时刻b之间的位移变化率，l
i
表示监测点i在观测时刻a和观测时刻b之间的位移变化量。7.根据权利要求1或2或4或5所述的一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，其特征是，所述定位监视系统包括数据采集模块，所述数据采集模块包括若干数据采集终端，所述数据采集模块通过数据传输模块连接有数据处理模块，所述数据采集模块连接有供能模块，所述供能模块包括蓄电池和太阳能电池板。

技术总结
本发明公开了一种输电线路杆塔基础边坡稳定性评估预警方法，包括S1：根据稳定性参数确定边坡的几何稳定系数和力学稳定系数，并对待预测边坡的稳定性进行评估和预警；S2：当评估结果为边坡稳定时，通过定位监视系统获取待预测边坡各监测点的实时三维坐标，计算待预测边坡各监测点的位移变化量；S3：获取最大位移变化量对应的监测点的位移变化率，根据最大位移变化量和位移变化率对待预测边坡的稳定性进行评估和预警。本发明先根据既定相关参数对边坡进行静态预测评估，对于预测结果为边坡稳定的情形再根据过去一段时间内边坡监测点的位移变化量和位移变化率进行动态预测评估，通过静态和动态两种评估方式的结合，使得评估结果更加准确可靠。果更加准确可靠。果更加准确可靠。


技术研发人员：殷志敏 岳灵平 李浩言 戴建华 刘平平 方杰
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/8/21