基于多源信息的铁塔在线监测系统技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于多源信息的铁塔在线监测系统，所述系统包括供电模块，数据采集模块，数据运算中心，信号传输模块，铁塔数据终端。监测方法为：供电模块对整个监测系统进行供电，数据采集模块包括倾角传感器、加速度传感器、UWB测距定位模块、温度传感器、GPS传感器，分别获取铁塔的多源信息：倾角(θx,θy)、加速度(ax,ay,az)、相对位置信息(x，y，z)、温度T、位置信息

【技术实现步骤摘要】
基于多源信息的铁塔在线监测系统
本专利技术属于监测
，尤其涉及铁塔在线监测技术。
技术介绍
随着国际社会的不断发展，许多行业对于铁塔的应用要求不断提高，同时铁塔的数量也不断上升，例如移动通信中的通信铁塔，国家电网的电力铁塔等数量急剧增涨。与此同时，铁塔作为众多行业的基础设施，其健康状况直接关系到铁塔是否能够正常有效的工作。例如铁塔的倾斜状况，以及所在地基的水平方向和竖直方向的位移情况，直接影响着铁塔能否健康稳定的工作。同时，铁塔能否安全、有效的运行甚至是威胁到了国家信息安全，以及国家经济发展，乃至铁塔周围人们的生命安全。长期以来，铁塔大多都工作在野外环境，面临着日晒、风吹、雨淋以及地质滑坡等恶劣环境的影响，同时铁塔自身的螺丝松动，材质老化等都对铁塔的健康造成了严重的破坏。对于此，人们提出了大量的铁塔的监测方法。各种方式方法有所不同，同时传统的对于铁塔的检测方法手段较为落后，以及较高的人工维护成本。传统的采用人工对铁塔的检测维护手段较为落后，受人们主观意识的影响，且易受恶劣环境的限制，在时间上具有较重的滞后性。对于那些需要对铁塔健康信息给出预警时，更是难上加难。基于此，一种能够对铁塔的健康状况，如铁塔倾斜程度、地质位移情况等数据实时监测，以及能够提前给出铁塔的预警信息的铁塔在线监测系统的设计，显得极为重要。这样的监测系统的被设计可以极大的节省铁塔的日常维护成本，以及突破恶劣环境下不能对铁塔实施检测的限制，从而保障铁塔健康有效的运行，实现国家信息安全，具有重要意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种能够对各种铁塔进行实时的监测，做到对铁塔的全天候无间断监控，进而实现异常的实时报警，最终实现降低安全隐患以及提高铁塔工作效率的基于多源信息的铁塔在线监测系统。本专利技术的技术方案如下：一种基于多源信息的铁塔在线监测系统，其包括：供电模块、数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块及铁塔数据终端，所述供电模块由太阳能蓄电池构成，供电模块分别和数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块相连接并提供电源，数据采集模块设置于铁塔上，所述数据采集模块包括倾角传感器、加速度传感器、UWB测距定位模块、温度传感器及GPS传感器，分别用于获取倾角(θx,θy)、加速度(ax,ay,az)、相对位置信息(x，y，z)、温度T及位置信息其中θx表示x轴倾角，θy表示y轴倾角，表示经度，表示纬度，所述数据采集模块与数据运算中心相连，所述数据运算中心实时对数据采集模块的传感器获得的数据采用自主算法进行处理、辨识，综合之后得到铁塔状况数据，由信号传输模块将铁塔状况数据通过互联网传送至铁塔数据终端。进一步的，所述倾角传感器为正交的双轴倾角传感器，用以获取铁塔的倾斜角(θx,θy)。进一步的，所述加速度传感器为三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器三轴互相正交，以水平地面上一点为原点，分别建立x、y、z轴，铁塔的坐标为(x，y，z)，用以获取铁塔所在空间的加速度变化情况分别为(ax,ay,az)，其中，在采样时间间隔t内，求得(ax,ay,az)的变化量(Δax,Δay,Δaz)，并进行积分，得到采样时间过程铁塔在空间内的位移情况为sx表示x轴位移、sy表示y轴位移、sz表示z轴位移。进一步的，所述UWB测距定位模块包含4个UWB定位基站和1个UWB定位标签，其中，UWB定位基站通过接收UWB标签中发出的信号，采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离，然后由三边测量法用以获取铁塔所在空间的相对位置分别为(x，y，z)，将测到的(x，y，z)发送给数据运算中心。进一步的，所述采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离，然后由三边测量法用以获取铁塔所在空间的相对位置分别为(x，y，z)，具体包括：采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离d，然后由三边测量法用以获取标签K时刻位置分别为D(x，y，z):ΔDk＝Dk-Dk-1，da、db、dc、dd分别表示到四个UWB定位基站的距离，Dk表示K时刻位置，ΔDk表示K时刻和K-1时刻的位置距离差。利用间接估计方式，将UWB测距定位模块位置和加速度二次积分位移参数各自的差值的作差Δ＝ΔDk-Sk输入到滤波器中，从而经过卡尔曼滤波后的数据则是最优估计误差值，将这个数据反馈到UWB测距定位模块中去对标签K时刻位置分别为D(x，y，z)进行修正处理，得到最接近相对位置真实值。进一步的，所述双轴倾角传感器的安装平面与三轴加速度传感器的x轴与y轴分别平行，3个UWB定位基站与铁塔底座在同一水平面，1个UWB定位基站在铁塔顶端。进一步的，所述数据运算中心采用stm32单片机对铁塔监测数据进行分析辨识，得到铁塔健康状况数据，所述stm32单片机通过对数据采集模块的加速度数据的分析处理方法为，对加速度值的处理方法为：考虑到铁塔在空间内发生位移时，空间内的加速度也必然改变，统计加速度(ax,ay,az)数据共500组，统计500组数据中出现加速度值的概率；假设500组数据中出现了n种加速度数值，对这100组数据中各种加速度值出现的概率进行计算，若有各种加速度值出现的概率分别为P2i(i＝1,2,…,n)，其中n≤500，利用加权分析法对各种加速度值设定权重，进而计算出在500次采样的倾角均值，最后得到高精度的加速度感器输出值进一步的，所述stm32单片机通过对数据采集模块的倾角数据的分析处理方法为，将倾角传感器测得的倾斜角(θx,θy)采用如下方法进行滤波处理：考虑到铁塔发生倾斜时，出现倾角不存在大范围数值，进行连续保存倾斜角(θx,θy)数据共100组，统计100组数据中x,y轴分别出现倾角数值的概率；先对θx进行分析，假设100组数据中出现了n种倾角数值，对这100组数据中各种倾角值出现的概率进行计算，若有各种倾角值出现的概率分别为P1i(i＝1,2,…,n)，其中n≤100。