基于物联网的铁塔形变监测及预警系统研究

基于物联网的铁塔形变监测及预警系统研究[摘要]本文通过对当前典型铁塔形变检测方法不足的分析，提出基于物联网的铁塔形变检测及预警分析系统，作为通信铁塔监测与预警的主要方式。从系统架构，物联网组建，系统功能等几个方面对系统进行了全面的介绍，最后就生产环境实验结果与数据进行了分析与总结。[关键词]物联网铁塔形变监测预警分析中图分类号：TN402文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）43-0332-011、引言在移动通信网络建设过程中，铁塔作为重要的移动通信辅助设备，对无线网络质量的好坏有直接影响。安装在野外的移动通信铁塔，即便地基坚固，但长期受到地壳运动、天气环境、人为施工（如修公路等情况下的野外爆破）等各种因素影响，易发生倾斜现象。并当倾斜达到一定程度，由倾斜造成的铁塔应力变化等原因，均会造成铁塔形变。铁塔变形现象会引起铁塔工作状态异常甚至坍塌等各种严重事故。并且随着时间的推移和网络中铁塔数量逐年增加，越来越多的铁塔进入安全隐患潜伏期，当前对通信铁塔物理状态的检测和维护已成为网络维护与优化工作的重要组成部分。2、典型铁塔形变监测方法在当前缺乏针对通信铁塔进行精准、量化的监测维护的情况下，大多采用远处人工目测的方式进行粗放式检测；其次是携带简单的测试仪表到达现场，进行临时性测试，但其维护内容仅限于判断铁塔是否存在物理损坏如明显倾斜、螺丝松动、螺帽丢失、钢构件生锈或变形等，进行粗浅层面的铁塔维护；少数时候会采用飞机航测法，驾驶飞机使用红外等巡视设备及其可见光对线路进行巡检，工作人员用机载摄像设备或直接用肉眼进行观测。或者采用其他非接触深测技术对线路进行巡检，发现并记录沿线异常点情况。以上方法中工程师只能利用这些表面现象，凭借个人经验大概判断铁塔的性能和工作状态，这样不但效率低，而且也不准确、及时，并不能从根本上解决铁塔倾斜的早期预测，及时排除安全隐患，保证生产的正常进行。还有其他精度较高的处于研究实验阶段的检测方法如“高分辨率SAR卫星监测铁塔形变”、“基于光纤Bragg光栅的鸭嘴式形变检测”、“巡检机器人”等铁塔检测与监测方法所需成本过高，用于电力等高压或危险铁塔监测，不适合大范围一般通信铁塔监测。本文描述通过传感设备组建物联网，并基于物联网开发的移动通信铁塔形变监测预警系统，能够实现全天24小时实时监测铁塔形变状态，并将野外现场的检测信号传送到监测中心，发布在安全生产的内部网络上，极大的方便有关人员实时监测、统计、分析，一旦发现问题能够及时采取应对措施，确保通信网络的安全运行。同时，解决维护人员不足的问题，并且减少维护人员劳动强度。3、基于物联网的铁塔形变监测及预警系统3.1系统介绍基于物联网的铁塔形变监测及预警系统通过安装在通信铁塔上的垂直度及温度传感器，采集铁塔状态改变量参数，并将采集到的数据传输至基站内检测系统，进行数据解析、数据处理、状态判断及预警报警。同时，监控中心通过有线Internet网络获取各个铁塔的状态信息。在监控中心，将把各个铁塔的状态信息采用图示的方式展现出来，预警报警信号还将以报警器、短信、电话等方式告知运维人员，方便运维人员及时掌握铁塔的工作状态。该系统组网图1所示：3.2传感器组建物联网本系统通过安装在通信铁塔上的垂直度及温度传感器组建了物联网物理层，传感器铁塔倾角仪设备主要分为四个部分：如铁塔倾角测量设备示意图2所示。还包括其他太阳能板、光电能转换器、及线缆三部分都将固定与铁塔顶端。线缆将从塔顶引下迁入基站。由传感器发送无线感应信号至基站接收端，接收端对信号进行处理传输至数据库服务器，随时提供数据为应用层服务。如图3所示为物联网组建及服务模式。3.3铁塔形变检测预警系统铁塔形变监测预警系统主要包括：数据采集、数据传输、数据分析、预警报警四个部分。如图4所示系统功能架构。数据采集与数据传输由物联网物理层和传输层通过传感器无线通信完成。数据分析与预警报警功能通过软件来实现，移动通信铁塔形变监测预警系统分析软件的技术方案如图5所示。开发功能包括垂直度解析模块、数据处理模块、状态判断及数据输出模块、数据接收模块和预警报警模块。垂直度解析模块用于外部数据的引入，包括数字信号转换，数据格式转换、有效数据过滤等功能，把传感单元检测到铁塔倾斜角改变量转换为垂直度改变量。数据处理模块包括数据融合、数据平均、数据分析、对比处理等功能，此模块用于铁塔垂直度改变量的温度补偿、平均化处理、统计分析，以提高监测灵敏度和精度。然后，对比处理分析改变量是否满足设计规范中规定的阈值，并给出比较结果。状态判断及数据输出模块通过数据处理的结果判断铁塔的工作状态，并将分析数据通过有线Internet网络传递至监控中心。在监控中心，通过数据接收模块获取铁塔的状态信息。预警报警模块将把状态信息采用图示的方式展现出来，预警报警信号还将以报警器、短信、电话等方式告知运维人员，方便运维人员及时掌握铁塔的工作状态。4、总结本文针对通信铁塔形变方法的分析，研究了基于物联网的铁塔形变智能监测及预警分析系统，从系统组网到硬、软件系统组成等几个主要方面。