一、项目背景与行业痛点
架空输电线路铁塔长期分布于山区、丘陵、平原、河谷、沿海、冻土、采空区及城市周边等复杂环境，是输电线路重要的结构支撑体系。铁塔不仅承受自身结构重量，还持续承受导线和地线张力、风荷载、覆冰荷载、温度变化以及线路运行过程中形成的各种不平衡荷载。输电铁塔一旦出现基础不均匀沉降、塔身长期倾斜、构件变形或者周边地质环境变化，可能进一步改变塔身受力和导地线几何关系。因此，输电铁塔倾斜监测的工程目标不是简单判断“铁塔现在有没有歪”，而是连续识别杆塔是否正在发生新的姿态变化、变化朝什么方向发展、变化速度是否增加以及产生变化的原因更可能来自基础、地质环境、塔身结构还是风冰等临时荷载。
传统线路巡视主要依靠人工检查塔材、基础、螺栓、地面裂缝及塔体外观。对于变化缓慢的基础沉降和塔身倾斜，两次巡视之间缺少连续数据；对于台风、暴雨、覆冰、滑坡等特殊事件，也难以完整记录事件发生前、发生过程中和事件结束后的塔体状态。通过在代表性输电铁塔上部署无线倾角监测终端，并结合GNSS、基础沉降、风速风向、覆冰、雨量、地质位移及视频监控，可以建立输电线路杆塔长期结构状态监测体系，实现由周期性人工巡视向“连续感知＋事件分析＋人工复核”的数字化运维方式扩展。
二、输电铁塔主要倾斜与变形机理
1. 塔基差异沉降
角钢塔和钢管塔通常由多个塔腿通过基础与地基连接。当不同塔腿基础发生不均匀沉降、隆起或水平位移时，会改变塔身底部几何关系，并可能逐渐形成整体倾斜。
软土地基、回填土、湿陷性黄土、冻胀土以及长期地下水环境变化区域，是基础长期变形需要重点关注的场景。
2. 山体滑移和边坡变形
山区输电塔可能建于山坡、冲沟、陡坡顶部或者历史滑坡区域。强降雨、坡脚冲刷、道路开挖和地质条件变化可能导致塔基所在坡体发生整体或局部移动。
这种情况下，铁塔倾斜只是地质变形在上部结构上的表现之一，应同时监测坡体位移、裂缝和降雨等参数。
3. 采空区和地面沉陷
煤矿、金属矿山及地下采掘区域可能发生长期地表沉降和不均匀变形。
如果多个塔腿所处位置产生不同程度的地面沉降，铁塔可能逐步出现倾斜、塔腿受力重新分配以及局部构件附加变形。
4. 河岸冲刷和基础暴露
跨河、沿河及洪泛区输电线路在洪水期间可能受到冲刷。塔基附近土体流失可能改变基础边界条件。
因此河流附近杆塔宜将倾角监测与洪水、水位、冲刷和基础巡查结合。
5. 强风和台风作用
输电铁塔属于高耸柔性结构。强风作用于塔身、导线和地线后，会产生可恢复的弹性变形和动态摆动。
风中出现角度变化并不等于铁塔已经形成永久倾斜，真正需要关注的是强风结束后是否出现新的残余姿态变化。
6. 导线不平衡张力
断线、施工调整、导线温度差异、相邻档工况变化等情况可能改变杆塔所承受的纵向或横向荷载。
耐张塔、转角塔等杆塔的受力状态尤其需要结合线路方向和导线张力进行解释。
7. 覆冰不均匀荷载
高寒和重覆冰地区，导地线及塔身覆冰可能明显增加结构荷载。
如果不同相别、不同档距或者不同方向覆冰不均匀，还可能形成不平衡作用。融冰、脱冰之后杆塔姿态是否恢复原有基准，是判断临时荷载响应与残余变形的重要依据。
8. 冻胀和冻融
寒冷及冻土地区基础可能受到季节冻胀和融沉影响，使塔腿高程和基础状态产生周期或长期变化。
9. 塔材损伤和连接异常
塔材锈蚀、构件弯曲、螺栓松动、节点损伤、外力撞击等问题可能降低局部结构刚度，使同等风荷载条件下的塔身响应发生变化。
三、建设目标与监测目标
1. 建设目标
- 建立输电铁塔长期三轴姿态数字基线。
- 连续掌握重点杆塔倾斜方向和变化趋势。
- 辅助识别塔基不均匀沉降造成的长期倾斜。
- 监测山区滑坡、采空区沉陷等地质环境对铁塔的影响。
- 区分强风条件下可恢复变形与永久基准变化。
- 监测覆冰及脱冰前后杆塔姿态变化。
- 比较同一杆塔不同高度位置的结构姿态差异。
- 比较同一线路相邻杆塔之间的空间变化。
- 结合风速、降雨、温度及线路工况分析异常原因。
- 建立告警、巡检、复测、维修和恢复验证闭环。
- 形成输电杆塔全生命周期数字化状态档案。
2. 主要监测目标
塔身长期倾斜：监测杆塔相对于自身初始基准的纵向和横向姿态变化。
塔基变形：监测各塔腿基础沉降、高程差和必要的水平位移。
多高度姿态：对重点杆塔可在塔身不同高度设置姿态或位移测点。
塔顶位移：对高风险或高精度项目采用GNSS、全站仪等技术获取塔顶三维位移。
