杆塔倾斜监测预警方法及装置与流程

本发明涉及到监测领域，特别是涉及到一种杆塔倾斜监测预警方法及装置。

背景技术：

随着物联网技术的进步，包括物联网通信技术的进步和大数据分析的进步，使得以下物联网环节得以实现：通过倾角、风速、风向等传感器监控杆塔目标的相关参数、通过nb-iot物联网技术组网、监控终端配合云端平台通过建模、大数据分析这个过程，不断升级自身统计和计算能力，做出更接近现实更加准确的判断。

在工业领域，由于许多杆塔建立在野外或者偏远的地方，发生地质灾害或人为损坏时，杆塔的使用情况无法准确得知，迫切需要通过在线监控的方式及时准确掌握杆塔的倾斜情况，进而对杆塔进行抢修、加固，以避免进一步损失，且这种监控方式必须保证长期可用。

目前，常见的检测方法是基于倾角传感器的固定监测法，将采集到的倾角参数与固定的阈值对比，超出阈值则通过有线网络或2g/3g/4g网络回传到云平台。现有的基于倾角传感器的固定监测法技术存在几个缺点：1、无法结合周边环境因素进行准确判断，可能在很多情况下(如短时强风)误报。2、回传网络如采用有线，需要具备市电，偏远地区受限；如采用2g/3g/4g无线，功耗无法满足长期使用。

针对这些缺陷，有必要提出了一种杆塔倾斜监测预警方法及装置，准确判断倾角并告警。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种杆塔倾斜监测预警方法及装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种杆塔倾斜监测预警方法，包括以下步骤，

采集杆塔的实时倾角参数；

将倾角参数与倾角安全阈值进行比对，获取当前杆塔状态；

根据杆塔状态发出对应的反馈信号。

进一步地，所述将倾角参数与安全阈值进行对比步骤之前，包括，

定时采集环境参数；

将采集到的环境参数上传到云服务器；

根据所有采集到的环境参数，计算得到当前环境的倾角安全阈值；

所述环境参数包括倾角参数，风速参数和风向参数。

进一步地，所述将倾角参数与倾角安全阈值进行比对，获取当前杆塔状态步骤，包括，

若倾角参数超出倾角安全阈值，获取杆塔状态为危险状态；

若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值大于预设差值n，获取杆塔状态为安全状态；

若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值小于预设差值n，获取杆塔状态为预警状态；

其中n>0。

进一步地，所述根据杆塔状态发出对应的反馈信号步骤，包括，

获取到的杆塔状态为危险状态，则发出报警信号；

获取到的杆塔状态为安全状态，则发出正常信号；

获取到的杆塔状态为预警状态，则发出安全预警信号。

进一步地，所述若倾角参数超出倾角安全阈值，获取杆塔状态为危险状态步骤，包括，

连续间隔获取的多组倾角参数；

将所有倾角参数分别与倾角安全阈值进行比对；

若所有的倾角参数均大于倾角安全阈值，则确定杆塔状态为危险状态。

进一步地，所述将定时采集到的环境参数上传到云服务器步骤，包括，

通过nb-iot将环境参数上传到云服务器。

本发明还提出了一种杆塔倾斜监测预警装置，包括：

第一参数获取单元，用于采集杆塔的实时倾角参数；

比对获取单元，用于将倾角参数与倾角安全阈值进行比对，获取当前杆塔状态；

信号反馈单元，用于根据杆塔状态发出对应的反馈信号。

进一步地，还包括:第二参数获取单元，用于定时采集环境参数；

传输单元，用于将采集到的环境参数上传到云服务器；

计算单元，用于根据所有采集到的环境参数，计算得到当前环境的倾角安全阈值；

所述环境参数包括倾角参数，风速参数和风向参数。

进一步地，所述比对获取单元包括第一比对模块，第二比对模块和第三比对模块，

所述第一比对模块，用于若倾角参数超出倾角安全阈值，获取杆塔状态为危险状态；

所述第二比对模块，用于若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值大于预设差值n，获取杆塔状态为安全状态；

所述第三比对模块，用于若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值小于预设差值n，获取杆塔状态为预警状态；