同时对θy分析方法与对θx分析放相同，利用加权分析法对各种倾角值设定权重，进而计算出在100次采样的倾角均值，最后得到高精度的倾角传感器倾角输出值结合温度传感器得到的铁塔工作环境温度T,采用下式对倾角数据进行温度补偿：进一步的，所述信号传输模块为GPRS模块，通过GPRS模块将铁塔状况数据通过数据终端上传至互联网。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术提出了一种基于多源信息的铁塔在线监测系统，其系统由供电模块、数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块及铁塔数据终端，所述供电模块由太阳能蓄电池构成，供电模块分别和数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块相连接并提供电源，数据采集模块分别设置于铁塔上，所述数据采集模块包括倾角传感器、加速度传感器、UWB测距定位模块、温度传感器及GPS传感器，分别用于获取倾角(θx,θy)、加速度(ax,ay,az)、相对位置信息(x，y，z)、温度T及位置信息所述数据采集模块与数据运算中心相连，所述数据运算中心实时对数据采集模块的传感器获得的数据采用自主算法进行处理、辨识，综合之后得到铁塔状况数据，由信号传输模块将铁塔状况数据通过互联网传送至铁塔数据终端。目前铁塔监测方法大多采用传统的单一传感器，其检测维护手段较为落后且需要较高的人工维护成本，易受恶劣环境的限制，在时间上具有较重的滞后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，包括：供电模块、数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块及铁塔数据终端，所述供电模块由太阳能蓄电池构成，供电模块分别和数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块相连接并提供电源，数据采集模块分别设置于铁塔上，所述数据采集模块包括倾角传感器、加速度传感器、UWB测距定位模块、温度传感器及GPS传感器，分别用于获取倾角(θx,θy)、加速度(ax,ay,az)、相对位置信息(x，y，z)、温度T及位置信息

【技术特征摘要】
1.一种基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，包括：供电模块、数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块及铁塔数据终端，所述供电模块由太阳能蓄电池构成，供电模块分别和数据采集模块、数据运算中心、信号传输模块相连接并提供电源，数据采集模块分别设置于铁塔上，所述数据采集模块包括倾角传感器、加速度传感器、UWB测距定位模块、温度传感器及GPS传感器，分别用于获取倾角(θx,θy)、加速度(ax,ay,az)、相对位置信息(x，y，z)、温度T及位置信息其中θx表示x轴倾角，θy表示y轴倾角，表示经度，表示纬度，所述数据采集模块与数据运算中心相连，所述数据运算中心实时对数据采集模块的传感器获得的数据采用自主算法进行处理、辨识，综合之后得到铁塔状况数据，由信号传输模块将铁塔状况数据通过互联网传送至铁塔数据终端。2.根据权利要求1所述的基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，所述倾角传感器为正交的双轴倾角传感器，用以获取铁塔的倾斜角(θx,θy)。3.根据权利要求1所述的基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，所述加速度传感器为三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器三轴互相正交，以水平地面上一点为原点，分别建立x、y、z轴，铁塔的坐标为(x，y，z)，用以获取铁塔所在空间的加速度变化情况分别为(ax,ay,az)，其中，在采样时间间隔t内，求得(ax,ay,az)的变化量(Δax,Δay,Δaz)，并进行积分，得到采样时间过程铁塔在空间内的位移情况为sx表示x轴位移、sy表示y轴位移、sz表示z轴位移。4.根据权利要求1所述的基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，所述UWB测距定位模块包含4个UWB定位基站和1个UWB定位标签，其中，UWB定位基站通过接收UWB标签中发出的信号，采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离，然后由三边测量法用以获取铁塔所在空间的相对位置分别为(x，y，z)，将测到的(x，y，z)发送给数据运算中心。5.根据权利要求4所述的基于多源信息的铁塔在线监测系统，其特征在于，所述采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离，然后由三边测量法用以获取铁塔所在空间的相对位置分别为(x，y，z)，具体包括：采用双向飞行时间法TW-TOF测量距离d，然后由三边测量法用以获取标签K时刻位置分别为D(x，y，z):ΔDk＝Dk-Dk-1，da、db、dc、dd分别表示到四个UWB定位基站的距离，Dk表示K时刻位置，ΔDk表示K时刻和K-1时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，陈自然，向高军，路永乐，郭俊启，邸克，黎人溥，文丹丹，崔巍，谢国亚，方针，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50