一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法技术方案

一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法，采用3级拓扑结构实现大范围的管塔安全监控。管塔现场监控单元以光纤光栅传感器为检测前端，将实时反应应力和温度的光信号通过光缆引到地面的区域监控中心，区域监控中心单元通过光纤光栅解调仪将该管塔对应光通道内的信号进行解调，经网口或串口传输给以ARM为嵌入式平台下的光纤光栅数据分析处理软件。在嵌入式平台下构建B/S架构，集中监控中心单元可直接通过指定IP访问各个区域监控中心的管理页面。本发明专利技术关键部分是区域监控中心的光纤光栅数据分析软件的设计和B/S架构的搭建。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大范围的管塔安全实时检测系统的解决方案，特别涉及该方案软件架构中多层次数据存储技术。
技术介绍
管塔结构是移动信号发射器的重要支撑物。随着中国移动信号覆盖面积的不断增长，长距离电力输送线的不断延伸，管塔结构的保有量不断增加，管塔结构的运行管理问题日益突出。同时随着时间的推移，管塔构件镀锌层脱落及锈蚀，影响管塔的耐久性，也导致管塔的材料的力学性能退化和承载能力的降低，严重影响了管塔运行的安全性。另外自然环境的变化也对管塔的安全造成了严重的威胁。当今由于管塔倒塌造成巨大财产损失和人员伤亡也时有存在。因此，对管塔结构安全性进行检测评定是保证管塔长期使用必要的技术。管塔大多建设在郊区和农村等人烟稀少的偏远地区，数量众多分布范围广泛，这给管塔的日常维护和管理增加了难度。且管塔结构异变是细微，缓慢的，不易被巡逻人员发现。因此设计一种大范围的管塔安全实时检测系统对保护塔体，预防倒塌有着很重要的作用。大部分移动基站架设传输光缆线路，且配有预留光缆接口供使用，因此管塔现场监控中心到区域监控中心的监控光缆线路可直接使用现有资源，这大大降低了系统的成本和开发周期。当今管塔检测手段一般是维修人员定期到管塔现场采集数据(混凝土强度，角刚构件强度厚度、构件尺寸、基础沉降，整体倾斜及结构形式等)进行计算机分析整合，从而得出管塔结构安全状况。这种检测手段方法可靠，有科学依据，但对目前来讲，管塔数量日渐增多，如果对每个存在的信号塔以这种方式进行检测将会耗费大量的人力物力，成本会非常高。事实上，管塔结构的异变，地基的下沉等情况都会反应在管塔部分构件表面钢结构的形变上，管塔各部分钢结构的耐久度也会随着所处环境(温度，湿度，风力等)的变化而改变。因此本专利技术公布的以应变光纤传感器测量管塔部分构件表面钢结构的形变程度，以温度光纤传感器测量管塔所处的环境，采用三级拓扑结构大范围的实时监控管塔的结构状况，这为进一步对存在问题的管塔进行更详细的检测和维修提供了依据，大大缩小了维修人员的工作量。检测数据的合理利用，也是一直困扰管塔健康检测系统的难点之一，在线数据的存储、处理受系统硬件和软件条件的制约，不可能对实现对监测数据进行深度挖掘和实现复杂的结构计算，离线数据分析
处理与在线数据分析处理相结合，兼顾检测系统的实时性，这将较好地解决了检测数据合理利用的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种大范围的管塔安全实时检测系统，目的是能解决在较大的地理范围内实时检测更多的管塔结构状况，以及合理利用、存储检测数据的问题，即保证对检测数据的实时性检测，又能对检测数据进行深度挖掘，这将大幅度降低对管塔的维修成本，提高管塔的生命周期。本专利技术采用以下技术方案：总的系统架构采用三层拓扑结构，管塔现场监控单元与区域监控中心单元用光缆连接，快速的光信号确保区域监控中心能够实时检测管塔的环境参数和结构状态，避免了采用GPRS网络传输数据所带来的延时性和流量费用。集中监控中心通过访问指定IP的区域监控页面来来读取大量的离线数据，对离线数据做深入的挖掘和复杂的结构运算。利用管塔的数学模型，测试管塔结构的应力分布和风负荷作用下的结构弯曲程度，将应力光纤传感器用焊接或专用胶粘接在重点受力刚体结构的表面，和管塔最大弯曲处，根据实际情况设定预警值，从而实时监控管塔的摇摆程度和稳固性。将温度光纤传感器放置在对温度敏感的重要元器件上或重点监控外界温度的刚构件上，根据实际情况确定上下限，达到实时监控管塔周围温度环境的目的。区域监控中心单元作为系统架构的中间环节，按其与集中监控中心和管塔现场监控中心的联系，将其功能分为以下几个模块：底层通信及格式化模块，多层次数据存储模块，界面显示模块和web后台服务器模块。1)底层通信及格式化模块：负责读取用户在界面上设置的配置文件，调用静态库里的接口函数，向光纤光栅解调仪发送控制命令，并读取传送回来的数据，并将数据格式化后发送给多层次数据存储模块。2)多层次数据存储模块：负责将数据分为三路，第一路将数据直接存储到采样结点所对应的共享内存块中；第二路将数据存储到缓冲区中，并定时冲洗到以b+树为索引机制的文件中；第三路将数据存储到传统数据库中作为离线数据供集中区域中心页面远程调用分析。3)界面显示模块：提供基本的控制界面和数据多样化显示界面，显示界面提供实时数据显示，选定时间区间-温度/应力曲线显示，采样点应力和温度分布情况示意图，报警信息。控制界面将用户设置的部分参数写入到配置文件中供采集模块读取，配置文件中参数信息包
