随着我国电网规模不断扩大，输电线路杆塔数量庞大且分布广泛，其基础环境复杂多变，包括软土地区、山区、河流冲刷区、冻土带、采空区等。杆塔基础沉降是最常见、也最隐蔽的结构风险之一。当沉降过快或超过设计范围时，可能造成塔身倾斜、基础开裂、导线受力不均，甚至引发断线、倒塔等重大供电安全事故。

传统沉降监测方式以人工巡检、周期性测量为主，存在周期长、成本高、响应慢、精度不足等问题，难以满足电网数字化、精细化运维的需求。

基于北斗高精度定位及融合传感技术的杆塔沉降在线监测系统，可实现对塔基高度变化、沉降速率及趋势的实时监控，是提升输电线路安全水平的重要技术手段。

一、建设目标

本方案旨在构建“精准、高效、可靠、智能”的杆塔沉降在线监测体系，实现以下目标：

1. 实时连续监测：通过北斗高精度定位实现杆塔基准点高程实时变化监控。

2. 毫米级测量精度：采用多频北斗+RTK/PPP 技术，沉降监测精度可达毫米级。

3. 沉降趋势预测：通过时间序列分析与地质参数关联，实现沉降发展趋势预警。

4. 自动化预警机制：对沉降量、沉降速率进行实时判断，自动推送告警。

5. 可视化呈现：平台展示沉降曲线、区域热力图、风险等级等信息。

6. 无人值守运行：太阳能供电，远程管理，适合集中巡检困难区域。

二、系统总体架构

系统由“前端监测设备 + 通信链路 + 云平台 + 手机端”四部分构成。

1. 前端监测设备

（1）北斗高精度沉降监测终端

• 多频北斗增强定位模块

• 静态高程精度可达 ±2～5 mm

• 支持实时差分修正（RTK/PPK/PPP）

（2）沉降测量基准点设计

• 设置于杆塔基础顶部或坚固构件

• 多点监测支持均匀分布，提高沉降判断可靠性

• 抗震、防松动结构设计

（3）环境传感器（可选）

• 土壤湿度

• 地表位移

• 雨量/水位

• 振动加速度
  用于辅助判断沉降原因与风险等级。

（4）采集控制主机

• 数据采集、缓存、融合计算

• 支持远程升级与设备诊断

（5）供电系统

• 太阳能板 + 大容量锂电池

• 低功耗模式待机时间 ≥ 15–30 天

• 避雷与过压保护设计

（6）通信方式

• 4G/5G/NB-IoT

• 无网络区域可配卫星回传（可选）

2. 云平台系统

（1）数据接入层
支持数万路设备同时接入，自动识别设备 ID、状态等信息。

（2）数据处理层

• 地表沉降计算

• 高程差变化分析

• 趋势预测算法

• 地质/气候因素关联分析

（3）预警与风险评估

• 沉降量阈值预警

• 沉降速率预警

• 异常变化突升诊断（如基坑扰动、软土破坏）

（4）可视化与报表

• 实时地图展示杆塔状态

• 单塔/多塔沉降曲线

• 趋势预测图

• 区域沉降热力图

• 自动生成日报、周报、月报

（5）多端访问

• Web浏览器

• 运维APP

• 微信/短信告警通知

三、关键监测原理

1. 北斗高精度沉降监测原理

通过北斗多频天线持续监测杆塔基准点的三维坐标变化，重点分析高程方向（Z 轴）的位移。

• 使用 RTK/PPP 差分定位

• 结合静态长时间观测解算

• 高程变化精度达到毫米级

2. 多传感器融合算法

结合环境因素及数据可靠性采用：

• 卡尔曼滤波

• 多点数据融合

• 异常数据剔除算法

• 时间序列沉降预测（ARIMA/Prophet模型）

3. 沉降判稳与风险分级

示例阈值（可按实际地质重新设定）：

四、系统建设方案

1. 现场实施与设备布设

（1）基准点确认

• 选择稳定、变形可能性小的位置作为参照点

• 可采用地锚、混凝土基座加固

（2）北斗天线安装

• 安装于塔基或附近固定点

• 需确保无遮挡、无遮挡观星角度

（3）主机与电源布设

• 安装在塔脚侧面或地基附近

• 防水、防雷、防动物破坏设计

（4）布点方式

• 单点沉降监测：适用于普通杆塔

• 多点差动监测：适用于重要杆塔、大跨越塔、软土地区

2. 通信与数据接入

• 设备间隔 10–60 秒上传数据

• 无线通信自动重连

• 弱网络场景启用缓存机制

3. 平台部署

（1）部署方式

• 云端部署（推荐）

• 国网/南网生产控制区隔离部署

• 本地化私有服务器部署

（2）数据对接

• 支持对接调度中心（SG186）

• 支持 API 对接第三方运维平台

五、系统特点与优势

1. 毫米级高精度沉降监测

北斗多频 RTK 提供高稳定性和抗干扰能力，精度超过传统水准测量周期方式。

2. 全天候、无人值守

太阳能供电、自动唤醒技术，支持严寒、高温、潮湿等环境。

3. 实时预警、快速响应

异常沉降第一时间推送，显著提升运维效率。

4. 多因素辅助分析

结合降雨量、地表水位、土壤湿度等信息，可准确判断沉降原因。

5. 成本可控、安装便捷

无需破坏原有结构，可用于老旧杆塔加装与新线路建设。

六、应用场景

1. 软土地区杆塔（如沿江、湖区、填土地带）

2. 滑坡、泥石流等地质灾害区域

3. 河岸冲刷区域

4. 采空区、高风险地基沉陷区

5. 大型跨越塔、重冰区杆塔

6. 基坑施工区、道路扩建施工区

七、实施与运维建议

1. 实施阶段

• 完成现场踏勘

• 明确监测杆塔数量与布点形式

• 设备安装前组织施工培训

• 完成初始标定与试运行

2. 运行阶段

• 监控沉降曲线、速率

• 每季度检查现场设备牢固情况

• 定期校准与软件升级

• 平台自动生成运行报告

3. 风险治理建议

当沉降超过橙色预警：

• 立即现场巡查

• 检查基础开裂情况

• 对塔基进行加固或地基加密注浆

当达到红色预警：

• 停止附近施工或扰动

• 启动应急预案

• 必要时进行加固或更换基础结构

输电线路杆塔基础沉降监测是保障电网安全运行的重要组成部分。基于北斗高精度定位的在线监测系统，能够实现高精度、高可靠、低成本的持续监测，为电网的智能化运维提供坚实的数据支撑。该方案可广泛应用于各类复杂地质环境，有助于显著降低杆塔基础沉降引发的安全风险。