环境工况：同步监测风速、风向、降雨、温度和必要的覆冰信息。
地质状态：山区、采空区和地质灾害区域结合GNSS、裂缝、深部位移等监测。
四、不同类型杆塔的监测重点
1. 直线塔
正常情况下主要承受垂直荷载及横向风荷载。长期倾斜监测重点关注塔基差异沉降、强风响应和地质环境变化。
2. 耐张塔
除基础状态外，需要关注线路纵向导线张力及不平衡荷载产生的影响。
3. 转角塔
导线转角使杆塔长期承受明显方向性荷载，因此倾角数据需要结合线路转角和设计受力方向解释。
4. 终端塔
线路终端杆塔承受较明显纵向荷载，长期监测应特别注意沿线路方向姿态变化。
5. 大跨越铁塔
高度大、档距长、风荷载明显的大跨越杆塔，应采用更加完整的位移、振动、风环境和结构监测体系。
6. 特高压输电塔
特高压线路杆塔尺寸和荷载水平较高，应根据线路设计等级配置满足相应精度、可靠性和电磁环境要求的专业监测系统。
五、总体解决方案
输电铁塔倾斜监测采用“塔身姿态监测＋塔基沉降监测＋空间位移监测＋气象监测＋地质环境监测＋线路工况关联”的总体技术路线。
在需要长期监测的铁塔主体刚性节点设置S-CGTS无线倾角监测终端，建立与线路方向相对应的三轴坐标和初始基准。
对于重点高风险杆塔，可增加第二个或多个高度的姿态测点，从而比较下部塔身与上部塔身之间的差异。
对于存在塔基沉降风险的杆塔，可在四个塔腿基础设置高程监测；对于需要直接获得塔顶空间位移的项目，增加GNSS或者全站仪监测。
山区滑坡、采空区及地质灾害区域，根据风险增加坡体GNSS、裂缝、深部位移、雨量和视频监测。
平台同步接入风速风向、温度以及有条件获取的覆冰和线路运行信息，将每一次倾角变化放在实际环境工况中进行解释。
总体数据链路为：
地基与环境变化 → 塔基状态改变 → 铁塔结构响应 → 三轴姿态及空间位移监测 → 风雨冰工况同步 → 无线通信 → 平台趋势分析 → 多点关联 → 异常识别 → 人工巡视 → 专业复测 → 维修或基础治理 → 持续跟踪。
六、系统架构设计
1. 铁塔姿态感知层
利用无线倾角终端获取重点杆塔三轴角度、三轴加速度、设备温度、电量和通信状态。
2. 塔基变形监测层
采用精密水准、静力水准、GNSS或其他适用方法获得塔腿基础高程和位移变化。
3. 空间位移监测层
重点杆塔可利用GNSS或全站仪获得塔顶及其他控制位置三维位移。
4. 气象环境层
获取风速、风向、温度、降雨及项目需要的覆冰信息。
5. 地质环境层
山区、滑坡和采空区根据风险配置地表位移、裂缝、深部测斜和地下水等设备。
6. 通信层
S-CGTS通过4G蜂窝网络传输数据。通信条件较差区域应在正式安装前进行现场网络测试，并制定缓存、补传和通信优化方案。
7. 平台分析层
按照线路、杆塔编号、区段和风险类型组织数据，完成趋势、多点、气象和特殊事件分析。
8. 输电运检应用层
监测结果用于线路巡视、灾害排查、基础治理、杆塔检修和重点区段风险管理。
七、监测点布设设计
1. 塔身下部监测点
优先选择与主体结构可靠连接、刚度较高且能代表塔身整体状态的主材节点或专用监测支架。
下部点更适合观察塔基变化向塔身传递形成的长期姿态趋势。
2. 塔身中部监测点
对高风险杆塔可增加中部测点，用于识别整体倾斜与塔身弯曲之间的差异。
3. 上部塔身监测点
重点杆塔可以在上部主体结构增加测点，但上部结构更容易受到风荷载产生的弹性变形影响，因此数据必须结合风速分析。
4. 四个塔腿基础
存在软土、滑坡、采空区、冻胀或者历史基础问题时，宜对不同塔腿基础进行高程和必要的水平位移监测。
5. 地质风险区域
不应只监测铁塔本体，还应在塔基周围地面裂缝、坡体及稳定区域设置地质监测点。
6. 相邻杆塔
对于区域性地质灾害、强风或覆冰研究，可选择相邻多基杆塔形成线路级监测组，而不是孤立监测一基铁塔。
八、输电铁塔监测坐标体系
输电塔倾角数据必须与线路空间方向建立统一关系。
建议工程平台统一定义：
X方向：沿输电线路方向。
Y方向：垂直输电线路方向。
Z方向：按照设备安装坐标体系定义并在点位档案中保存。
对于转角塔，可进一步保存前后线路方向和转角角度。
平台应避免直接使用传感器自身“X轴、Y轴”作为最终工程意义，而应将其转换为“沿线路方向”“横线路方向”等具有实际含义的数据。
九、倾角监测技术原理
1. 三轴姿态测量
S-CGTS内部MEMS三轴测量单元通过感知重力方向与设备坐标系之间的关系获得安装位置姿态。
