CN106595553A - 一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于摆动强弱的通信铁塔连接结构缝隙检测方法及系统。其系统包含选取缝隙检测点并设置参数模块、定时同步采集位移数据和加速度数据模块、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块和识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块。选取缝隙检测点并检测原始数据，构成原始矩阵，设置不同摆动强弱下的各检测点的缝隙最大容忍矩阵；定时同步采集位移数据和加速度数据；通过加速度数据判断摆动强弱，通过位移数据与原始数据之差是否超过临界值判断连接结构缝隙是否超出可容许范围，差矩阵中正数元素对应的缝隙超出可容许范围。本发明的方法及系统解决了难以检测铁塔连接结构缝隙是否在可容许范围内的技术问题。

Description

一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法及系统
技术领域
本发明属于通信铁塔维护技术领域，特别是涉及一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法及系统。
背景技术
目前通信铁塔主要由人工进行检测和维护。该方式具有两个缺点，一是不能精确判断通信铁塔连接结构间的缝隙是否在可容许范围内，二是人工难以观察到铁塔连接结构的缝隙，使得连接结构缝隙检测的实施难度和维护成本很大。为此，提出一种铁塔连接结构缝隙检测方法及系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是难以检测铁塔连接结构缝隙是否在可容许范围内的问题，提出一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法及系统。其中摆动强弱根据铁塔垂直摆动的加速度大小判断。
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(如塔顶)安装加速度传感器检测铁塔摆动加速度，在通信铁塔的选定连接结构的外沿安装传感器检测位移数据。
本发明提出的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，包括选取缝隙检测点并设置参数模块、定时同步采集位移数据和加速度数据模块、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块、识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块。
1、选取缝隙检测点并设置参数模块：系统分析影响铁塔安全的关键连接结构并将其设定为缝隙检测点，其个数记为N，检测得到N个缝隙检测点的位移原始数据，记为p1～pN，构成原始矩阵P＝(p1,p2,…,pN)；设置摆动强弱分界值X，当实际摆动加速度大于X时为强摆动，否则为弱摆动；设置弱摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y0；设置强摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y1。
2、定时同步采集位移数据和加速度数据模块：部署的位移传感器定时采集各缝隙检测点的位移数据，记为q1～qN，构成矩阵Q；部署的加速度传感器定时采集加速度数据，记为x；位移传感器和加速度传感器同步采集数据。
3、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块：系统首先判断铁塔摆动强弱，然后计算缝隙差矩阵；如果x≤X，则系统判断此时铁塔弱摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0；否则系统判断此时铁塔强摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y1。
4、识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块：计算缝隙差矩阵A中正数元素的序号，识别正数元素序号所对应的连接结构并显示缝隙超出可容许范围的连接结构。
基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统的系统框图，如图3所示。
本发明提出一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其按如下步骤：
步骤1、选取缝隙检测点并设置参数。
系统分析影响铁塔安全的关键连接结构并将其设定为缝隙检测点，其个数记为N，检测得到N个缝隙检测点的位移原始数据，记为p1～pN，构成原始矩阵P＝(p1,p2,…,pN)；设置摆动强弱分界值X，当实际摆动加速度大于X时为强摆动，否则为弱摆动；设置弱摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y0；设置强摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y1。
步骤2、定时同步采集加速度数据和位移数据。
部署的位移传感器定时采集各缝隙检测点的位移数据，记为q1～qN，构成矩阵Q；部署的加速度传感器定时采集加速度数据，记为x；位移传感器和加速度传感器同步采集数据。
步骤3、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵。
