一种基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法及系统与流程

本发明属于通信铁塔维护技术领域，特别是涉及一种基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法及系统。

背景技术：

目前通信铁塔由人工进行检测和维护。该方式具有两个缺点，一是不能准确识别影响通信铁塔稳定性的受力点，二是不能得到铁塔各部位准确的受力情况，继而无法准确判断铁塔是否存在稳定性问题。为解决上述问题，提出一种基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法及系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是通信铁塔结构稳定性人工难以准确检测的问题，提出一种基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法及系统。

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发送至系统数据库，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，在通信铁塔上安装压力传感器检测并采集压力数据，通过数据分析实现通信铁塔稳定性的检测和判断。

本发明提出的基于受力模型的通信铁塔稳定性检测系统，包括识别受力点并设置最大可承受压力值模块、定时采集受力点压力数据模块、提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块、稳定性问题初级检测模块、判断铁塔是否存在稳定性问题模块。

1、识别受力点并设置最大可承受压力值模块：根据通信铁塔的构造建立铁塔受力模型，根据受力分析识别出影响铁塔结构稳定性的受力点的位置及个数，其个数记为G；设置每个受力点的最大可承受压力值，记为M₁～M_G；设置铁塔整体的水平方向最大可承受受力值H和垂直方向最大可承受受力值V。

2、定时采集受力点压力数据模块：通信铁塔上的压力传感器定时检测铁塔G个受力点的压力数据，并将数据发送至系统数据库存储。

3、提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块：提取G个受力点最新的压力数据，记为p₁～p_G。系统将提取的压力数据p₁～p_G按照二维坐标轴的水平和垂直方向进行受力分解并求和，得到此时的水平方向受力x和垂直方向受力y。

4、稳定性问题初级检测模块：系统将各受力点的压力数据与其最大可承受压力值做对比。参数i从1到G取值，如果出现p_i>M_i，则进入判断铁塔是否存在稳定性问题模块；否则判定不存在稳定性问题，返回提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块。

5、判断铁塔是否存在稳定性问题模块：将水平方向受力x与水平方向最大可承受受力值H做对比，如果x>H，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则将垂直方向受力y与垂直方向最大可承受受力值V做对比，如果y>V，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则判定不存在稳定性问题，返回提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块。

基于受力模型的通信铁塔稳定性检测系统框图如图3所示。

本发明的基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法按如下步骤实现：

步骤1、识别受力点并设置参数值。

根据通信铁塔的构造建立铁塔受力模型，根据受力分析识别出影响铁塔结构稳定性的受力点的位置及个数，个数记为G；设置每个受力点的最大可承受压力值，记为M₁～M_G；设置铁塔整体的水平方向最大可承受受力值H和垂直方向最大可承受受力值V。

步骤2、采集受力点压力数据并计算水平和垂直受力。

铁塔上的压力传感器定时检测铁塔受力点的压力数据，并将数据发送至系统数据库存储；提取G个受力点最新的压力数据，记为p₁～p_G。将提取的压力数据p₁～p_G按照二维坐标轴的水平和垂直方向进行受力分解，得到此时的水平方向受力x和垂直方向受力y。

步骤3、进行稳定性问题初级检测。

将各受力点的压力数据与其最大可承受压力值做对比。i从1到G取值，如果存在p_i>M_i，则进入步骤4；否则判定不存在稳定性问题，返回步骤2。

步骤4、判断铁塔是否存在稳定性问题。

将水平方向受力x与水平方向最大可承受受力值H做对比，如果x>H，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则将垂直方向受力y与垂直方向最大可承受受力值V做对比，如果y>V，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则判定不存在稳定性问题，返回步骤2。

基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法的方法流程图，如图4所示。

本发明的方法及系统具有以下两个优点：

(1)对受力点的压力数据进行两级分析从而判断铁塔稳定性，这样得出的铁塔结构稳定性检测结果更可靠。

(2)通过对铁塔受力进行二维坐标的受力分解，使复杂的铁塔受力简单化，降低了系统的应用难度。

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是本发明的系统框图；

图4是本发明的方法流程图；

图5是铁塔受力模型分析示意图。

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发送至系统数据库，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，在通信铁塔指定位置安装压力传感器检测并采集压力数据，通过数据分析实现通信铁塔稳定性的检测和判断。本发明方法及系统实施例如下：

基于受力模型的通信铁塔稳定性检测系统，包括识别受力点并设置最大可承受压力值模块、定时采集受力点压力数据模块、提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块、稳定性问题初级检测模块、判断铁塔是否存在稳定性问题模块。

1、识别受力点并设置最大可承受压力值模块：根据不同铁塔的区别及构造，建立受力模型并进行受力分析，识别出影响铁塔结构稳定性的受力点的位置及个数，个数记为G(本实施例中G＝3)，如图5所示，受力点1、受力点2和受力点3分别位于天线连接部位、塔身连接部位及塔基处，且每个受力点各受力方向角度均为45°，设置3个受力点在各个受力方向上的最大可承受压力值分别为M₁＝5KN，M₂＝3KN，M₃＝2KN，KN表示1000牛顿的力；设置铁塔整体的水平方向最大可承受受力值H＝1KN和垂直方向最大可承受受力值V＝2KN。