当设备与铁塔主体形成可靠刚性连接后，塔身发生姿态变化时，终端同步记录角度变化。
2. 初始基准
设备完成安装后，应选择低风、无覆冰、结构状态稳定的时间段获取多组数据。
建立：
θx0、θy0、θz0。
后续相对变化量为：
Δθx(t) = θx(t) - θx0
Δθy(t) = θy(t) - θy0
Δθz(t) = θz(t) - θz0
杆塔主材本身可能按照设计具有一定倾斜，因此监测重点是相对于初始基准发生了多少变化，而不是强行把传感器调整到绝对零度。
3. 合成倾角变化
可形成辅助指标：
Δθr = √(Δθx² + Δθy²)
合成值可以表示总体变化程度，但必须同时保留X、Y方向数据，以确定实际变化方向。
4. 倾斜方位
可根据两个水平方向倾角分量计算变化方位：
α = atan2(Δθy，Δθx)
通过长期方向数据，可以判断铁塔是否持续向固定方位发展。
5. 倾角变化速率
Vθ = [Δθ(t2) - Δθ(t1)] / (t2 - t1)
同样大小的角度变化，如果分别在三年和三小时内形成，其风险含义明显不同。
十、倾角与塔顶位移的关系
如果把整座铁塔理想化为绕固定塔基进行刚体转动，并设铁塔高度为H，则几何上可以近似表示：
u ≈ H × tan(Δθ)
小角度条件下：
u ≈ H × Δθ(rad)
但真实输电铁塔属于空间桁架结构，在风荷载、导线张力和覆冰作用下会发生弹性弯曲，不属于严格刚体。
因此不能简单根据某一个位置的倾角传感器数据计算真实塔顶水平位移。
例如0.1°约为1.745 mrad。如果简单以60 m高刚体计算，对应水平尺度约为105 mm。这个数量关系说明，S-CGTS更加适合明显倾斜和长期趋势监测，而不是代替毫米级塔顶位移测量。
需要高精度塔顶水平位移时，应采用GNSS、全站仪或其他满足项目精度的空间测量系统。
十一、塔基差异沉降监测
1. 四腿基础高程
角钢塔或钢管塔通常具有多个独立基础。可分别记录各塔腿初始高程和当前高程。
第i个塔腿沉降量：
Si(t) = Hi0 - Hi(t)
2. 最大基础高差
可计算：
ΔSmax = max(S1，S2，S3，S4) - min(S1，S2，S3，S4)
该指标能够反映四个塔腿之间差异沉降程度。
3. 基础拟合平面
如果四个基础具有可靠的平面坐标和高程数据，可以通过：
z = ax + by + c
拟合基础整体平面。
平面坡度和方向可以作为基础整体转动的辅助指标。
4. 基础与塔身联合分析
如果某两个相邻塔腿持续发生沉降，同时塔身向同一方向产生长期倾角变化，二者具有较强工程关联。
如果塔基高程稳定而塔身上部姿态发生异常，应进一步检查结构构件、风荷载、线路张力和设备安装状态。
十二、多高度监测与整体倾斜判断
1. 下部和上部同步变化
如果塔身下部和上部监测点长期向近似相同方向变化，同时塔基存在对应差异沉降，更接近整体倾斜特征。
2. 上部变化明显、下部稳定
如果低位监测点长期稳定，而上部监测点主要在大风时变化，应优先考虑塔身弹性变形和风致响应。
3. 中部局部异常
若某一高度附近的姿态与上下测点长期不一致，应检查该区域塔材、连接节点和监测支架。
4. 多高度倾角差
可以计算：
ΔθHL = Δθhigh - Δθlow
其长期变化可以作为上下结构姿态差异的辅助指标，但不能直接等同于结构应变或构件内力。
十三、风致响应监测
1. 风速与倾角关联
同步记录风速V和风向α，建立：
Δθ = f(V，α)
经过多个强风天气过程后，可逐步形成该基铁塔自身的正常风响应范围。
2. 不同风向分别分析
沿线路方向和垂直线路方向的风对铁塔以及导线产生的作用不同，不宜只按照风速大小分析。
3. 风中变化和风后残余变化
强风期间倾角增大但风停后恢复历史基准，与风停后仍然保留新的角度偏移具有不同工程意义。
因此应分别计算风中最大变化和风后稳定残余变化。
4. 风响应退化识别
如果过去相同风速和风向条件下塔体响应较小，而经过多年运行后响应明显增大，应检查塔材、节点、螺栓、基础及监测设备自身安装状态。
5. 台风事件
沿海地区可建立“台风前稳定基准—台风过程—台风后复核”的完整事件档案。
十四、覆冰工况监测
1. 覆冰增加结构荷载
导地线和塔体覆冰会增加垂直荷载，并可能改变导线张力。
2. 不均匀覆冰
不同档、不同相别或者不同方向覆冰差异可能形成不平衡荷载。
3. 脱冰事件