其中n>0。

进一步地，所述信号反馈单元包括报警反馈单元，正常反馈单元和预警反馈单元。

报警反馈单元，用于获取到的杆塔状态为危险状态时，发出报警信号；

正常反馈单元，用于获取到的杆塔状态为安全状态时，发出正常信号；

预警反馈单元，用于获取到的杆塔状态为预警状态时，发出安全预警信号。

本发明的有益效果是：通过获取杆塔的环境参数与杆塔的倾角安全阈值进行比较来确定杆塔当前状态，并根据杆塔当前状态，通过nb-iot发出对应的反馈信号，提醒管理者杆塔当前状态，本方案监测精度高，同时保证监控设备能够长时间低功耗使用，提高监控时长。

附图说明

图1为本发明一种杆塔倾斜监测预警方法的方法流程图；

图2为本发明将倾角参数与倾角安全阈值进行比对，获取当前杆塔状态步骤的方法流程图；

图3为本发明一种杆塔倾斜监测预警方法的倾角安全阈值计算方法流程图；

图4为本发明根据杆塔状态发出对应的反馈信号步骤的方法流程图；

图5为本发明获取到的杆塔状态为危险状态，则发出报警信号步骤的方法流程图；

图6为本发明一种杆塔倾斜监测预警装置的原理框图；

图7为本发明对比获取单元的原理框图；

图8为本发明信号反馈单元的原理框图；

图9为本发明一种杆塔倾斜监测预警系统的系统框图。

具体实施方式

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如无特别说明，本文中的“/”代表含义为“或”。

参照图1-5，本发明一具体实施例提出了一种杆塔倾斜监测预警方法，包括以下步骤，

s10、采集杆塔的实时倾角参数。

s20、将倾角参数与倾角安全阈值进行比对，获取当前杆塔状态。

s30、根据杆塔状态发出对应的反馈信号。

对于步骤s10，在本方案中，在杆塔上部设置有一监控终端，在终端内设置有用于采集杆塔环境参数的传感器，传感器包括有倾角传感器、风速传感器和风向传感器，通过倾角传感器可以获取杆塔当前的倾角，通过风速传感器可以获取当前环境风速，通过风向传感器可以获取当前环境风向。通过不同传感器获取杆塔当前的环境参数，并采用其中的倾角参数判断杆塔倾角是否处于安全范围，根据判定结果做出告警反馈。

对于步骤s20，根据当前采集的倾角参数，与当前的倾角安全阈值对比，会出现倾角参数大于，小于或等于倾角安全阈值的不同情况，对于超出倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角超出安全范围，处于危险状态，对于小于倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角处于安全范围，可以发出安全信号或者预警信号。

在正常对比得到倾角参数超出倾角安全阈值的情况时，需要经过多轮次确认，去除由于瞬时随机原因(如短时强风)可能造成的单次监测结果误差，最后得出安全预警或告警等不同程度的警示信号。

参考图2，步骤s20，包括：

s21、若倾角参数超出倾角安全阈值，获取杆塔状态为危险状态。

s22、若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值大于预设差值n，获取杆塔状态为安全状态。

s23、若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值小于预设差值n，获取杆塔状态为预警状态。

其中n>0。

对于步骤s21-s31，根据当前采集的倾角参数，与当前的倾角安全阈值对比，会出现倾角参数大于，小于或等于倾角安全阈值的不同情况，对于超出倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角超出安全范围，处于危险状态，对于小于倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角处于安全范围，可以发出安全信号或者预警信号。

具体的，在倾角参数小于倾角安全阈值时，可以判定当前杆塔为安全，但是倾角参数安全阈值范围之内，同时接近安全阈值边界时，则代表杆塔状态变成危险状态的可能性比较高，可以提前发出预警信号提示管理者，管理者可以提前预先做准备，避免杆塔突然损坏，而管理者毫无准备的，影响后续维护时间。

