(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810122393.1
(22)申请日 2018.02.07
(71)申请人 大连航天北斗科技有限公司
地址 116300 辽宁省大连市高新园区火炬
路56A集电大厦20层
(72)发明人 孙浩 王家欢 刘冠君 贾海晓
(74)专利代理机构 大连智高专利事务所(特殊
普通合伙) 21235
代理人 盖小静
(51)Int.Cl.
G01B 21/02(2006.01)
G01C 5/00(2006.01)
G01C 9/00(2006.01)
G01S 19/42(2010.01)
(54)发明名称基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统(57)摘要本发明公开了一种基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，具体包括：移动CORS 站，用于提供差分数据，并将该差分数据发送到数据中心平台；数据中心平台，用于接收移动CORS站的差分数据，并转发给位移检测终端；还用于存储位移检测终端监测到的风力发电机水平位移、倾角、沉降参数；位移检测终端，用于监测风力发电机水平位移、倾角、沉降参数；所述位移检测终端包括监测单元和采集单元，所述监测单元包括无线传输模块、主控模块；所述采集单元包括风速传感器和北斗测量天线。该系统能够保障风机持续安全运行，快速、高效、实时的将风机位移、倾角、沉降、叶片损伤问题进行智能识别，提高检测效率、降低作业风险、能有效提高企 业生产效率。权利要求书2页 说明书7页 附图5页CN 108362246 A 2018.08.03
C N 108362246
A
1.基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，其特征在于，具体包括：
移动CORS站，用于提供差分数据，并将该差分数据发送到数据中心平台；
数据中心平台，用于接收移动CORS站的差分数据，并转发给位移检测终端；还用于存储位移检测终
端监测到的风力发电机水平位移、倾角、沉降参数；
位移检测终端，用于监测风力发电机水平位移、倾角、沉降参数；所述位移检测终端包括监测单元和采集单元，所述监测单元包括无线传输模块、主控模块；所述采集单元包括风速传感器和北斗测量天线。
2.根据权利要求1所述基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，其特征在于，所述移动CORS站，包括定位模块BD930、单片机STM32、路由器；单片机STM32发现某模块工作异常时，进行重启故障处理；定位模块BD930通过路由器连接互联网，将差分数据发送至数据中心平台。
3.根据权利要求1所述基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，其特征在于，主控模块，包括ARM主控单元、4G传输模块、定位模块BD930、数据传输模块DTU；ARM主控单元通过控制4G传输模块进行差分数据传输，并将该差分数据传输给定位模块BD930进行位置解算，所述定位模块BD930通过倾角算法，计算出倾角数值，并通过数据传输模块DTU发送至数据中心平台。
4.根据权利要求3所述基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，其特征在于，倾角算法具体包括：
步骤1，建立坐标系：当铁塔未发生倾斜时，以天线相位中心为坐标原点建立东北天坐标系；
步骤2，坐标系旋转：当铁塔发生倾斜后，设天线相位中心在东北天坐标系中的位置坐标为(x,y,z)，以原点为中心旋转东北天坐标系以生成新坐标系，使其y轴经过倾斜后的天线相位中心，坐标系之间的夹角与铁塔的倾斜夹角相等，设倾斜后天线相位中心在新坐标系下的位置坐标为(0,b12，0)；
步骤3，变换矩阵：由坐标旋转变化矩阵可得(x,y,z)与(0,b12，0)之间的关系如下：
步骤4，l2由接收机测得，继而解算出偏航角和俯仰角如下：
5.根据权利要求4所述基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，其特征在于，每一个坐标轴的旋转对应着一个坐标旋转矩阵，相应于X轴，Z轴，Y轴的旋转矩阵为：
其中α偏航角，γ为俯仰角，β为横滚角，本申请对铁塔倾斜的测量只考虑偏航角α和俯仰角γ；设铁塔倾斜前后天线相位中心点在新坐标系中的位置分别为b1＝[0 0 0]T,b2＝[0 b12 0]T，从东北天坐标系到新坐标系的姿态变换矩阵为：
根据姿态转换矩阵的正交性，即矩阵的转置等于矩阵的逆，由上式将倾斜后天线相位中心点坐标b2转换为东北天坐标系中得到其当地水平坐标l2。