冰雪脱落可能产生瞬时荷载变化和结构运动。
4. 冰前冰后基准
在条件允许时，可以比较覆冰形成前和完全融冰后的稳定倾角。
如果融冰后恢复原有基准，主要表现为临时荷载响应；如果出现长期残余变化，则应进一步检查塔体和基础。
5. 专业覆冰监测
对于重覆冰地区，应配置专用导地线覆冰监测系统。铁塔倾角只能作为结构响应参数，不能直接替代覆冰厚度或重量监测。
十五、山区滑坡与地质灾害联合监测
1. 塔体倾角
反映地质变形最终传递到铁塔上的结构姿态变化。
2. 地表GNSS
在塔基周围坡体设置地表位移监测，可以判断地面是否整体移动。
3. 裂缝监测
坡顶、塔基周围或者已有地裂缝可进行裂缝宽度监测。
4. 深部测斜
存在潜在滑动面时，应通过深部测斜判断地下不同深度位移。
5. 雨量监测
山区滑坡通常与持续降雨和强降雨有关，应将雨量与塔身及坡体变形统一分析。
6. 判断逻辑
如果塔身倾角、塔基GNSS和坡体深部位移同时出现方向一致的持续变化，其工程关注度明显高于单独一个倾角点发生变化。
十六、采空区及地面沉陷监测
采空区输电线路应重点关注区域性地面沉降和差异变形。
可在重点杆塔配置塔体倾角、四腿基础沉降及GNSS监测，并选择周边稳定区域设置参考点。
如果相邻多基铁塔基础同时表现出类似沉降，则可能属于区域性地表变形。
如果只有单基铁塔某一塔腿发生明显高程变化，则应优先分析局部基础和地基问题。
十七、线路张力与铁塔姿态关联
1. 沿线路方向倾斜
耐张塔、转角塔和终端塔的沿线路方向姿态变化，应结合前后档导线工况进行分析。
2. 导线断线或异常工况
发生断线、施工放线、导线更换等事件时，应在平台中记录时间和工况。
3. 导线温度变化
导线温度变化会改变弧垂和张力，可能产生正常周期性结构响应。
4. 施工调整
更换绝缘子、导线调整、线路改造等工作完成后，应重新确认杆塔监测基准是否需要调整。
十八、冲击、振动与动态监测边界
S-CGTS同时记录三轴加速度，可以辅助识别明显机械碰撞、脱冰、塔体运动或其他突发扰动。
但设备内部100 Hz检测能力并不等于能够通过4G持续输出100 Hz完整结构振动时程。
如果项目目标是研究铁塔自振频率、阻尼、振型、导线舞动、风振疲劳或者高频动力响应，应配置专业高频加速度和振动数据采集系统。
S-CGTS更适合回答“是否发生明显运动事件，以及事件后结构静态姿态是否发生改变”。
十九、硬件组成与配置方案
1. S-CGTS无线倾角监测终端
用于输电铁塔主体刚性节点、塔身主材附近专用监测支架或其他经工程确认的代表性结构位置。
2. GNSS三维位移设备
用于重点铁塔塔顶、塔基及地质环境空间位移监测。
3. 基础沉降监测
采用精密水准、静力水准或项目认可的其他方法监测塔腿基础高程变化。
4. 风速风向监测
重点强风、台风及大跨越线路宜结合现场气象数据。
5. 覆冰监测设备
重覆冰区域配置专用覆冰监测装置。
6. 雨量监测
山区滑坡和地质灾害杆塔可配置自动雨量设备。
7. 裂缝及地表位移设备
用于塔基周边地裂缝、边坡和采空区地表变形监测。
8. 视频监控
重点杆塔可配合视频观察基础、塔体、覆冰、施工及周边环境状态。
二十、S-CGTS核心设备参数
测量轴：X、Y、Z三轴。
倾角量程：±10°、±30°、±60°、±90°可选。
倾角准确度：0.1°。
倾角分辨率：0.01°。
长期稳定性：小于0.1°，参考条件25℃。
内部检测频率：100 Hz。
零点温度系数：±0.01°/℃。
加速度量程：±1 g。
通信方式：4G蜂窝网络。
传输协议：TCP。
数据格式：JSON或项目约定格式。
默认上报周期：2小时一次，可配置。
唤醒方式：定时唤醒、运动唤醒。
待机电流：约24 μA。
上传电流：约80 mA。
内置电池：19 Ah锂亚硫酰氯电池，并配合顶部小型太阳能板补能。
防护等级：IP67。
工作温度：-30℃至+60℃。
储存温度：-30℃至+60℃。
外形尺寸：约115 × 64 × 52 mm，不含天线及项目安装附件。
重量：约250 g，不含项目安装支架。
输电杆塔正常倾斜属于缓慢变化时，默认较长上报周期具有一定适用性；台风、暴雨、滑坡、覆冰或已经出现异常趋势的重点杆塔，应根据项目风险缩短数据周期。
数据周期缩短会增加通信次数和平均功耗，因此应同步评估电池、太阳能补能、低温和弱信号条件下的实际续航。
二十一、输电铁塔安装专项要求