参考图3，本发明一种杆塔倾斜监测预警方法，在步骤s20之前，还包括以下步骤：

s40、定时采集环境参数。

s41、将采集到的环境参数上传到云服务器。

s42、根据所有采集到的环境参数，计算得到当前环境的倾角安全阈值。

环境参数包括倾角参数，风速参数和风向参数和震动频率等等。

对于步骤s40-s42，集成了不同传感器的监控终端定时采集杆塔的倾角、风向、风速等环境参数，上传至云服务器，云服务器通过所有历史数据积累深度学习，持续优化数据相关性的分析结果，形成倾角自适应算法，计算得出当前环境下该类型杆塔的安全可控的倾角范围，即倾角安全阈值，并下发到该监控终端用于本地判别。

具体的，倾角安全阈值由具体不同杆塔类型，不同建筑方式来确定，也即是不同类型的杆塔对应的倾角安全阈值不同，或者不同建筑方式建造而成的杆塔的倾角安全阈值不同。

步骤s41具体为：通过nb-iot将环境参数上传到云服务器。

nb-iot用于低功耗数据通信。关于nb-iot低功耗特性的应用，基于nb-iot的低功耗工作模式psm(powersavingmode)与edrx(扩展非连续接收)模式的组合，根据实际环境中具体的倾角参数采集上报周期与倾角安全阈值更新周期，设定相匹配的低功耗参数，包括tau(t3412)、psmactivetimer(t3324)、edrx周期、ptw(寻呼窗口大小)等参数，确保在满足倾角监测业务需要的前提下，最大限度的降低功耗。

对于步骤s30，在获取到杆塔状态后，根据杆塔状态发出对应的信号给到云服务器，由云服务器通知对应的管理者，保证杆塔出现问题之后对应的管理者可以第一时间了解到杆塔状态。

根据当前采集的倾角参数，与当前的倾角安全阈值对比，会出现倾角参数大于，小于或等于倾角安全阈值的不同情况，对于超出倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角超出安全范围，处于危险状态，对于小于倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角处于安全范围，可以发出安全信号或者预警信号。

具体的，在倾角参数小于倾角安全阈值时，可以判定当前杆塔为安全，但是倾角参数安全阈值范围之内，同时接近安全阈值边界时，则代表杆塔状态变成危险状态的可能性比较高，可以提前发出预警信号提示管理者，管理者可以提前预先做准备，避免杆塔突然损坏，而管理者毫无准备的，影响后续维护时间。

不同杆塔状态对应不同反馈信号，反馈信号可以分为报警信号，安全信号和安全预警信号。报警信号指杆塔倾角超出标准安全阈值范围，根据超出程度分为普通报警与严重报警；安全预警信号指杆塔倾角在倾角安全阈值范围之内，但接近倾角安全阈值边界，根据离倾角安全阈值的接近程度，从远到近，即预警从轻微到重要分为三级预警、二级预警、一级预警。

参考图4，具体的，步骤s30，包括，

s31、获取到的杆塔状态为危险状态，则发出报警信号。

s32、获取到的杆塔状态为安全状态，则发出正常信号。

s33、获取到的杆塔状态为预警状态，则发出安全预警信号。

参考图5，步骤s31，包括以下步骤：

s311、连续间隔获取的多组倾角参数。

s312、将所有倾角参数分别与倾角安全阈值进行比对。

s313、若所有的倾角参数均大于倾角安全阈值，则确定杆塔状态为危险状态。

对于步骤s311-s313，在正常对比得到倾角参数超出倾角安全阈值的情况时，需要经过多轮次确认，去除由于瞬时随机原因(如短时强风)可能造成的单次监测误差，得出安全预警或报警等不同程度的警示信号，提高监测结果精度。

本方案通过获取杆塔的环境参数与杆塔的倾角安全阈值进行比较来确定杆塔当前状态，并根据杆塔当前状态，通过nb-iot发出对应的反馈信号，提醒管理者杆塔当前状态，本方案监测精度高，同时保证监控设备能够长时间低功耗使用，提高监控时长。

