山體滑坡及電力桿塔測(cè)斜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

董澤才 呂孝平 冒文兵

摘 要：山體滑坡及電力桿塔在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)山體滑坡和桿塔傾斜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)通過(guò)高精度GPS定位、測(cè)斜傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和雨量計(jì)綜合實(shí)現(xiàn)對(duì)山體滑坡情況和電力桿塔傾斜情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并通過(guò)系統(tǒng)自帶3G無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元把獲得的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速定位因各種原因引起傾斜桿塔的位置，使的管理人員能夠快速對(duì)傾斜桿塔采取必要措施，確保桿塔安全使用。該系統(tǒng)的實(shí)施提高了對(duì)桿塔的整體監(jiān)控能力，有力保障了電力供應(yīng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力桿塔測(cè)斜技術(shù)；GPS定位；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；3G無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸；

中圖分類號(hào)：TP212.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）32-0080-02

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：基于測(cè)斜傳感器的電力桿塔傾斜度監(jiān)測(cè)、基于GPS的滑坡體監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)（含降雨量監(jiān)測(cè)，溫濕度監(jiān)測(cè)，風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)），其中環(huán)境監(jiān)測(cè)為傾斜度監(jiān)測(cè)及滑坡體監(jiān)測(cè)提供分析參考依據(jù)。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 GPS接收機(jī)

VNet3型GPS接收機(jī)監(jiān)測(cè)方法先進(jìn)、無(wú)須通視，布點(diǎn)靈活、方便。GPS接收機(jī)不受惡劣天氣影響（如特大雷雨、暴雨天氣），全天候24小時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集工作。數(shù)據(jù)可靠、同步輸出、多種傳輸方式系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)時(shí)采集、1～20 Hz輸出可調(diào)、獨(dú)家單歷元高精度算法、解算過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，多模通訊，多樣供電、直流7～36 V寬頻，系統(tǒng)先進(jìn)、LINUX操作系統(tǒng)，多用戶訪問(wèn)，設(shè)備在輸出原始數(shù)據(jù)同時(shí)備份循環(huán)存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)安全，高精解算、1秒單歷元解算，平面：（2.5 mm），高程：±（5.0 mm），支持瞬變和徐變兩種模式，兼容性強(qiáng)、高精度解算結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL SERVER、通用系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)接口，管理方便、系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、傻瓜式操作、接收機(jī)支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)、在線升級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)靜盡在掌握。

2.2 測(cè)斜傳感器

固定式測(cè)斜儀是重力加速度型測(cè)斜儀，測(cè)量地球引力在測(cè)量方向上的分量。測(cè)斜探頭已固定在外置測(cè)斜管內(nèi)，當(dāng)探頭隨測(cè)斜儀一起發(fā)生傾斜時(shí)通過(guò)讀數(shù)儀或自動(dòng)化采集系統(tǒng)可以直接讀出傾斜的角度，并同時(shí)測(cè)量X、Y兩個(gè)方向。

2.3 雨量計(jì)

容柵式雨量計(jì)把降雨量變成數(shù)字電信號(hào)再由采集器發(fā)送至服務(wù)器，只要通電便可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨量，并可按相應(yīng)時(shí)間存儲(chǔ)雨量。

2.4 風(fēng)速風(fēng)向傳感器

風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件是三杯風(fēng)組件，由三個(gè)碳纖維風(fēng)杯和杯架組成。轉(zhuǎn)換器為多齒轉(zhuǎn)杯和狹縫光耦。當(dāng)風(fēng)杯受水平風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)活軸轉(zhuǎn)杯在狹縫光耦中的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出頻率的信號(hào)。風(fēng)向傳感器的變換器為碼盤(pán)和光電組件。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)軸帶動(dòng)碼盤(pán)在光電組件縫隙中轉(zhuǎn)動(dòng)。3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)功能軟件包括自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分析處理系統(tǒng)及智能預(yù)警系統(tǒng)三部分，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接入、計(jì)算及存儲(chǔ)，分析處理軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值計(jì)算、告警判斷、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，分析平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)及展示功能。

3.1 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)采用SOA架構(gòu)，基于 NET平臺(tái)和B/S多層體系架構(gòu)，分為展示層、應(yīng)用層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)接口層。通過(guò)各層次組件間服務(wù)的承載關(guān)系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

展示層包括界面表示層和界面控制層，其中界面表示層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)展示和客戶端數(shù)據(jù)校驗(yàn)，采用功能強(qiáng)大的JQuery前端展現(xiàn)框架，構(gòu)建操作簡(jiǎn)潔、直觀、使用方便的操作界面。

另外靈活運(yùn)用采用ActiveX圖形控件、3D圖形控件、Office控件以及AJAX頁(yè)面數(shù)據(jù)刷新技術(shù)，提供最佳數(shù)據(jù)展現(xiàn)和用戶體驗(yàn)。