1. 优先采用经过确认的夹持式或专用支架
输电铁塔属于经过结构设计的主体构件，不能为了安装传感器随意在主材上钻孔、切割或焊接。
安装方式应经线路运行维护或技术责任单位确认，优先采用不会损伤主体和镀锌防腐层的专用夹具或支架。
2. 选择主体刚性结构
监测终端不能安装在容易局部振动的细小斜材、脚钉、护栏、铭牌、薄板或者临时构件上。
3. 支架刚度必须足够
支架自身风中晃动会被传感器记录为倾角变化，因此安装支架应尽可能短且刚性可靠。
4. 记录线路方向
安装完成后应拍摄方向照片，明确X轴、Y轴与线路走向的对应关系。
5. 防止异种金属腐蚀
新增紧固件、夹具和铁塔镀锌钢材接触时，应结合材料和运行环境考虑长期防腐及电化学腐蚀问题。
6. 不影响登塔和检修
设备不能影响脚钉、爬梯、防坠装置、检修通道和正常带电线路作业空间。
7. 满足电气安全距离
设备位置、天线和安装操作均必须满足对应电压等级线路安全要求，并按照电网运行单位的线路作业管理制度实施。
二十二、防雷、电磁环境与通信设计
1. 输电铁塔属于雷电高暴露结构
在线监测设备安装设计应充分考虑铁塔接地体系、雷电流路径和设备保护，避免新增线缆形成不合理引雷或跨接路径。
2. 独立无线设计减少长线缆
S-CGTS采用本地电池、太阳能补能和4G通信，可以减少从塔体向地面长距离敷设供电和通信电缆。
3. 电磁环境
高压输电线路附近存在较强电场、电磁环境及雷击浪涌风险。实际工程应结合电压等级和安装位置验证设备适用性。
4. 4G网络覆盖
偏远山区、峡谷和无人区移动网络可能不稳定，应在安装前使用目标运营商网络进行现场测试。
5. 数据缓存与补传
通信短时中断不应造成监测时间序列永久缺失，项目应明确本地缓存、恢复补传和离线告警机制。
6. 太阳能补能
铁塔户外通常具有较好的日照条件，但积雪、覆冰、灰尘、塔材遮挡和太阳方向仍会影响小型太阳能板实际补能能力。
二十三、软件平台功能设计
1. 输电线路总览
按照线路名称、电压等级和区段展示重点杆塔状态。
2. 杆塔数字档案
记录杆塔编号、塔型、电压等级、线路方向、建设年份、基础形式、地质条件及历史缺陷。
3. 三轴姿态
显示原始角度、基准角度、累计变化及变化速率。
4. 倾斜方向
将传感器数据转换为沿线路方向和横线路方向的工程坐标。
5. 多高度对比
重点杆塔可同时显示下部、中部和上部监测点趋势。
6. 四腿基础状态
显示不同塔腿沉降、高差和长期变化趋势。
7. 风速关联
将风速、风向与铁塔倾角放在统一时间轴。
8. 雨量和地质关联
山区杆塔显示降雨、坡体位移和塔体姿态。
9. 覆冰事件
记录覆冰形成、最大覆冰及融冰过程对应的杆塔状态。
10. 特殊事件档案
台风、暴雨、地震、施工、导线更换、事故和基础治理等事件单独留档。
11. 设备运维
显示终端在线率、电量、信号质量、数据完整率和参数修改记录。
二十四、数据分析与智能应用
1. 杆塔长期姿态指纹
每基重点杆塔建立自身长期倾角、季节变化和典型风工况响应基线。
2. 低风稳定状态趋势
长期倾斜分析宜优先选择低风、无覆冰和相近环境条件下的数据进行比较，减少临时荷载影响。
3. 风致响应剥离
建立不同风速和风向区间下正常倾角范围，使平台能够区分风中可恢复变化和长期基准漂移。
4. 多高度结构模式识别
下部和上部同步变化与只有上部变化具有不同工程解释，可用于筛选整体基础问题和塔身弹性响应。
5. 塔基—塔身关联
基础差异沉降与塔身倾斜方向一致时，提高基础问题的排查优先级。
6. 相邻杆塔关联
同一线路相邻多基杆塔同时发生类似变化时，应考虑区域性强风、覆冰、地面沉降或地质灾害。
7. 单基异常识别
相邻铁塔全部稳定而单基持续发生姿态变化时，应优先检查该塔基础、塔材和局部地质环境。
8. 雨后变化分析
山区重点塔可分析累计雨量、降雨结束时间与倾角变化之间是否存在延迟关系。
9. 覆冰恢复性分析
比较冰前、冰中和完全脱冰后数据，识别是否形成残余姿态变化。
10. 检修效果验证
基础加固、塔材更换或螺栓紧固完成后，可继续观察相似环境条件下杆塔响应是否恢复稳定。
二十五、预警机制与工程判断
输电铁塔倾斜监测不宜给所有塔型设置一个完全相同的固定角度作为安全报警值。
直线塔、转角塔、耐张塔、大跨越塔及不同高度铁塔的结构特征存在明显差异，具体控制指标应依据设计文件、运行规程、历史数据和责任单位技术要求确定。
1. 单次异常