参考图6-8，本发明还提出了一种杆塔倾斜监测预警装置，包括：

第一参数获取单元10，用于采集杆塔的实时倾角参数。

比对获取单元20，用于将倾角参数与倾角安全阈值进行比对，获取当前杆塔状态。

信号反馈单元30，用于根据杆塔状态发出对应的反馈信号。

第二参数获取单元11，用于定时采集环境参数。

传输单元40，用于将采集到的环境参数上传到云服务器。

计算单元50，用于根据所有采集到的环境参数，计算得到当前环境的倾角安全阈值。

环境参数包括倾角参数，风速参数和风向参数。

对于第一参数获取单元10和第二参数获取单元11，在本方案中，在杆塔上部设置有一监控终端，在终端内设置有用于采集杆塔环境参数的传感器，传感器包括有倾角传感器、风速传感器和风向传感器，通过倾角传感器可以获取杆塔当前的倾角，通过风速传感器可以获取当前环境风速，通过风向传感器可以获取当前环境风向。通过不同传感器获取杆塔当前的环境参数，并采用其中的倾角参数判断杆塔倾角是否处于安全范围，根据判定结果做出告警反馈。

对于比对获取单元20，根据当前采集的倾角参数，与当前的倾角安全阈值对比，会出现倾角参数大于，小于或等于倾角安全阈值的不同情况，对于超出倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角超出安全范围，处于危险状态，对于小于倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角处于安全范围，可以发出安全信号或者预警信号。

在正常对比得到倾角参数超出倾角安全阈值的情况时，需要经过多轮次确认，去除由于瞬时随机原因(如短时强风)可能造成的单次监测结果误差，最后得出安全预警或告警等不同程度的警示信号。

参考图7，比对获取单元20包括第一比对模块21，第二比对模块22和第三比对模块23。

第一比对模块21，用于若倾角参数超出倾角安全阈值，获取杆塔状态为危险状态。

第二比对模块22，用于若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值大于预设差值n，获取杆塔状态为安全状态。

第三比对模块23，用于若倾角参数小于倾角安全阈值，且倾角参数与倾角安全阈值的差值小于预设差值n，获取杆塔状态为预警状态。

其中n>0。

对于第一比对模块21，第二比对模块22和第三比对模块23根据当前采集的倾角参数，与当前的倾角安全阈值对比，会出现倾角参数大于，小于或等于倾角安全阈值的不同情况，对于超出倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角超出安全范围，处于危险状态，对于小于倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角处于安全范围，可以发出安全信号或者预警信号。

具体的，在倾角参数小于倾角安全阈值时，可以判定当前杆塔为安全，但是倾角参数安全阈值范围之内，同时接近安全阈值边界时，则代表杆塔状态变成危险状态的可能性比较高，可以提前发出预警信号提示管理者，管理者可以提前预先做准备，避免杆塔突然损坏，而管理者毫无准备的，影响后续维护时间。

对于信号反馈单元30，在获取到杆塔状态后，根据杆塔状态发出对应的信号给到云服务器，由云服务器通知对应的管理者，保证杆塔出现问题之后对应的管理者可以第一时间了解到杆塔状态。

根据当前采集的倾角参数，与当前的倾角安全阈值对比，会出现倾角参数大于，小于或等于倾角安全阈值的不同情况，对于超出倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角超出安全范围，处于危险状态，对于小于倾角安全阈值的情况，则代表当前杆塔倾角处于安全范围，可以发出安全信号或者预警信号。

具体的，在倾角参数小于倾角安全阈值时，可以判定当前杆塔为安全，但是倾角参数安全阈值范围之内，同时接近安全阈值边界时，则代表杆塔状态变成危险状态的可能性比较高，可以提前发出预警信号提示管理者，管理者可以提前预先做准备，避免杆塔突然损坏，而管理者毫无准备的，影响后续维护时间。

不同杆塔状态对应不同反馈信号，反馈信号可以分为报警信号，安全信号和安全预警信号。报警信号指杆塔倾角超出标准安全阈值范围，根据超出程度分为普通报警与严重报警；安全预警信号指杆塔倾角在倾角安全阈值范围之内，但接近倾角安全阈值边界，根据离倾角安全阈值的接近程度，从远到近，即预警从轻微到重要分为三级预警、二级预警、一级预警。

