一种强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测方法及系统与流程

本发明属于通信铁塔维护技术领域，特别是涉及一种强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测方法及系统。

背景技术：

目前通信铁塔主要由人工进行检测和维护，少数采用在线监测系统辅助维护。铁塔垂直度故障是指铁塔出现一定程度倾斜。现有在线监测系统功能简单，没有对铁塔垂直度故障数据进行大数据分析的功能。强风天气与铁塔垂直度故障直接相关，目前没有对强风天气造成铁塔垂直度故障的概率进行预测的技术方案。为此，提出一种强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测方法及系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是对强风天气造成铁塔垂直度故障的概率进行预测的问题，提出一种强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测方法及系统。

本发明涉及的基于物联网的铁塔系统应用场景，如图1所示。在通信铁塔固定位置安装传感器设备，传感器采集铁塔相关参数并通过通信模块传输至系统，系统对传感数据进行保存和处理，客户端与系统交互获得所需信息。

基于物联网的铁塔系统的整体系统架构如图2所示。系统硬件部分包括通信铁塔本身、安装在塔身上的传感设备，传感设备的通信模块与系统进行实时通信；系统软件部分包括系统数据库、数据处理平台、数据管理发布平台，其中系统数据库接收来自传感设备的传感数据并保存所有系统日志，数据处理平台调取系统数据库中的数据进行处理和分析，数据管理发布平台接收数据处理平台的数据处理结果和系统数据库中的相应记录进行管理和发布；系统应用平台包括管理设备和客户端，管理设备包括但不限于工作站、电脑等设施，客户端包括但不限于APP、微信、Html网页等形式；本系统的应用人员包括但不限于管理人员和维护人员，其接口分别为管理设备和客户端。

本发明的实现依托上述应用场景和系统架构，在塔体一定位置安装各类传感器检测铁塔对应参数。本发明的前置基础是系统已经收集了很长一段时间内的风力数据、垂直度故障数据和垂直度发生故障时的风力值。

本发明提出的强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测系统，包括调取铁塔垂直度故障数据并构建风力强度标本集模块、构建故障概率预测曲线模块、接收风力强度值进行故障概率预测模块。

1、调取铁塔垂直度故障数据并构建风力强度标本集模块：系统在数据库中调取目标区域某一段时间内的铁塔垂直度故障数据，识别故障发生次数，记为N，然后识别所有N个故障发生时对应的风力强度值w_i，i∈[1,N]，构成风力强度标本集W＝{w_i}。

2、构建故障概率预测曲线模块：计算标本集W中各元素的均值μ和方差σ²，其中根据正态分布函数构建强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测曲线为N(μ,σ²)。如图3所示，该曲线下的面积即表示落入该区间的概率。

3、接收风力强度值进行故障概率预测模块：系统获取输入的风力强度数据r，首先计算然后计算故障概率p＝p(x<a)＝2φ(a)-1，其中φ(x)为标准正态分布函数的概率密度，最终得到铁塔垂直度发生故障的概率p。

强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测系统的系统框图，如图4所示。

本发明提出一种通信铁塔维护作业单的生成方法，其按如下步骤：

步骤1、调取铁塔垂直度故障数据并构建风力强度标本集。

系统在数据库中调取目标区域某一段时间内的铁塔垂直度故障数据，识别故障发生次数，记为N，然后识别所有N个故障发生时对应的风力强度值w_i，i∈[1,N]，构成风力强度标本集W＝{w_i}。

步骤2、构建故障概率预测曲线。

计算标本集W中各元素的均值μ和方差σ²，其中根据正态分布函数构建强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测曲线为N(μ,σ²)。如图3所示，该曲线下的面积即表示落入该区间的概率。

步骤3、接收风力强度值进行故障概率预测。

系统获取输入的风力强度数据r，首先计算然后计算故障概率p＝p(x<a)＝2φ(a)-1，其中φ(x)为标准正态分布函数的概率密度，最终得到铁塔垂直度发生故障的概率p。

强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测方法的方法流程图如图5所示。

本发明的方法及系统具有以下两个优点：

(1)通过构建风力强度标本集建立故障概率预测曲线，并通过该曲线计算某风力强度下铁塔发生垂直度故障的概率，实现对铁塔垂直度故障概率的预测。

(2)采用正态分布函数构造故障概率预测曲线，可以保证预测曲线的可靠性。

附图说明

图1是本发明的应用场景示意图；

图2是本发明的应用场景整体系统架构图；

图3是本发明的故障概率预测曲线示意图；

图4是本发明的系统框图；

图5是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明优选实施例作详细说明。

本发明涉及的基于物联网的铁塔系统应用场景，如图1所示。在通信铁塔固定位置安装传感器设备，传感器采集铁塔相关参数并通过通信模块传输至系统，系统对传感数据进行保存和处理，客户端与系统交互获得所需信息。