单个倾角值突变时首先检查数据连续性、电量、通信、传感器固定和当前风况。
2. 连续趋势异常
低风稳定条件下连续多个周期向同一方向变化，应提高关注程度。
3. 变化速率异常
长期缓慢变化开始明显加速时，即使累计值尚未达到最终控制指标，也应安排复核。
4. 多高度异常
塔身下部、中部和上部出现方向一致的持续变化时，提高整体倾斜排查优先级。
5. 基础联合异常
塔身倾角与某侧塔腿沉降同步发展时，应重点检查基础。
6. 地质联合异常
倾角、坡体GNSS、裂缝或深部位移同时出现异常时，应按照地质灾害重点杆塔处置。
7. 极端天气后残余变化
台风、覆冰、地震或洪水结束后仍存在新的稳定基准偏移，应安排现场专项检查和专业复测。
8. 推荐处置流程
自动监测异常 → 核对通信及设备状态 → 查询风速、降雨和覆冰工况 → 对比相邻塔及多高度测点 → 检查塔基沉降 → 查看现场视频或开展巡视 → GNSS/全站仪/水准复测 → 检查塔材和节点 → 技术研判 → 基础治理或结构维修 → 持续监测。
二十六、项目实施方案
1. 线路资料收集
收集线路电压等级、杆塔明细、塔型、基础形式、地质资料、历史缺陷和历年灾害记录。
2. 风险筛选
优先选择滑坡区、采空区、软土地基、河流冲刷区、台风区、重覆冰区和历史倾斜杆塔。
3. 现场踏勘
调查铁塔结构、基础、移动通信、太阳能受光、登塔安全和安装条件。
4. 确定监测目标
明确项目主要解决整体倾斜、基础沉降、地质灾害还是风冰事件监测问题。
5. 设计监测层级
普通重点塔可以设置单个代表性倾角点，高风险杆塔采用多高度倾角＋基础沉降＋GNSS等组合。
6. 安装方案审批
专用夹具和设备位置应由线路运行维护或技术管理单位确认，避免对铁塔结构和电气安全产生影响。
7. 坐标标定
安装后明确沿线路和横线路方向，并保存照片、设备编号、安装部位和初始角度。
8. 稳定期基准
选择低风和结构稳定条件连续采集多组数据，建立正式基准。
9. 高精度设备比对
重点项目可使用全站仪或其他测量手段完成初始倾角和空间位置比对。
10. 平台联调
验证数据上传、方向、告警、缓存补传和设备状态管理。
11. 试运行
通过一段正常天气和至少若干环境变化过程建立杆塔正常数据范围。
二十七、运行维护设计
1. 定期检查安装支架
重点检查夹具、防松部件及设备是否发生机械位移。
2. 检查防腐状态
长期户外运行应检查新增安装件锈蚀及铁塔镀锌层状态。
3. 清洁太阳能板
严重积尘、鸟粪、积雪和覆冰可能影响补能效果。
4. 检查4G通信
平台持续管理离线时间和数据完整性。
5. 灾害后检查
台风、覆冰、暴雨、地震、山火或滑坡之后，应优先检查重点杆塔监测系统及结构状态。
6. 检修后重新确认基准
塔材更换、基础加固、设备迁移或安装支架调整后，应保存旧基准并建立新的阶段基准。
7. 保留原始数据
杆塔长期变形通常具有多年分析价值，不应只保留告警结果。
二十八、方案优势与工程价值
1. 将人工巡视升级为连续姿态监测
可以观察两次人工巡检之间缓慢发生的角度变化。
2. 适合分散输电线路部署
独立电池、太阳能补能和4G通信降低部分野外杆塔敷设长距离线缆的需求。
3. 区分风中摆动与永久倾斜
通过风前、风中和风后数据避免将正常弹性响应误认为永久变形。
4. 将基础和塔身联系起来
塔腿沉降和塔身倾角同步分析，有助于判断倾斜产生的原因。
5. 支持地质灾害输电线路监测
与GNSS、雨量、裂缝和深部位移结合，可以形成塔基周边地质灾害监测体系。
6. 支持台风和覆冰灾害后快速筛查
大范围线路受灾后，可以先根据在线数据确定需要优先巡视的杆塔。
7. 支持差异化运维
根据长期倾角变化、环境风险和历史缺陷对杆塔形成不同巡检优先级。
8. 建立输电线路数字资产
将每基重点铁塔基础、姿态、灾害事件、维修及复测记录形成长期数字档案。
二十九、应用场景
110kV及以上高压输电铁塔：用于重点线路杆塔长期倾斜趋势监测。
特高压输电线路：作为专业结构监测体系中的辅助姿态监测数据源。
山区输电塔：用于滑坡、边坡变形和暴雨影响区域。
采空区输电线路：用于地面沉降和塔基差异变形长期跟踪。
软土地基杆塔：用于塔腿差异沉降和整体倾斜辅助监测。
河岸及洪泛区杆塔：用于洪水冲刷及基础环境变化监测。
沿海台风区输电塔：用于强风过程和台风前后结构状态比较。
重覆冰区输电线路：用于覆冰荷载下塔体响应和冰后恢复性分析。
