一种杆塔综合监测预警系统

本发明涉及杆塔实时监测，具体是一种杆塔综合监测预警系统。

背景技术：

1、杆塔作为输电、照明和信号传输等领域的重要设施，发挥着不可替代的作用。然而，随着气候灾害频繁发生，导致杆塔倒塌事故不断增加，这些事故不仅对基础设施造成了严重损害，还危及了周边环境与人们的安全。杆塔倒塌的根本原因包括土壤沉降、强风、金属部件腐蚀生锈以及鸟类筑巢等因素。

2、在本领域中自动化测量杆塔倾斜常见的技术方案是使用一般的倾角传感器测量倾角，但这种方法容易受到温度影响，而通过相机拍摄图片的方式检测如果遇到浓雾等天气会对结果产生较大影响，如公开号为cn116642464a的一种基于角度的杆塔倾斜率测量方法，提出一种基于角度的杆塔倾斜率测量方法，使用图像处理技术自动识别出杆塔塔腿至横担间的主材坡度，基于角度的测量方法，在一台经纬仪上安装高清相机，可得到计算杆塔倾斜率所需的全部数据，以提升杆塔倾斜测量过程的精度和安全性；结合图像处理技术得到测量算法中的主材坡度，以提高测量效率；传统的检测鸟窝、腐蚀生锈的方式是使用无人机巡查，耗费人力资源；本领域常规物联网节点上传数据的方式大多使用窄带物联网（nb-iot）以及3g、4g.cat1、zigbee方式上传，如公开号为cn108981825a的一种基于nb-lot的输电杆塔监测装置、系统及方法，将输电杆塔监测装置安装在输电杆塔上，与输电杆塔联动，通过处理器判断mems传感器获取的当前姿态信息与初始姿态信息之间的姿态偏移量是否超过预设姿态偏移量，判断出输电杆塔的姿态是否发生变化，可能会出现倒塌、倾斜或者沉降等，通过网络传输单元向服务器发送报警信息，并将姿态偏移量及通过载波相位测量单元测量的载波相位测量值发送至服务器，服务器接收到报警信号后，将姿态偏移量在web业务平台上展现，可以及时获取输电杆塔的倾斜状态信息，以解决享有对于高压输电线路监测通过人工巡视方式的精度低、劳动力强度大、效益低下，以及直升机航测法的巡检费用高及存在飞行隐患的问题，这种方式由于传输速率较慢，不能实时传输高清画面；本领域常规定位方式多使用单模或多模卫星定位模块，如公开号为cn217403442u的基于北斗高精度定位技术的电力杆塔监测系统，包括倾斜角度传感器、北斗高精度模块、mcu和云端平台，通过北斗高精度定位技术对杆塔塔基沉降情况进行监测，相关数据采集后通过4g网络传输到云端平台处理，这种方式仅接收卫星信号用于定位，存在定位不准确的问题。本领域常规测量风力风向的方式是使用旋转式风力风向标，根据编码器方向和旋转速度测量风力风向，长时间运行易出现机械磨损问题。本领域常规预警方式是根据最大容忍程度缩小一定范围后设定阈值，当杆塔数据超出阈值后触发告警，若杆塔数据稳定在最大容忍程度和阈值之间，则会持续报警，产生错误告警信息。综上，传统自动测量方式在本领域中均存在一定局限性。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种杆塔综合监测预警系统，以减少温度对测量结果的影响；提升检测实时性；能够实时传输高清画面；提高位置检测精度；减少风力风向计传统机械结构在长时间工作后引起的磨损；减少误报率；实现对杆塔各项关键指标的实时监测和预警。

2、实现本发明目的的技术方案是：

3、一种杆塔综合监测预警系统，包括

4、杆塔监测节点，所述杆塔监测节点安装在需要监测的杆塔上，负责监测杆塔的相关信息并通过无线传输方式传输至地区监测中心，实现杆塔数据上传功能；

5、地区监测中心，所述地区监测中心负责对从各个杆塔监测节点收到的数据进行分析处理并上传至云端主服务器；

6、云端主服务器，云端主服务器负责接收并存储从各个地区监测中心发来的数据，通过对高斯回归预测算法结果及bp神经网络预测算法结果进行加权平均实现预测各个杆塔健康度趋势。

7、进一步地，所述杆塔监测节点包括

8、风力风向及温湿度监测模块，用于监测杆塔所在环境的风力风向及温湿度；

9、气压监测模块，用于监测杆塔所在地的气压，进而推算出海拔高度；

10、5g无线通信模块，用于向地区监测中心接收及发送杆塔监测节点的数据；所述5g无线通信模块含有天线和5g通信模组；

11、rtk（real time kinematic，实时动态载波相位差分技术）定位模块，使用rtk定位技术接收卫星和基准站定位信息；所述rtk定位模块含有天线、以及能接收全球定位系统（gps）/北斗（bd）卫星定位系统/格洛纳斯（glonass）卫星定位系统的三模rtk定位模组；

12、恒温倾斜监测模块，用于测量杆塔倾斜程度；

13、天线方位角监测模块，用于监测杆塔上天线实时方位角；

14、腐蚀生锈及鸟窝监测模块，用于分析杆塔重点区域腐蚀生锈情况和鸟窝情况；

15、所述风力风向及温湿度监测模块、气压监测模块、无线通信模块、rtk定位模块、恒温倾斜监测模块、天线方位角监测模块、腐蚀生锈及鸟窝监测模块与塔顶信号处理模块电性连接；