基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统
技术领域
[0001]本申请属于风力发电机塔、杆塔、桥梁、路基、高建筑物等的测量、监测领域，具体说是一种基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统。
背景技术
[0002]近年来，人们把目光逐渐聚集到可替代的再生能源-风能。风电场的建设逐渐遍布全国地区，从草原风力发展到海上风能的利用，可见风电已逐渐走上成熟之路。风机属于高耸建筑物(1.5MW风机轮毂高度在60m以上)，轻微的沉降，将使风机产生较大的水平偏差，在机舱、叶片风力等荷载作用下，产生较大偏心弯矩，从而使风机杆体更加倾斜，同时风机对沉降具有较强敏感性，风机的倾斜与沉降给风电机组运行带来了较大的安全隐患。近年来，国内外因风机地质灾害、叶片损坏等导致风机倾覆事故频发，风力发电机安全监测系统可有效针对安全隐患进行预警，降低事故发生率。
[0003]风力发电塔形变监测目的是监测风力发电塔的位移、沉降和倾斜变形，可根据其变形量及变形
速率来判断风力发电塔在施工期或运营期是否安全。常规的观测方法是定期巡检时用免棱镜全站仪进行风机倾斜观测，用精密水准仪进行沉降观测，这种方法工作效率较低，精度也受多种因素影响，且实时性不强。
[0004]目前，监测叶片最常用的方法是目视观察，以往工人在检查叶片时，需要从地面上对每个叶片进行拍照，这种方法不仅耗时(检查一个风力发电机约为一天)，而且还存在危险，并且这种方法是有时间间隔的，在时间间隔期间叶片微小的问题和早期可修复的问题就很有可能已经发生并发展为严重的问题。
[0005]现有技术中的检测方法有：1.使用高倍望远镜进行检测，其缺点是非智能检测、检测结果无法存储、检测效率低、准确性差；2.使用吊车吊篮检查，其缺点是成本较高、安全隐患大、非智能检测、检测周期长；3.使用无人机检查，操控困难，易出事故，受电池、天气影响大，耗材损耗大。
发明内容
[0006]为改善对风力发电机的定期巡检、人为观测维护手段、消除安全隐患、避免出现倾斜、倒塌、叶片损伤等危及安全的事件发生，本申请提供了一种基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统对其进行实时的安全监测，并为风机的集中整治、中修、大修提供基础参考数据。
[0007]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种基于北斗高精度定位技术的风力发电机监测系统，具体包括：
[0008]移动CORS站，用于提供差分数据，并将该差分数据发送到数据中心平台；[0009]数据中心平台，用于接收移动CORS站的差分数据，并转发给位移检测终端；还用于存储位移检测终端监测到的风力发电机水平位移、倾角、沉降等参数；
[0010]位移检测终端，用于监测风力发电机水平位移、倾角、沉降等参数；所述位移检测
终端包括监测单元和采集单元，所述监测单元包括无线传输模块、主控模块；所述采集单元包括风速传感器和北斗测量天线。
[0011]进一步的，所述移动CORS站，包括高精度定位模块BD930、单片机STM32、路由器，单片机STM32作为该CORS站系统的控制监控单元，对各个模块进行工作正常判断，当发现某模块工作异常时，进行重启等故障处理，使系统具备故障自恢复功能，定位模块BD930通过路由器连接互联网，将差分数据发送至数据中心平台。
[0012]进一步的，主控模块，包括ARM主控单元、4G传输模块(SIM7100C)、定位模块BD930、数据传输模块DTU；ARM主控单元通过控制4G传输模块进行差分数据传输，并将该差分数据传输给定位模
块BD930进行高精度位置解算，所述定位模块BD930通过倾角算法，计算出倾角数值，并通过数据传输模块DTU发送至数据中心平台。
[0013]进一步的，倾角算法具体包括：
[0014]步骤1，建立坐标系：当铁塔未发生倾斜时，以天线相位中心为坐标原点建立东北天坐标系；
[0015]步骤2，坐标系旋转：当铁塔发生倾斜后，设天线相位中心在东北天坐标系中的位置坐标为(x,y,z)，以原点为中心旋转东北天坐标系以生成新坐标系，使其y轴经过倾斜后的天线相位中心，坐标系之间的夹角与铁塔的倾斜夹角相等，设倾斜后天线相位中心在新坐标系下的位置坐标为(0,b12，0)；
[0016]步骤3，变换矩阵：由坐标旋转变化矩阵可得(x,y,z)与(0,b12，0)之间的关系如下：
[0017]
[0018]步骤4，l2由接收机测得，继而解算出偏航角和俯仰角如下：
[0019]
[0020]
[0021]进一步的，每一个坐标轴的旋转对应着一个坐标旋转矩阵，相应于X轴，Z轴，Y轴的旋转矩阵为：
[0022]
[0023]
[0024]
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