参考图8，信号反馈单元30包括报警反馈单元31，正常反馈单元32和预警反馈单元33。

报警反馈单元31，用于获取到的杆塔状态为危险状态时，发出报警信号。

正常反馈单元32，用于获取到的杆塔状态为安全状态时，发出正常信号。

预警反馈单元33，用于获取到的杆塔状态为预警状态时，发出安全预警信号。

在正常对比得到倾角参数超出倾角安全阈值的情况时，需要经过多轮次确认，去除由于瞬时随机原因(如短时强风)可能造成的单次监测误差，得出安全预警或报警等不同程度的警示信号，提高监测结果精度。

对于传输单元40和计算单元50，集成了不同传感器的监控终端定时采集杆塔的倾角、风向、风速等环境参数，上传至云服务器，云服务器通过所有历史数据积累深度学习，持续优化数据相关性的分析结果，形成倾角自适应算法，计算得出当前环境下该类型杆塔的安全可控的倾角范围，即倾角安全阈值，并下发到该监控终端用于本地判别。

具体的，倾角安全阈值由具体不同杆塔类型，不同建筑方式来确定，也即是不同类型的杆塔对应的倾角安全阈值不同，或者不同建筑方式建造而成的杆塔的倾角安全阈值不同。

传输单元40通过nb-iot将环境参数上传到云服务器。nb-iot用于低功耗数据通信。关于nb-iot低功耗特性的应用，基于nb-iot的低功耗工作模式psm(powersavingmode)与edrx(扩展非连续接收)模式的组合，根据实际环境中具体的倾角参数采集上报周期与倾角安全阈值更新周期，设定相匹配的低功耗参数，包括tau(t3412)、psmactivetimer(t3324)、edrx周期、ptw(寻呼窗口大小)等参数，确保在满足倾角监测业务需要的前提下，最大限度的降低功耗。

本方案通过获取杆塔的环境参数与杆塔的倾角安全阈值进行比较来确定杆塔当前状态，并根据杆塔当前状态，通过nb-iot发出对应的反馈信号，提醒管理者杆塔当前状态，本方案监测精度高，同时保证监控设备能够长时间低功耗使用，提高监控时长。

参考图9，本发明另一实施例还提出了一种杆塔倾斜监测预警系统，包括监控终端1和云服务器2，用于执行如上实施例所述的一种杆塔倾斜监测预警方法。

监控终端1内设置有用于数据处理/比对的cpu模块和用于通信的通讯模块，监控终端1还连接有传感器3，传感器3包括倾角传感器、风速/风向传感器，用于分别采集相应的环境参数，例如倾角参数，风向参数和风速参数。

云服务器2端用于接收来自监控终端1的环境参数数据和反馈信号，并将反馈信号下发到对应的管理终端，提醒对应的管理者。

具体的，通讯模块通过nb-iot将环境参数上传到云服务器2。nb-iot用于低功耗数据通信。关于nb-iot低功耗特性的应用，基于nb-iot的低功耗工作模式psm(powersavingmode)与edrx(扩展非连续接收)模式的组合，根据实际环境中具体的倾角参数采集上报周期与倾角安全阈值更新周期，设定相匹配的低功耗参数，包括tau(t3412)、psmactivetimer(t3324)、edrx周期、ptw(寻呼窗口大小)等参数，确保在满足倾角监测业务需要的前提下，最大限度的降低功耗。

使用时，初始化监控终端1，开启看门狗定时器，从震动频率、倾角、风向、风速传感器采样10次(10s/次)，算平均值后作为传感器的初始值。

进入bc95拨号流程。若拨号成功，进入传感器采集环节。若拨号不成功，即重新拨号。

若10次拨号不成功，复位bc95重新进行拨号。

当拨号成功时，依据云服务器2计算好的倾角安全阈值，对输入数据进行判定，是否对杆塔产生倾覆危险，得出结论进行判定。

将传感器采样的值与倾角安全阈值比较，若超过倾角安全阈值后，继续采样10次，若每次都是超过倾角安全阈值，即判断杆塔角度倾斜，数据10s上报一次。若倾角第一次超过倾角安全阈值，往后采集的数据均没超过倾角安全阈值，即判断该次采样可能为震动或者风力造成的震动，舍弃该次数据避免误报。当数据上报完成后，继续回到传感器数据采集，进行下一次循环。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。