括：每个光通道挂载传感器的结点数；每个结点的界面ID(传感器类型+逻辑地址),管塔编号，地理空间位置，报警上下限及类型，遵循上述命名规则的传感器结点界面ID可直接提取出它的逻辑地址用作程序内部标识使用；以及光纤光栅解调仪工作方式的配置参数。配置文件，按照一条一条记录进行读写，启动或重新配置时，采集进程进行一次读操作。4)web后台服务器模块:提供不同权限的用户认证机制，在集中监控中心登入成功的用户根据权限赋予相应的操作，用户组根据光纤传感器结点的逻辑地址读取基本信息：管塔编号，地理空间位置，该结点报警的上下限，类型，以及工作状态。也可自由读取某个时间区间的温度/应力值。管理组可通过重新设置每个传感器结点报警的上下限，并回传更新区域监控中心里的数据，同时可以对这些大量的离线数据做深度分析后，向区域中心上传指导性资料文件。本专利技术提出的大范围管塔安全实时检测系统具有以下有益效益：1)大部分移动基站架设传输光缆线路，且配有预留光缆接口供使用，因此三级拓扑结构之间连接设施基本上已经存在，投资成本小。2)采用以ARM+Liunx为开发平台的嵌入式系统构建区域监控单元，具有结构紧凑，开发成本相对较低，可扩展性高等特点。3)多层次的数据存储机制保证了离线数据分析处理与在线数据分析处理相结合，即保证对检测数据的实时性检测，又能对检测数据进行深度挖掘，这将较好地解决了检测数据合理利用的问题。附图说明图1是本专利技术大范围的管塔安全实时检测系统的总体架构图。图2是管塔安全实时检测系统的三级拓扑结构图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，大范围的管塔安全实时检测系统的总体架构由管塔现场监控单元，区域监控中心单元，集中监控中心单元三大部分组成。管塔现场监控单元：利用计算软件3D3S钢结构-空间结构设计软件塔架结构模块搭建管塔的数学模型，验算管塔结构上的应力分布情
况，以及在风荷载作用下管塔各部分结构的弯曲程度，将应力光纤传感器用焊接或专用胶粘接在重点受力刚体结构的表面，和管塔最大弯曲处，根据实际情况设定预警值，从而实时监控管塔的摇摆程度和稳固性。将温度光纤传感器放置在对温度敏感的重要元器件上或重点监控外界温度的刚构件上，根据实际情况确定上下限，达到实时监控管塔周围温度环境的目的。光电传输系统为光纤传感器结点提供电能和传送光信号。管塔现场监控单元与区域监控中心单元用基站预留光缆相互连接。区域监控中心单元：采用ARM+Linux为核心的嵌入式系统作为区域监控中心的开发平台，硬件架构主要由ARM开发板，可扩展外部存储设备，触摸屏，键盘，报警装置，光纤光栅解调仪组成。在ARM+Linux开发平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法，其特征在于：A: 采用三级拓扑结构来扩展可监控管塔的数量和地理范围，同时实现了离线数据分析和在线数据分析的结合,B: 根据数据的不同用途，设计多层次的数据存储结构：以高效快速的linux内存共享机制为基础设计合理的内存结构，从而实时显示当前管塔结构状态参数；设计以b+树为索引机制的文件数据库，显示以选定时间区间为横坐标的管塔监控结点的温度，应力变化曲线图；进行传统数据库设计，供web页面链接访问。

【技术特征摘要】
1.一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法，其特征在于：A: 采用三级拓扑结构来扩展可监控管塔的数量和地理范围，同时实现了离线数据分析和在线数据分析的结合,B: 根据数据的不同用途，设计多层次的数据存储结构：以高效快速的linux内存共享机制为基础设计合理的内存结构，从而实时显示当前管塔结构状态参数；设计以b+树为索引机制的文件数据库，显示以选定时间区间为横坐标的管塔监控结点的温度，应力变化曲线图；进行传统数据库设计，供web页面链接访问。2.根据权利要求1所述的一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法，其特征在于：所述步骤A中，1)一定区域范围内，利用容量大，速度快，价格相对低廉的光缆将管塔结构状态信息，以光信号的形式快速地反映到区域监控单元，使得区域监控中心能够实时地采集到区域内各个基站的运行环境，并做在线数据分析，2)通过在各个区域监控中心搭建web服务器，集中监控中心就可以直接通过指定的ip访问在指定区域范围内的每个管塔大量的离线数据，从而对其进行数据挖掘和深度分析。3.根据权利要求1所述的一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法，其特征在于：所述步骤B中共享内存的实现，将共享内存区分为若干块，块数由光纤传感器的结点数决定，每个结点对应内存区块首地址为：共享内存首地址+F(X,Y),X,Y是每个结点的逻辑地址（通道数，该通道下的第几个结点），每块共享内存区存储着对应结点的最新若干个数据，在每块共享内存区首地址空间维护着一个偏移量，该偏移量+该块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴群，谢尚策，孙小菡，韦朴，刘鲲鹏，朱旭俊，丁伟林，刘湘荣，代康，潘家乐，
申请(专利权)人：东南大学，江苏俊知光电通信有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32