2、定时采集受力点压力数据模块：通信铁塔上的压力传感器定时检测铁塔G个受力点的压力数据，并将数据发送至系统数据库存储。本实施例中，设置采样间隔T＝1s，压力传感器按采样间隔定时检测铁塔3个受力点的压力数据，并将数据发送至系统数据库存储。

3、提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块：提取3个受力点最新的压力数据，记为p₁、p₂、p₃，p₁在左上右上两个受力方向上的受力均为3KN，在左下右下两个受力方向上的受力均为7.5KN，p₂在左右两个受力方向上受力分别为3KN和3.5KN，p₃在左右两个受力方向上受力分别为2.5KN和3KN。将提取的压力数据p₁～p₃按照二维坐标轴的水平和垂直方向进行受力分解并求和，得到此时的水平受力x和垂直受力y，x＝|(3-3.5+2.5-3)*sin45°|＝0.707KN(水平向右)，y＝|(3+3+3+3.5+2.5+3-7.5-7.5)*sin45°|＝2.31KN(垂直向下)。其中所有受力方向均基于如图5所示的平面图。

4、稳定性问题初级检测模块：将各受力点的压力数据与其最大可承受压力值做对比。参数i从1到G取值，如果出现p_i>M_i，则进入判断铁塔是否存在稳定性问题模块；否则判定不存在稳定性问题，返回提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块。本实施例中，p₁在左下和右下45°两个受力方向上的受力为7.5KN>M₁＝5KN，故进入判断铁塔是否存在稳定性问题模块。

5、判断铁塔是否存在稳定性问题模块：将水平方向受力x与水平方向最大可承受受力值H做对比，如果x>H，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则将垂直方向受力y与垂直方向最大可承受受力值V做对比，如果y>V，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则判定不存在稳定性问题，返回提取受力点压力数据并计算水平和垂直受力模块。本实施例中，水平受力x＝0.707KN<水平方向最大可承受受力值H＝1KN，则将垂直方向受力y与垂直方向最大可承受受力值V做对比，此时垂直受力y＝2.31KN>垂直方向最大可承受受力值V＝2KN，故系统判定此时铁塔存在稳定性问题。

本发明的基于受力模型的通信铁塔稳定性检测方法按如下步骤：

步骤1、识别受力点并设置参数值。

根据不同铁塔的区别及构造，建立受力模型并进行受力分析，识别出影响铁塔结构稳定性的受力点的位置及个数，个数记为G(本实施例中G＝3)，然后设置受力点在各个受力方向上的最大可承受压力值；设置铁塔整体的水平方向最大可承受受力值H和垂直方向最大可承受受力值V。本实施例中，如图5所示，受力点1、受力点2和受力点3分别为天线连接部位、塔身连接部位及塔基处，且每个受力点各受力方向角度均为45°，设置3个受力点在各个受力方向上的最大可承受压力值分别为M₁＝5KN，M₂＝3KN，M₃＝2KN,KN表示1000牛顿的力；设置铁塔整体的水平方向最大可承受受力值H＝1KN和垂直方向最大可承受受力值V＝2KN。

步骤2、采集受力点压力数据并计算水平受力和垂直受力。

铁塔上的压力传感器定时检测铁塔受力点的压力数据，并将数据发送至系统数据库存储；提取G个受力点最新的压力数据记为p₁～p_G。将提取的压力数据p₁～p_G按照二维坐标轴的水平和垂直方向进行受力分解并求和，得到此时的水平受力x和垂直受力y。本实施例中系统提取3个受力点最新的压力数据记为p₁、p₂、p₃，p₁在左上右上两个受力方向上的受力均为3KN，在左下右下两个受力方向上的受力均为7.5KN，p₂在左右两个受力方向上受力分别为3KN和3.5KN，p₃在左右两个受力方向上受力分别为2.5KN和3KN。将p₁～p₃按照二维坐标轴的水平和垂直方向进行受力分解，得到此时的水平受力x和垂直受力y，x＝|(3-3.5+2.5-3)*sin45°|＝0.707KN(水平向右)，y＝|(3+3+3+3.5+2.5+3-7.5-7.5)*sin45°|＝2.31KN(垂直向下)。其中所有受力方向均基于如图5所示的平面图。

步骤3、进行稳定性问题初级检测。

将各受力点的压力数据与其最大可承受压力值做对比。i从1到G取值，若出现p_i>M_i，则进入步骤4；否则判定不存在稳定性问题，返回步骤2。本实施例中，p₁在左下和右下45°两个受力方向上的受力为7.5KN>M₁＝5KN，故进入步骤4。

步骤4、判断铁塔是否存在稳定性问题。

将水平方向受力x与水平方向最大可承受受力值H做对比，如果x>H，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则将垂直方向受力y与垂直方向最大可承受受力值V做对比，如果y>V，则判定此时铁塔存在稳定性问题；否则判定不存在稳定性问题，返回步骤2。本实施例中，水平受力x＝0.707KN<水平方向最大可承受受力值H＝1KN，则将垂直方向受力y与垂直方向最大可承受受力值V做对比，此时垂直受力y＝2.31KN>垂直方向最大可承受受力值V＝2KN，故系统判定此时铁塔存在稳定性问题。

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。