冻土地区输电塔：用于季节冻胀和融沉引起的基础变化监测。
大跨越杆塔：与GNSS、风速、振动及其他专业设备组成综合结构健康监测系统。
历史倾斜杆塔：用于判断既有倾斜是否稳定或者仍在持续发展。
邻近施工杆塔：用于道路、基坑、采挖、堆载等工程对输电塔基础影响的保护性监测。
三十、标准规范与技术依据
输电铁塔倾斜监测应根据线路电压等级、杆塔类型、运行单位技术体系及监测目的选择适用标准。
- GB 50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》。
- GB 50061-2010《66kV及以下架空电力线路设计规范》。
- DL/T 5154-2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》。
- DL/T 741-2019《架空输电线路运行规程》。
- DL/T 5867-2023《110kV及以上架空输电线路施工及验收规范》。
- DL/T 5342-2018《110kV～750kV架空输电线路铁塔组立施工工艺导则》。
- GB/T 2694-2018《输电线路铁塔制造技术条件》。
- GB/T 35697-2017《架空输电线路在线监测装置通用技术规范》。
- GB/T 35697-2026《架空输电线路在线监测装置通用技术规范》，自2027年2月1日起实施。
- DL/T 5462《架空输电线路覆冰观测技术规定》。
- DL/T 5440-2020《重覆冰架空输电线路设计技术规程》。
- GB 50026-2020《工程测量标准》。
- GB 55018-2021《工程测量通用规范》。
- 线路设计文件、杆塔结构图、基础设计资料及运行维护技术规定。
标准中涉及线路设计、施工验收、运行维护、在线监测和特殊环境的要求应根据项目具体电压等级分别采用。
正式项目的杆塔允许偏差、倾斜控制值、测量精度和预警指标，应以线路设计资料、运行单位技术标准及专业结构评价结果为依据，不宜由倾角终端厂家给出一个统一数值覆盖所有铁塔。
三十一、典型应用案例（示例）
案例一：某山区输电线路滑坡隐患杆塔倾斜监测
某山区输电线路铁塔位于历史滑坡边界附近，雨季人工巡检曾发现塔基周围出现小范围地表裂缝。
项目在铁塔主体刚性位置安装无线倾角监测终端，并在塔基附近布置GNSS、裂缝和雨量监测点。
正常天气下铁塔姿态和坡体位移保持稳定。一次连续强降雨后，坡体GNSS出现持续位移，同时铁塔横线路方向倾角也产生同方向缓慢变化。
由于两个独立监测参数表现出空间和时间一致性，运维单位将该塔列为重点现场检查对象，并组织专业地质复核。
该项目中，倾角终端的主要作用并不是单独判断滑坡，而是作为“坡体变化是否已经影响到输电塔”的结构响应数据。
案例二：某采空区输电铁塔基础差异沉降监测
某输电线路经过历史采矿区域，部分杆塔所在区域存在长期地面沉陷风险。
项目在四个塔腿基础设置沉降监测，同时在塔身设置无线倾角终端。
长期数据发现其中两个相邻塔腿高程变化逐渐增大，同时塔身向同一方向产生缓慢倾斜。
通过基础和塔身两类数据联合分析，运维单位能够比单纯人工目测更清楚地掌握差异沉降的发展过程。
案例三：某沿海线路台风前后铁塔姿态监测
某沿海高压输电线路长期受到台风影响。项目选择部分重要直线塔和耐张塔配置倾角、风速及视频监测。
台风期间，多个杆塔随着风速增加出现明显角度波动。
台风离开后，大部分铁塔逐渐恢复台风前基准范围，其中一基铁塔的横线路方向仍存在持续残余变化。
运维人员根据系统结果优先对该塔进行现场复查，并进一步开展全站仪测量和基础检查。
该应用能够帮助线路管理人员把台风期间正常弹性响应与灾后残余变形区分开来。
案例四：某重覆冰线路铁塔冰前冰后状态监测
某高海拔线路冬季覆冰明显。重点耐张塔布置姿态终端，并接入线路覆冰监测数据。
覆冰形成阶段塔身姿态随荷载变化产生一定偏移，融冰过程中角度逐渐恢复。
其中一次严重覆冰事件结束后，某基铁塔未完全恢复历史基准。
项目随即安排人员检查塔材、连接件和基础，同时利用专业测量设备复核塔身几何状态。
倾角监测在该场景中提供的是“结构是否恢复到冰前状态”的连续证据。
案例五：某软土地基线路杆塔长期倾斜趋势监测
某平原输电线路部分杆塔位于软土地基区域，早期人工测量发现个别杆塔存在一定历史倾斜。
项目安装无线倾角监测终端后，并没有将已有绝对倾斜值直接作为报警依据，而是将当前姿态设置为长期变化基准。
