具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例提供的一种输、配电线路的杆塔姿态在线监测装置，包括：

第一GNSS天线、第二GNSS天线、定位模组、MCU处理器、DTU模块、电源。

第一GNSS天线和第二GNSS天线，用于分别接收n个卫星的卫星信号并传送至定位模组，其中n不小于3且为整数；定位模组，用于对卫星信号进行滤波后，基于初始载波相位公式根据卫星信号计算得到杆塔的初始坐标相位；MCU处理器，用于根据初始坐标相位和卫星的数量构建双差矩阵方程组，并通过粒子群算法求解得到杆塔的姿态信息后传送至DTU模块；DTU模块，用于将姿态信息发送至在线监测服务器；电源，用于为第一GNSS天线、第二GNSS天线、定位模组、MCU处理器、DTU模块进行供电。

需要说明的是，GNSS天线是GPS/GLONASS兼容天线，主要用于同频转发系统作发射天线使用，也可用于GPS导航、定位系统作接收天线使用。天线为微带形式。方向图基本实现了半球形辐射。天线由天线罩、微带辐射器、底板和高频输出插座等部分组成，结构简单、体积小、配合三脚架使用方便。而RTC电路、存储电路、复位电路、JTAG电路是保障MCU处理器及相关配套硬件正常工作所必备的外围硬件。

1、首先通过两个GNSS天线分别接收不小于3个卫星的卫星信号，并进行滤波后，定位模组基于初始载波相位公式根据所述卫星信号计算得到杆塔的初始坐标相位。

其中，本实施例的初始载波相位公式为：

式中，为北斗导航信号的载波相位观测值，λ为载波波长，R为卫星到GNSS天线接收机的距离，ρ_ion为电离层延时误差，ρ_tron为对流层延时误差，ρ_eph为卫星星历误差，ρ_mp为多径效应误差，N为初始整周模糊度，ε_a为卫星钟差，ε_b为接收机钟差。

2、接着通过初始坐标相位和卫星的数量建立单差矩阵方程组。

其中，单差观测方程的推算过程为：

北斗基线测量原理如图3所示，GNSS天线1、GNSS天线2同时接受北斗卫星1、北斗卫星2发出的信号，由于两根GNSS天线一般距离很近，所以根据式(1)可得到单差观测方程：

式中，是北斗卫星1的载波相位信号经GNSS1、GNSS2单差处理后得到，是北斗卫星1到GNSS1的距离，为北斗卫星1到GNSS2的距离，为北斗卫星1到GNSS1、GNSS2之间的单差载波相位模糊度，为GNSS1、GNSS2之间的钟差。

其中，单差观测矩阵的推算过程为：

假设GNSS1、GNSS2同时观测到n颗卫星，则可将式(2)转换为矩阵方程组：

式中，是第一北斗卫星的载波相位信号经第一GNSS天线、第二GNSS天线单差处理后得到，为第一北斗卫星到第一GNSS天线、第二GNSS天线之间的单差载波相位模糊度，为第一GNSS天线、第二GNSS天线之间的钟差，λ为载波波长，矢量b为基线矢量，矢量I为北斗卫星的单位矢量。

3、然后将n个卫星中的任意一个微信作为参考卫星，并将其余n-1个卫星的单差测量值分别与参考卫星比对，构建双差矩阵方程组。

双差矩阵方程组的推算过程为：

若将北斗卫星1作为参考卫星，将其他n-1颗卫星的单差测量值与该参考卫星的单差测量值做差，得到双差观测方程组：

式中，为第j颗北斗卫星与参考卫星间的双差载波相位，为第j颗北斗卫星的双差载波相位模糊度，λ为载波波长，矢量b为基线矢量，矢量I为北斗卫星的单位矢量。

4、接着通过粒子群算法解析双差矩阵方程组得到载波相位模糊度，求解得到基线的三维姿态角信息。

需要说明的是，粒子群算法中，粒子仅具有速度和位置两个属性，速度代表移动的快慢，位置代表移动的方向；每个粒子单独搜寻的最优解叫做个体极值，粒子群中最优的个体极值作为当前全局最优解；不断迭代，更新速度和位置，最终得到满足终止条件的最优解。

