作者：李柏松 孔韬 吴俊
输电铁塔形变会威胁输电线路正常运行，但常规监测手段难以发现细微且缓慢的变化。国网湖北省电力有限公司超高压公司联合多家单位研发出一套输电铁塔形变广域高精度遥感监测系统，可以高精度、长时序监测铁塔形变情况。
“慧眼”看细微形变 守护铁塔银线
安装在铁塔上的角反射器。国网湖北超高压公司供图
500千伏峡葛Ⅳ回输电线路应用了输电铁塔形变广域高精度遥感监测系统。孔韬 摄
近日，在国网湖北省电力有限公司超高压公司，研究人员完成了输电铁塔形变广域高精度遥感监测系统的软件升级，进一步提升了该系统的实时监测能力和数据处理速度。
输电铁塔形变广域高精度遥感监测系统由国网湖北超高压公司主导研发，为及时、准确发现铁塔形变提供技术支持，助力保障输电线路安全稳定运行。
合成孔径雷达技术可高精度、
长时序监测铁塔形变
长距离输电线路常常穿越环境复杂区域，如山区、河流、沙漠等。这些区域内的铁塔受地质变化、极端天气等因素影响易发生形变。部分形变呈现出细微且缓慢的特征，需要进行高精度、长时序的监测，而传统的铁塔形变监测手段如地面测量、常规卫星遥感监测等难以满足需求。
2018年，国网湖北超高压公司联合多家单位启动“输电铁塔形变广域高精度遥感监测关键技术及应用”项目研究。“我们一直在寻找更有效的监测手段。卫星搭载的合成孔径雷达（SAR）能提供连续、高分辨率的图像，可实现对铁塔形变的高精度、长时序监测，即便是在恶劣天气条件下也能保持稳定的性能，尤其适用于长距离输电线路的监测工作。因此，我们决定探索应用这项技术。”该公司项目负责人王身丽介绍。
但要把SAR技术应用到铁塔监测领域，研究人员面临三大难题：一是SAR数据与卫星光学影像数据融合处理难，这直接关系监测的精度；二是SAR数据中大部分的铁塔形变相位信息难以提取，而这些信息反映了铁塔形变的具体位置和程度；三是微地形复杂环境下大气扰动对SAR数据解算造成较大干扰，影响监测数据的可靠性。
研究人员从构建融合光学影像和SAR图像的空间位置映射模型入手，探索解决方案。项目研究初期，王身丽带领团队调研了全国多个地区的输电线路，考察不同环境下的铁塔状况，收集了大量的一手资料，掌握不同地理条件下铁塔形变的具体情况及影响因素。在调研基础上，研究人员将恒虚警检测技术和注意力机制相结合，于2019年构建了空间位置映射模型，提高了两种数据融合处理的效率和准确性。该模型突破了传统监测手段在复杂环境下的局限性，实现了在各种天气条件下都能准确掌握铁塔基础周边地质情况，为铁塔形变监测提供了重要支撑。
三大应用难题一一攻克
针对SAR数据中铁塔形变相位信息难以有效提取的问题，研究人员研发了一种用于增强SAR信号的人工角反射器，通过增强信号强度来提升相位信息的提取质量，并建立了消除风致振动和铁塔热膨胀干扰的多物理场误差模型，减少这些干扰因素对相位信息提取的影响，从而提高相位信息的准确性和可靠性。
在研发人工角反射器的过程中，研究人员重点要解决材料选择和设计优化的问题。2020年10月的一天，研究人员吴军在实验室里加班至深夜，突然发现一种新材料组合能够显著增强SAR信号的强度。这让整个团队兴奋不已。经过实验验证，他们最终确定采用该材料组合。
随后，研究人员开始建立多物理场误差模型，以消除风致振动和铁塔热膨胀对监测结果的干扰。这是一项具有挑战性的任务，因为需要考虑风速、温度等各种复杂因素的影响。研究人员通过反复试验和模拟，建立了一套有效的误差模型。这套模型能够从SAR数据中准确地提取出铁塔的形变相位信息，提供可靠的监测数据。
为克服微地形复杂环境下大气扰动对SAR数据解算的影响，研究人员建立了混合相位误差模型。2021年，他们开展了一系列的野外测试，深入研究大气的各种成分，并模拟各种天气条件下SAR图像的响应情况。2022年，研究人员推出了垂直分层大气和紊流大气混合相位误差模型，并提出了一套平差函数大气校正方法，实现了SAR影像中铁塔形变的毫米级监测。
多物理场误差模型、混合相位误差模型和平差函数大气校正方法共同构成了输电铁塔形变广域高精度遥感监测系统的核心技术。2023年年初，该系统正式应用。
成果应用后减少了铁塔形变导致的线路故障
针对输电铁塔形变广域高精度遥感监测系统的监测结果，运维人员会根据运行维护要求采取相应的措施，如更换塔材、加固铁塔等，并采用更有针对性的装置实时监控铁塔状态。该系统的应用减少了因铁塔形变导致的输电线路故障，提升了线路安全运行水平，且降低了线路运维成本。相关成果已在湖北、四川、浙江、云南等地推广应用。
自2020年起，相关成果在三峡水电外送通道中应用，实现了对输电铁塔形变和周边微地形滑坡的监测，及时发现了500千伏盘宜Ⅰ、Ⅱ回及峡林Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ回输电线路边坡滑坡隐患。国网地质灾害监测预警中心利用光学影像数据和SAR数据，开展重庆、湖北、青海等省份的高风险区段地质灾害普查，累计识别地质灾害隐患点100余处。相关成果不仅应用于监测领域，还应用于应急处置领域。
研究人员依托“输电铁塔形变广域高精度遥感监测关键技术及应用”项目共获得17项国家发明专利授权，发表论文15篇。该成果获2023年年度国家电网有限公司科学技术进步奖二等奖。
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