经过连续运行，大部分杆塔历史倾斜保持稳定，其中一基杆塔出现持续单方向缓慢漂移。
进一步基础水准复测发现，该杆塔某一侧塔腿存在新的沉降发展。
系统由此区分了“过去已经存在但稳定的倾斜”和“当前仍在发展的倾斜”。
案例六：某线路邻近工程施工影响监测
某输电铁塔附近进行道路边坡开挖施工，线路运维单位需要掌握施工是否对塔基产生影响。
施工前建立塔身倾角、基础高程及周边地表位移基准，并将开挖、支护和回填时间记录到平台。
施工过程中，系统持续比较铁塔姿态和地面位移。
当某个阶段产生数据变化时，可以立即判断其是否与施工过程同步，并利用水准和GNSS进行独立复核。
工程结束后继续监测一段时间，用于确认塔基及铁塔重新进入稳定状态。
三十二、常见问题
1. 输电铁塔装一个倾角传感器就能知道塔顶位移吗？
不能。
铁塔属于空间桁架结构，会发生弹性弯曲。单点倾角反映安装位置姿态，塔顶真实位移宜采用GNSS或全站仪直接测量。
2. 为什么铁塔本来就是斜的，传感器还能测？
可以。
杆塔主材按照结构设计本来可能具有倾角。监测系统记录安装后的初始基准，真正关注的是以后相对于该基准增加了多少变化。
3. 大风时倾角一直变化是不是铁塔危险？
不一定。
高耸铁塔在强风中会产生弹性响应。应结合风速和风后稳定状态判断是否出现永久基准偏移。
4. 倾角传感器能判断哪个塔腿下沉吗？
不能准确直接判断。
倾角只能提供整体姿态方向线索。如果需要确定具体塔腿沉降量，应直接进行四腿基础高程监测。
5. 为什么山区杆塔还要监测GNSS？
因为铁塔倾斜只能说明结构姿态发生变化，GNSS能够进一步判断塔基或坡体是否发生实际空间位移。两类数据联合后对滑坡等问题更有解释能力。
6. S-CGTS适不适合做输电塔监测？
适合用于长期姿态趋势、明显倾斜变化和分散杆塔无线监测，但其0.1°标称准确度决定了它不适合作为毫米级塔顶位移或极微小结构转角的唯一主测设备。
7. 能不能直接在铁塔主材上打孔安装？
不建议擅自进行。
铁塔主体属于受力构件，安装方式应经运行维护或技术责任单位确认，优先使用适用的专用夹具和非破坏式安装结构。
8. 铁塔倾斜多少度必须处理？
不存在适用于所有输电铁塔的统一角度。
应根据塔型、高度、电压等级、设计要求、历史基准、变化速率、基础状态和运行单位规定综合确定。
三十三、参考文献
- S-CGTS无线倾角监测终端产品技术资料及出厂检验资料。
- GB 50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》。
- GB 50061-2010《66kV及以下架空电力线路设计规范》。
- DL/T 5154-2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》。
- DL/T 741-2019《架空输电线路运行规程》。
- DL/T 5867-2023《110kV及以上架空输电线路施工及验收规范》。
- DL/T 5342-2018《110kV～750kV架空输电线路铁塔组立施工工艺导则》。
- GB/T 2694-2018《输电线路铁塔制造技术条件》。
- GB/T 35697-2017《架空输电线路在线监测装置通用技术规范》。
- GB/T 35697-2026《架空输电线路在线监测装置通用技术规范》。
- DL/T 5462《架空输电线路覆冰观测技术规定》。
- DL/T 5440-2020《重覆冰架空输电线路设计技术规程》。
- 输电线路设计文件、杆塔结构图、基础设计资料和运行维护技术文件。
本方案适用于角钢输电塔、钢管塔、直线塔、耐张塔、转角塔、终端塔、大跨越杆塔及其他架空输电线路杆塔的长期倾斜、基础变形和结构姿态在线监测。
S-CGTS无线倾角监测终端主要解决“杆塔某个代表性刚性位置是否正在发生新的姿态变化、向哪个方向变化以及变化速度如何”的问题。它不能单独代表整座铁塔的安全状态，也不能直接替代GNSS、全站仪、基础沉降、地质位移、覆冰和专业结构动力监测。
输电铁塔倾斜监测更合理的工程逻辑应是：铁塔姿态变化 → 查询风、雨、冰和线路工况 → 对比塔基及相邻杆塔 → 判断变化是否可恢复 → 专业测量复核 → 检查基础及塔材 → 进行技术研判和处置。这样才能把无线倾角数据真正转化为输电线路运维可以使用的工程信息。