式中，v_i是粒子当前速度，x_i是粒子当前位置，rand()是介于(0,1)的随机数，C₁、C₂是学习因子，ω是惯性权重。

固定模糊度的关键是利用模糊度浮点解将其确定为正确的整数解，利用整数粒子群算法求解最小整数向量，将其作为模糊度的最优备选向量，该方法的目标函数定义如下：

式中，为浮点模糊度向量，为的方差-协方差矩阵，x为整数空间Zⁿ的整数向量。

5、最后，通过DTU模块将姿态信息发送至在线监测服务器。

本申请提供了一种输、配电线路的杆塔姿态在线监测装置，包括：第一GNSS天线、第二GNSS天线、定位模组、MCU处理器、DTU模块、电源。

(1)通过第三代北斗卫星导航技术、卡尔曼滤波算法、载波相位差分技术、模糊度求解算法对卫星定位信号进行去噪、分解、计算，最后得出杆塔的姿态变化，从而达到测量输电线路杆塔姿态的目的；(2)可7×24h不间断监测输配电杆塔的倾斜、沉降、偏移情况，监测范围广，定量分析杆塔倾斜、沉降值，按规程规范确定缺陷等级，并提出处理建议。从而解决了现有技术易受传感器本身精度的影响，且监测范围有限的技术问题。

在一个具体的实施方式中，MCU处理器，具体用于：

根据初始坐标相位和卫星的数量建立单差矩阵方程组；将n个卫星中的任意一个微信作为参考卫星，并将其余n-1个卫星的单差测量值分别与参考卫星比对，构建双差矩阵方程组；通过粒子群算法解析双差矩阵方程组得到载波相位模糊度，求解得到基线的三维姿态角信息；将三维姿态角信息转换为杆塔的姿态信息后传送至DTU模块。

在一个可选的实施方式中，本申请的在线监测装置还包括：加密模块；

加密模块，用于接收杆塔的姿态信息，并对姿态信息进行加密后传送至DTU模块。

需要说明的是，为了提高姿态信息的安全性，当MCU处理器计算得到杆塔的姿态信息，通过本实施方式的加密模块对姿态信息进行加密后传送至DTU模块。之后DTU模块将数据通过APN专用网络传递至在线监测服务器。

在一个具体的实施方式中，电源具体由：太阳能模块、电源控制模块、蓄电池构成。

需要说明的是，太阳能模块将太阳能转换为电能，储存到蓄电池中；电源控制器将蓄电池输出的电能控制在合适的幅值和频率范围内，向MCU模组、定位模组、GNSS天线等供电，确保装置正常工作。

以上为本申请提供的一种输、配电线路的杆塔姿态在线监测装置的实施例，以下为本申请提供的一种输、配电线路的杆塔姿态在线监测方法的实施例。

请参阅图2，本申请实施例提供的一种输、配电线路的杆塔姿态在线监测方法，包括：

步骤101、第一GNSS天线和第二GNSS天线分别接收n个卫星的卫星信号并传送至定位模组，其中n不小于3且为整数。

步骤102、定位模组对卫星信号进行滤波后，基于初始载波相位公式根据卫星信号计算得到杆塔的初始坐标相位；

步骤103、MCU处理器根据初始坐标相位和卫星的数量构建双差矩阵方程组，并通过粒子群算法求解得到杆塔的姿态信息后传送至DTU模块；

步骤104、DTU模块将姿态信息发送至在线监测服务器。

本申请的输、配电线路的杆塔姿态在线监测方法，通过GNSS天线接收的北斗导航系统等卫星数据，滤除无效信息；定位当前初始坐标相位；根据接收到的卫星数量N，建立单差矩阵方程组；将某一卫星作为参考卫星，其它N-1颗卫星的单差测量值与参考卫星比对，得到双差矩阵方程组；利用粒子群算法解析出载波相位模糊度，求解得出基线的三维姿态角信息。本申请的监测方法可以不间断地对输、配电杆塔进行监测，监测范围广；并且不会受传感器本身精度的影响，监测精度高从而解决了现有技术易受传感器本身精度的影响，且监测范围有限的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。