基于物联网的铁塔系统的整体系统架构如图2所示。系统硬件部分包括通信铁塔本身、安装在塔身上的传感设备，传感设备的通信模块与系统进行实时通信；系统软件部分包括系统数据库、数据处理平台、数据管理发布平台，其中系统数据库接收来自传感设备的传感数据并保存所有系统日志，数据处理平台调取系统数据库中的数据进行处理和分析，数据管理发布平台接收数据处理平台的数据处理结果和系统数据库中的相应记录进行管理和发布；系统应用平台包括管理设备和客户端，管理设备包括但不限于工作站、电脑等设施，客户端包括但不限于APP、微信、Html网页等形式；本系统的应用人员包括但不限于管理人员和维护人员，其接口分别为管理设备和客户端。

本发明提出的强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测系统，包括调取铁塔垂直度故障数据并构建风力强度标本集模块、构建故障概率预测曲线模块、接收风力强度值进行故障概率预测模块。

1、调取铁塔垂直度故障数据并构建风力强度标本集模块：系统在数据库中调取目标区域某一段时间内的铁塔垂直度故障数据，识别故障发生次数，记为N，然后识别所有N个故障发生时对应的风力强度值w_i，i∈[1,N]，构成风力强度标本集W＝{w_i}。本实施例中，选取某目标区域180天内的铁塔垂直度故障数据，识别共有10次铁塔垂直度故障，其对应的风力强度构成风力强度标本集W＝{12,10,15,17,20,25,18,15,17,20}，单位均为m/s。

2、构建故障概率预测曲线模块：计算标本集W中各元素的均值μ和方差σ²，其中根据正态分布函数构建强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测曲线为N(μ,σ²)。如图3所示，该曲线下的面积即表示落入该区间的概率。本实施例中，计算计算构建正态分布曲线N(15.2,19.38)。当风力强度为15.2时，曲线取最大值，该曲线下的面积即表示落入该区间的概率。

3、接收风力强度值进行故障概率预测模块：系统获取输入的风力强度数据r，首先计算然后计算故障概率p＝p(x<a)＝2φ(a)-1，其中φ(x)为标准正态分布函数的概率密度，最终得到铁塔垂直度发生故障的概率p。本实施例中，系统获取输入的风力强度为10m/s，计算则故障发生的概率预测为p＝2φ(a)-1＝2φ(1.18)-1＝2*0.8810-1＝0.762＝76.2％，即在风速10m/s下铁塔发生故障的概率为76.2％。

本发明提出强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测方法，其按如下步骤：

步骤1、调取铁塔垂直度故障数据并构建风力强度标本集。

系统在数据库中调取目标区域某一段时间内的铁塔垂直度故障数据，识别故障发生次数，记为N，然后识别所有N个故障发生时对应的风力强度值w_i，i∈[1,N]，构成风力强度标本集W＝{w_i}。本实施例中，选取某目标区域180天内的铁塔垂直度故障数据，识别共有10次铁塔垂直度故障，其对应的风力强度构成风力强度标本集W＝{12,10,15,17,20,25,18,15,17,20}，单位均为m/s。

步骤2、构建故障概率预测曲线。

计算标本集W中各元素的均值μ和方差σ²，其中根据正态分布函数构建强风天气造成铁塔垂直度故障的概率预测曲线为N(μ,σ²)。如图3所示，该曲线下的面积即表示落入该区间的概率。本实施例中，计算计算构建正态分布曲线N(15.2,19.38)。当风力强度为15.2时，曲线取最大值，该曲线下的面积即表示落入该区间的概率。

步骤3、接收风力强度值进行故障概率预测。

系统获取输入的风力强度数据r，首先计算然后计算故障概率p＝p(x<a)＝2φ(a)-1，其中φ(x)为标准正态分布函数的概率密度，最终得到铁塔垂直度发生故障的概率p。本实施例中，系统获取输入的风力强度为10m/s，计算则故障发生的概率预测为p＝2φ(a)-1＝2φ(1.18)-1＝2*0.8810-1＝0.762＝76.2％，即在风速10m/s下铁塔发生故障的概率为76.2％。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。