16、拉线拉力监测模块，用于监测杆塔拉线的拉力数据；

17、所述拉线拉力监测模块与塔杆信号处理模块电性连接；

18、塔基沉降监测模块，用于监测杆塔整体沉降程度；

19、周界防范监测模块，用于防止无关人员靠近杆塔低端；

20、杆塔接地监测模块，用于实时监测杆塔接地情况，防止雷击；

21、所述塔基沉降监测模块、周界防范监测模块、杆塔接地监测模块与塔底信号处理模块电性连接。

22、进一步地，所述地区监测中心包括地区监测计算机以及与其连接的有线通信装置、无线通信装置、显示终端。

23、进一步地，所述云端主服务器包括云端计算机以及与其连接的有线通信装置、用于存储杆塔数据的存储装置、显示终端。

24、进一步地，所述风力风向及温湿度监测模块含有固态的风力风向计和温湿度传感器。

25、进一步地，所述恒温倾斜监测模块含有制冷制热单元和微机电系统（mems）倾角传感器、第一微控制器和模数转换芯片；制冷制热单元用于保持倾角传感器处于恒温25℃；

26、所述第一微控制器与制冷制热单元、模数转换芯片电性连接；模数转换芯片与mems倾角传感器电性连接；第一微控制器通过485接口与塔顶信号处理模块电性连接。

27、进一步地，所述腐蚀生锈及鸟窝监测模块含有摄像头、固态激光雷达及第二微控制器，所述第二微控制器与所述摄像头、所述固态激光雷达电性连接，第二微控制器与塔顶信号处理模块电性连接。通过背景差分算法实现摄像头异物检测，当出现不随光照变化的异物时，若固态激光雷达未检测出，识别为腐蚀生锈，若固态激光雷达同步检出，识别为鸟窝，同时通过与塔顶信号处理模块连接的5g通信模块上传至地区监测中心，提醒人工处理。

28、进一步地，所述拉线拉力监测模块含有振弦式锚索应力拉力传感器。

29、进一步地，所述塔基沉降监测模块含有静力水准传感器。

30、进一步地，所述周界防范监测模块含有第三微控制器、激光对射电子围栏系统、人体热释电传感器和摄像头；第三微控制器与激光对射电子围栏系统、人体热释电传感器、摄像头电性连接，第三微控制器与塔底信号处理模块电性连接。当激光对射电子围栏和人体热释电传感器同时触发时，摄像头拍照并将数据通过第三微控制器、塔底信号处理模块、塔顶信号处理模块、5g通信模组上传至地区监测中心，提醒人工处理。

31、本系统工作流程包括如下步骤：

32、塔顶信号处理模块依次轮询所连接的风力风向及温湿度监测模块、气压监测模块、rtk定位模块、恒温倾斜监测模块、天线方位角监测模块、腐蚀生锈及鸟窝监测模块、塔杆信号处理模块、塔底信号处理模块，同时塔杆信号处理模块轮询拉线拉力检测模块，塔底信号处理模块轮询塔基沉降监测模块、周界防范监测模块、杆塔接地监测模块；

33、塔顶信号处理模块在收到各传感器的数据后，则暂时保存，等待下一次轮询获取新的数据后覆盖；

34、当塔顶信号处理模块收到从地区监测中心通过5g无线通信模块发来的数据请求后，将目前保存的数据通过5g无线通信模块传输至地区监测中心，若地区监测中心发送获取图像的请求，则根据请求的摄像头对应在腐蚀生锈及鸟窝监测模块或者周界防范监测模块的摄像头与5g无线通信模块之间建立数据通道，此时摄像头图像经过塔顶信号处理模块转发至5g无线通信模块，发送至地区监测中心，直至地区监测中心停止发送获取图象请求；

35、地区监测中心在收到杆塔监测节点的tcp请求后，每隔30秒向对应杆塔监测节点请求一次数据，获取后存储并将获取结果显示在终端上，若请求的数据表示摄像头检测到了异物，如鸟窝、生锈、人体触发，则请求一张图片至地区监测中心，若人工操作获取视频图像，则会一直请求获取图像，连续形成视频画面，地区监测中心每隔5分钟向云端主服务器通过tcp连接发送一次最近获取的全部杆塔监测节点数据；

36、云端主服务器通过tcp获取各个地区监测中心的数据，并将新获取的数据作为高斯回归预测算法和bp神经网络预测算法的输入，通过将两种算法的预测结果加权平均获得预测结果，如果杆塔数据将在3天内超出最大容忍范围，则在屏幕上显示告警信息并通过短信方式通知相关工作人员。

37、本发明的优点或效果：

38、本发明在杆塔顶端部署恒温倾斜检测模块用于监测杆塔倾斜情况，最大程度地避免了温度对结果产生的影响；部署固态风力风向监测模块用于监测杆塔受风情况，可以减少传统机械测量结构在长时间工作后引起的磨损；部署rtk定位模块用于实现高精度的位置检测；部署摄像头和激光雷达模块用于监测鸟窝、锈蚀以及人工远程查看；在杆塔中端部署振弦式拉线拉力监测模块用于监测杆塔拉线拉力异常；在杆塔低端部署土壤沉降监测装置用于监测塔基沉降；周界防范监测模块用于防止人和野生动物靠近；接地检测模块用于监测杆塔接地情况，通过5g模块将传感器信息反馈至云端；使用了恒温的倾角传感器和rtk定位技术，系统在测量倾角方面具有极高的精度，结合大数据和人工智能算法，可以更准确地实现对杆塔的实时监测及在杆塔未达到危险状况时实现预警，提醒人工干预；通过使用5g网络技术，使工作人员可以远程查看相关数据以及摄像头高清实时画面，便于更好地分辨异物。本发明通过集成多种新式传感器模块及在云端服务器实现预测算法，实现了对杆塔各项关键指标的实时监测和预警。