基于云平臺的輸電桿塔滑坡監控系統設計

摘 要：文章主要以寧德電網開展的桿塔滑坡監測的云平臺系統建設項目，介紹了系統架構和主要功能特點，技術框架方面重點說明了SSH框架的實施方案，介紹了其技術及軟件功能。針對云平臺建設的規約進行了上行和下行以及驗證的說明，同時，對相關類型和設備進行了設置和選取。

關鍵詞：輸電桿塔；滑坡監測；監控系統；云平臺

1 概述

對于高壓輸電線路由于特殊的地形地質條件而發生的基礎滑坡、桿基傾斜、倒塌、傾覆等事件，具有突發性強、破壞性大，防治困難等鮮明特點，結合寧德當地桿塔塔基的實際情況，選取具有代表性的桿塔，遵循以下技術路線來構建塔基滑坡監測系統：以滑坡體位移為主要監測內容，地下水水位、視頻監控作為輔助監測內容，結合人為定期巡視，從而實現多層次、多類別的組合化監測。根據滑坡的發育和危害程度，結合當地的地質和地形地貌特征及環境特點，確定監測內容的種類和傳感器的數量。要充分考慮精度、功耗、容量、耐候性等基本要求，在保證實現基本功能的情況下，還應考慮到系統的擴展性、易用性等。采用無線網絡進行信號傳輸，并保證一定的帶寬，接口應盡量采用即插即用的設計方式。

2 系統架構及主要功能特點

2.1 系統架構

系統將傳感器數據通過4G模塊傳輸到服務器，根據在系統中配置的報警規則判斷數據，并將數據在網頁中展現給用戶。獨有的可靠連接技術，針對4G無線網絡設計，在惡劣網絡條件下保障視頻流暢傳輸；高效H.264超低碼流視頻壓縮技術，輕松實現高清晰視頻圖像在低網絡帶寬下的傳輸；網絡帶寬自適應技術，根據網絡帶寬自動調整視頻幀率，單卡傳輸最高可達25幀/秒；無線傳輸延時小，平均延時小于3秒。

2.2 主要功能特點

（1）高精度的雨量、水位、測斜儀探測器，能夠準確反映所監測區域的數據變化情況。（2）高清晰的視頻監控系統能夠實時監控災害發生發展情況，并可根據通信網絡實際情況采用定時拍照上傳圖片和實時動態視頻傳輸等方式。（3）采用4G等先進的無線傳輸方式，可以不受空間和地域的限制，減少布線所帶來的巨大工作量，保證傳輸的穩定、可靠、及時。（4）靈活的供電方式。既可以選擇高性能鋰電池+太陽能供電方式，也可以根據各地區環境的不同，靈活的選擇風光互補供電方式來保證設備的持續工作。

3 技術框架

3.1 SSH框架

本系統采用的是目前社會上軟件開發領域最流行的MVC開發模式，基于SSH框架。集成SSH框架的系統從職責上分為四層：表示層、業務邏輯層、數據持久層和模塊層，以幫助開發人員在短期內搭建結構清晰、可復用性好、維護方便的Web應用程序。其中使用Struts作為系統的整體基礎架構，負責MVC的分離，在Struts框架的模型部分，利用Hibernate框架對持久層提供支持，業務層Spring支持。具體做法是：用面向對象的分析方法根據需求提出一些模型，將這些模型實現為基本的Java對象，然后編寫基本的DAO（Data Access Objects）接口，并給出Hibernate的DAO實現，采用Hibernate架構實現的DAO類來實現Java類與數據庫之間的轉換和訪問，最后由Spring完成業務邏輯。

采用上述開發模型，不僅實現了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實現了業務邏輯層與持久層的分離。這樣無論前端如何變化，模型層只需很少的改動，并且數據庫的變化也不會對前端有所影響，大大提高了系統的可復用性。而且由于不同層之間耦合度小，有利于團隊成員并行工作，大大提高了開發效率。同時，也很容易讓其他專業人員在短期內看懂，方便項目的接手，便于系統的長遠、持久的運行。在以后的維護中，也很容易實現功能擴展，特別是在最初編程時，就設置了一些接口，這些接口就是為了后期的擴展而提供的。

3.2 其他技術

本設計方案采用jQuery技術實現。jQuery是對JavaScript的封裝，它簡化了JavaScript語法具有很好的平臺兼容性，因此極大的方便了開發人員操作DOM、更多的制作網頁動畫的函數、使用Ajax無刷新技術使得網頁制作更加的簡單功能效果更加的強大。jQuery具有的優勢：輕量級、強大的選擇器、出色的DOM操作的封裝、可靠的事件處理機制、完善的Ajax、出色的瀏覽器兼容性、開源等。

3.3 軟件功能

桿塔滑坡監控系統平臺軟件功能如圖1所示。

4 規約

4.1 上行

上行數據定義（16進制）：采樣板發送給上位機的數據。數據格式：報頭（2字節）+幀標識（1字節）+數據（2或18字節）+累加值（1字節，高位舍去）。報頭：66BB；幀標識01：電池電壓；對應數據為2字節；幀標識02：所有待檢測量采樣數據；對應數據為18字節。數據次序：1-4角度、5水位、6位移、7振動、8、備用、9電池電壓。

4.2 下行

下行數據定義（16進制）：上位機發送給采樣板的數據。數據格式：幀標識+命令字+命令字+累加值。幀標識：01采樣間隔；03手動采樣，04視頻控制。采樣間隔命令字：08、04、02、01、00（非0數字代表小時數，0代表1分鐘）。

4.3 驗證

將報頭、幀標識、數據累加，保留1字節舍去高位，與累加值（驗證字節）判斷是否相同。

5 相關設備及類型設置

用戶可自行添加要監控的設備，并且為設備設置要監控類型。對于報警可以使用系統通用的報警設置，也可單獨為設備自己設置。系統動態添加新的監測設備類型，設置監測設備量程，設置計算系數。為監測設備設置報警參數，當報警狀態是預警和報警時觸發預測事件，預警是按小時計算，報警是按分鐘計算。預測事件是根據齋藤算法來計算，提前預報5個單位時間內發生的變化。也就是說預警是預報后5個小時變化的數據，報警是預報后5分鐘變化的數據。

6 結束語

從智能輸電線路的高度，在滑坡監測裝置與監測系統、數據共享與交互利用、數據分析與事件判斷、滑坡災害的預防和處理機制等方面取得新突破，改變輸電線路桿塔塔基滑坡災害監測、預防和處理的落后局面。提出攻克輸電線路桿塔塔基滑坡監測裝置及系統的關鍵技術，研發輸電線路桿塔塔基滑坡監測預警系統，為塔基可能發生的滑坡災害提供一種在線的監測手段，為輸電線路的安全運行提供一種新保障。

參考文獻

[1]周延穎.基于無線傳感網絡的山體滑坡實時監測系統[D].西南交通大學，2008.

作者簡介：阮肇華（1986-），男，福建寧德人，工學碩士，工程師，研究方向為輸電線路工程。