應(yīng)用層包括業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)服務(wù)層。業(yè)務(wù)邏輯層執(zhí)行邏輯計(jì)算、完成業(yè)務(wù)功能邏輯，提供模型管理、、數(shù)據(jù)處理、 安全分析、預(yù)警反饋、曲線及報(bào)表生成、綜合管理等應(yīng)用功能。業(yè)務(wù)服務(wù)層實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)模型、數(shù)據(jù)解算及分析、預(yù)警反饋等基礎(chǔ)服務(wù)。

數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)持久層、數(shù)據(jù)處理服務(wù)層和數(shù)據(jù)接收服務(wù)接口，數(shù)據(jù)持久層采用使用Hibernate O/R mapping 框架；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層采用Oracle 9i 以上數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)持久化數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收服務(wù)接口利用高性能的完全端口編程，可滿足多個(gè)采集終端同時(shí)數(shù)據(jù)接入要求；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理不僅提供接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，而且還定期對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，滿足統(tǒng)計(jì)分析要求。

3.2 分析處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

分析處理系統(tǒng)部署在現(xiàn)場(chǎng)采集工作站上，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，并與滑坡體施工進(jìn)度及監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)像結(jié)合判斷滑坡體安全狀態(tài)，再以此為基礎(chǔ)提供生成預(yù)警信息并發(fā)布。

3.3 智能預(yù)警平臺(tái)開(kāi)發(fā)

智能預(yù)警平臺(tái)提供模型管理、綜合分析、預(yù)警反饋、報(bào)表輸出等統(tǒng)計(jì)分析支撐功能。

智能預(yù)警平臺(tái)由滑坡模型管理、測(cè)點(diǎn)信息管理、綜合安全分析、監(jiān)測(cè)報(bào)表管理、預(yù)警反饋和系統(tǒng)管理等模塊組成。下面簡(jiǎn)要描述各模塊功能。

3.3.1 滑坡體模型管理

滑坡體模型管理提供對(duì)滑坡體基本信息、滑坡立體圖及平面圖、滑坡體測(cè)點(diǎn)等相關(guān)信息維護(hù)。

①滑坡體基本信息維護(hù)。提供對(duì)滑坡體基本信息、周邊環(huán)境狀況、地層及水文地質(zhì)情況、地形數(shù)據(jù)等相關(guān)信息的錄入、修改和查詢功能。

②滑坡體平面圖及GIS圖維護(hù)。提供對(duì)滑坡體平面圖及GIS圖繪制和導(dǎo)入功能，可導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)格式的平面圖或GIS圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。

③監(jiān)測(cè)頻率管理。提供對(duì)監(jiān)測(cè)頻率的管理，可按照監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、天氣數(shù)據(jù)修改監(jiān)測(cè)頻率，并發(fā)送到監(jiān)測(cè)終端按照最新監(jiān)測(cè)頻率采集數(shù)據(jù)。

3.3.2 數(shù)據(jù)綜合分析

提供對(duì)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析、理論比對(duì)分析、進(jìn)度關(guān)聯(lián)分析、3D圖形數(shù)據(jù)分析等綜合分析及展現(xiàn)功能。用不同顏色表示測(cè)點(diǎn)當(dāng)前所在區(qū)間，如用綠色表示處于安全區(qū)，黃色表示處于預(yù)警區(qū)，紅色表示處于報(bào)警區(qū)。

①變化趨勢(shì)分析。提供某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歷時(shí)曲線及變化速率曲線自動(dòng)生成，可按時(shí)、日、周、月為周期繪制曲線，同時(shí)顯示該監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史最高值、最低值、平均值、控制值等信息。提供對(duì)多個(gè)關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歷時(shí)曲線及變化速率曲線對(duì)比分析功能。

②可視化模型數(shù)據(jù)分析。在滑坡體三維仿真模型上動(dòng)態(tài)顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最新值，對(duì)于超出報(bào)警值的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域用不同顏色進(jìn)行顯示。

3.3.3 監(jiān)測(cè)報(bào)表管理

監(jiān)測(cè)報(bào)表管理提供監(jiān)測(cè)記錄、日?qǐng)?bào)表、階段性報(bào)告、總結(jié)報(bào)等監(jiān)測(cè)報(bào)表的自動(dòng)生成、在線編輯、審核、發(fā)布和查詢功能。

4 系統(tǒng)測(cè)試

原型設(shè)備聯(lián)機(jī)調(diào)試：在硬件設(shè)備以及配套驅(qū)動(dòng)完成設(shè)計(jì)和設(shè)備完成組裝之后，系統(tǒng)通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，上位機(jī)超級(jí)終端發(fā)送指令，通過(guò)無(wú)線或者網(wǎng)絡(luò)的方式把相關(guān)信息傳送到采集終端，采集終端獲得相關(guān)指令之后，返回對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)值。

5 結(jié) 論

通過(guò)本系統(tǒng)的實(shí)施，使得電力公司線路巡檢部門(mén)通過(guò)系統(tǒng)界面能夠?qū)崟r(shí)掌握當(dāng)前滑坡區(qū)域滑坡體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)及滑坡區(qū)域電力桿塔傾斜情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓線路中存在的安全隱患，提前做好防護(hù)措施，為電力桿塔遠(yuǎn)程集中管理提供了全面的解決方案。

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