山體滑坡及電力桿塔測斜在線監測系統

董澤才 呂孝平 冒文兵

摘 要：山體滑坡及電力桿塔在線監測系統是基于物聯網技術實現對山體滑坡和桿塔傾斜進行實時監測，系統通過高精度GPS定位、測斜傳感器、風速風向傳感器和雨量計綜合實現對山體滑坡情況和電力桿塔傾斜情況進行監測。并通過系統自帶3G無線數據傳輸單元把獲得的狀態數據發送到系統后臺服務系統。該系統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傾斜桿塔采取必要措施，確保桿塔安全使用。該系統的實施提高了對桿塔的整體監控能力，有力保障了電力供應系統安全、穩定、高效的運行。

關鍵詞：電力桿塔測斜技術；GPS定位；物聯網技術；3G無線數據傳輸；

中圖分類號：TP212.14 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0080-02

1 系統總體設計

監測系統由三部分組成：基于測斜傳感器的電力桿塔傾斜度監測、基于GPS的滑坡體監測、環境監測（含降雨量監測，溫濕度監測，風速風向監測），其中環境監測為傾斜度監測及滑坡體監測提供分析參考依據。

2 硬件系統

2.1 GPS接收機

VNet3型GPS接收機監測方法先進、無須通視，布點靈活、方便。GPS接收機不受惡劣天氣影響（如特大雷雨、暴雨天氣），全天候24小時進行實時數據采集工作。數據可靠、同步輸出、多種傳輸方式系統穩定，實時采集、1～20 Hz輸出可調、獨家單歷元高精度算法、解算過程無需人工干預，多模通訊，多樣供電、直流7～36 V寬頻，系統先進、LINUX操作系統，多用戶訪問，設備在輸出原始數據同時備份循環存儲，保證數據安全，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、高精度解算結果寫入數據數據庫SQL SERVER、通用系統集成數據接口，管理方便、系統自動化程度高、傻瓜式操作、接收機支持遠程訪問、在線升級、現場動靜盡在掌握。

2.2 測斜傳感器

固定式測斜儀是重力加速度型測斜儀，測量地球引力在測量方向上的分量。測斜探頭已固定在外置測斜管內，當探頭隨測斜儀一起發生傾斜時通過讀數儀或自動化采集系統可以直接讀出傾斜的角度，并同時測量X、Y兩個方向。

2.3 雨量計

容柵式雨量計把降雨量變成數字電信號再由采集器發送至服務器，只要通電便可以實時監測雨量，并可按相應時間存儲雨量。

2.4 風速風向傳感器

風速傳感器的感應元件是三杯風組件，由三個碳纖維風杯和杯架組成。轉換器為多齒轉杯和狹縫光耦。當風杯受水平風力作用而旋轉時，通過活軸轉杯在狹縫光耦中的轉動，輸出頻率的信號。風向傳感器的變換器為碼盤和光電組件。當風標隨風向變化而轉動時，通過軸帶動碼盤在光電組件縫隙中轉動。3 系統軟件

系統功能軟件包括自動化監測系統、分析處理系統及智能預警系統三部分，自動化監測系統實現監測數據的接入、計算及存儲，分析處理軟件實現監測值計算、告警判斷、監測數據預測，分析平臺提供基礎數據配置、數據分析、統計及展示功能。

3.1 軟件系統架構

應用服務平臺采用SOA架構，基于 NET平臺和B/S多層體系架構，分為展示層、應用層、平臺層、數據層和數據接口層。通過各層次組件間服務的承載關系，實現系統功能。

展示層包括界面表示層和界面控制層，其中界面表示層負責業務數據收集、數據展示和客戶端數據校驗，采用功能強大的JQuery前端展現框架，構建操作簡潔、直觀、使用方便的操作界面。

另外靈活運用采用ActiveX圖形控件、3D圖形控件、Office控件以及AJAX頁面數據刷新技術，提供最佳數據展現和用戶體驗。

應用層包括業務邏輯層和業務服務層。業務邏輯層執行邏輯計算、完成業務功能邏輯，提供模型管理、、數據處理、 安全分析、預警反饋、曲線及報表生成、綜合管理等應用功能。業務服務層實現監測模型、數據解算及分析、預警反饋等基礎服務。

數據層包括數據持久層、數據處理服務層和數據接收服務接口，數據持久層采用使用Hibernate O/R mapping 框架；數據庫服務層采用Oracle 9i 以上數據庫存儲持久化數據；數據接收服務接口利用高性能的完全端口編程，可滿足多個采集終端同時數據接入要求；數據存儲與處理不僅提供接收實時數據的存儲，而且還定期對實時數據進行匯總，滿足統計分析要求。

3.2 分析處理系統開發

分析處理系統部署在現場采集工作站上，實現對自動化采集系統采集的數據進行實時分析處理，并與滑坡體施工進度及監測標準像結合判斷滑坡體安全狀態，再以此為基礎提供生成預警信息并發布。

3.3 智能預警平臺開發

智能預警平臺提供模型管理、綜合分析、預警反饋、報表輸出等統計分析支撐功能。

智能預警平臺由滑坡模型管理、測點信息管理、綜合安全分析、監測報表管理、預警反饋和系統管理等模塊組成。下面簡要描述各模塊功能。

3.3.1 滑坡體模型管理

滑坡體模型管理提供對滑坡體基本信息、滑坡立體圖及平面圖、滑坡體測點等相關信息維護。

①滑坡體基本信息維護。提供對滑坡體基本信息、周邊環境狀況、地層及水文地質情況、地形數據等相關信息的錄入、修改和查詢功能。

②滑坡體平面圖及GIS圖維護。提供對滑坡體平面圖及GIS圖繪制和導入功能，可導入標準格式的平面圖或GIS圖，在此基礎上進行修改。

③監測頻率管理。提供對監測頻率的管理，可按照監測點、監測項目、天氣數據修改監測頻率，并發送到監測終端按照最新監測頻率采集數據。

3.3.2 數據綜合分析

提供對數據的趨勢分析、理論比對分析、進度關聯分析、3D圖形數據分析等綜合分析及展現功能。用不同顏色表示測點當前所在區間，如用綠色表示處于安全區，黃色表示處于預警區，紅色表示處于報警區。

①變化趨勢分析。提供某一監測點監測數據歷時曲線及變化速率曲線自動生成，可按時、日、周、月為周期繪制曲線，同時顯示該監測點當前數據、歷史最高值、最低值、平均值、控制值等信息。提供對多個關聯監測點監測數據歷時曲線及變化速率曲線對比分析功能。

②可視化模型數據分析。在滑坡體三維仿真模型上動態顯示各監測點的最新值，對于超出報警值的各監測點區域用不同顏色進行顯示。

3.3.3 監測報表管理

監測報表管理提供監測記錄、日報表、階段性報告、總結報等監測報表的自動生成、在線編輯、審核、發布和查詢功能。

4 系統測試

原型設備聯機調試：在硬件設備以及配套驅動完成設計和設備完成組裝之后，系統通過串口與上位機進行聯合調試，上位機超級終端發送指令，通過無線或者網絡的方式把相關信息傳送到采集終端，采集終端獲得相關指令之后，返回對應的監測值。

5 結 論

通過本系統的實施，使得電力公司線路巡檢部門通過系統界面能夠實時掌握當前滑坡區域滑坡體運動趨勢及滑坡區域電力桿塔傾斜情況，及時發現高壓線路中存在的安全隱患，提前做好防護措施，為電力桿塔遠程集中管理提供了全面的解決方案。

參考文獻

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