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低温建筑技术
2015年第7期（总第205期）
DOI;10. 13905/j. enki. dwjz. 2015. 07. 022
输电线舞动轨迹还原理论与试验研究
张超，吴旺林”，杜永峰"2，侯斌
(1.兰州理工大学防震减灾研究所，兰州730050；2.兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心
兰州730050；3.香港理工大学深圳研究院，广东深圳518057）
【摘要】传统的基于加速度传感器的导线舞动监测方法没有考虑导线舞动时，截面扭转对计算结果的影响，导致计算结果失真，无法客观反映导线舞动真实情况。为此提出了基于惯性测量单元的导线舞动轨迹监测理论。分析了导线舞动时的运动特性，推导了基于惯性测量单元还原导线舞动轨迹的计算步骤。试验室仿真结果验证了基于惯性测量单元还原导线舞动轨迹的可行性。与传统的基于加速度传感器的导线舞动轨迹算法相比，基于惯性测量单元的导线舞动轨迹还原算法具有明显优势，能够客观反映导线运动的真实情况。
【关键词】输电导线；舞动；加速度传感器；惯性测量单元；三维轨迹还原
【中图分类号】TU317
【文献标识码】B
供电系统作为重要的生命线工程内容，其安全运
行对社会生活、生产有着重大意义。导线舞动作为威胁供电系统正常运行的因素，近年来逐渐受到大家的关注。导线舞动是偏心导线在风激励下产生的一种低频、大振幅振动)。目前，利用结构健康监测方法是研究这一间题的有效手段。
基于加速度传感器监测导线舞动是常见的结构监测方法(2)。其对加速度响应进行二次积分得到最终测点位移。但在实际情况中，导线截面在舞动时会发生扭转，导致加速度传感器无法准确判断重力加速度的方向和大小，影响积分结果。因此，在计算轨迹时还需要考虑导线截面扭转分量。
针对上述问题，本文提出基于惯性测量单元（In-
ertiaMeasurementUnit，简称IMU）的导线舞动轨迹监测方法。馈性测量单元由三轴陀螺仪和三轴加速度计组成，将其布置在导线上，通过基于陀螺仪与加速度计输出值的融合算法，得到导线扭转分量，从而滤除重力加速度干扰，再利用数字信号处理的办法来滤除二次
【文章编号】10016864(2015)07005803
积分的漂移误差，最终得到导线在空间上的舞动轨迹。
本文首先介绍基于惯性测量单元还原单个测点舞动轨迹的计算步骤，然后利用试验室模拟试验分析计算结果，最后得出结论。
测点舞动轨迹还原计算方法
三轴陀螺测量载体坐标系下x、y、z轴的角速度，分别用"，，，表示，其向量形式用@="w，‘a，"@,1表示。加速度计测量载体坐标系 o
下的x、Y、轴的比力（线加速度值和重力加速度值之和)，分别用"a,，a,，a，表示，其向量形式用"a=【0‘a，“a，a,1表示。下文具体介绍计算步骤。
（1）初始对准。初始对准的精度决定了舞动轨
迹的计算精度。初始对准包括两个部分，使所描述的坐标系与地理坐标系是重合；有正确的初始条件（给定初始速度、初始位置）。为了保证以上两点，在测点处安装无线惯性测量单元的时候保证其x-面水平，2 轴与地面垂直。在计算的时候以导线开始舞动时的静
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【作者简介］龙姣香（1980-），女，湖北嘉鱼人，工程师，从事
结构工程设计及研究工作。