系统首先判断铁塔摆动强弱，然后计算缝隙差矩阵；如果x≤X，则系统判断此时铁塔弱摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0；否则系统判断此时铁塔强摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y1。
步骤4、识别超出可容许范围的连接结构缝隙。
计算缝隙差矩阵A中正数元素的序号，识别正数元素序号所对应的连接结构并显示缝隙超出可容许范围的连接结构。至此，基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测结束。
基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙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)通过铁塔摆动强弱和矩阵运算来判断连接结构缝隙是否超出可容许范围，提高了缝隙检测效率。
(2)实现了铁塔连接结构缝隙自动检测，解决了人工难以精确检测缝隙的问题。
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。
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。
本发明的实现依托上述应用场景和系统架构，在通信铁塔部分连接结构外沿安装传感器检测位移数据、在塔体一定位置(如塔顶)安装加速度传感器检测铁塔摆动强弱。本发明方法及系统实施例的实现如下：
本发明提出的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，包括选取缝隙检测点并设置参数模块、定时同步采集位移数据和加速度数据模块、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块、识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块。
1、选取缝隙检测点并设置参数模块：系统根据铁塔受力模型分析影响铁塔安全的关键连接结构，其个数记为N(本实施例中，N＝2，分别为天线连接结构和塔身连接结构)，将这些关键连接结构设定为缝隙检测点并按顺序编号，检测得到这N个检测点的位移原始数据记为p1～pN，构成原始矩阵P＝(p1,p2,…,pN)，本实施例中，原始数据p1＝p2＝0，原始矩阵P＝(0,0)。设置摆动强弱分界值X(当实际摆动加速度大于X时则为强摆动，否则为弱摆动)；设置弱摆动时各检测点的缝隙最大容许值，并将其按顺序构成矩阵Y0；设置强摆动时各检测点的缝隙最大容许值，并将其按顺序构成矩阵Y1。本实施例中设置摆动强弱分界值X＝0.1m/s2，设置铁塔弱摆动时两个检测点的缝隙最大容许值分别为0.1、0.1，构成矩阵Y0＝(0.1,0.1)，设置铁塔强摆动时两个检测点的缝隙最大容许值分别为0.5、0.5，构成矩阵Y1＝(0.5,0.5)。
2、定时同步采集位移数据和加速度数据模块：部署在连接结构外沿的位移传感器定时(本实施例中采样间隔为1s)采集各缝隙检测点的位移数据，记为q1～qN，构成矩阵Q。部署在铁塔固定位置(如塔顶)的加速度传感器定时(采样间隔为T)采集加速度数据，记为x。位移传感器和加速度传感器同步采集数据。本实施例中，部署在两个连接结构外沿的位移传感器定时采集位移数据，分别为q1＝0.1m，q2＝0.6m，构成矩阵Q＝(0.1,0.6)，同步采集的加速度数据为x＝0.12m/s2。
3、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块：系统首先判断铁塔摆动强弱，然后计算缝隙差矩阵。若x≤X，则系统判断此时铁塔弱摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0；若x>X，则系统判断此时铁塔强摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y1。本实施例中，加速度数据x＝0.12m/s2>X＝0.1，此时系统判定铁塔处于弱摆动状态，所以缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0＝(0,0.5)。
4、识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块：计算差矩阵A中正数元素的序号(可采用常用的方法实现，例如MATLAB中的相关函数)，识别该序号所对应的连接结构并显示缝隙超出可容许范围的连接结构。本实施例中，采用MATLAB中的find函数，[row,col,v]＝find(A,...)，其中row为正数元素的行号，col为正数元素的列号，向量v为所有正数元素组成的向量。本实施例中使用函数[row,col,v]＝find(A,...)得到row＝1，col＝2，即为正数元素的序号，识别出序号2所对应的连接结构为塔身连接结构，显示塔身连接结构的缝隙超出可容许范围。
本发明提出一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其实现基础为系统已经通过位移传感器和加速度传感器采集了数据，其按如下步骤：
步骤1、选取缝隙检测点并设置参数。
系统根据铁塔受力模型分析影响铁塔安全的关键连接结构，其个数记为N(本实施例中，N＝2，分别为天线连接结构和塔身连接结构)，将这些关键连接结构设定为缝隙检测点并按顺序编号，检测得到这N个检测点的位移原始数据，记为p1～pN，构成原始矩阵P＝(p1,p2,…,pN)，本实施例中，原始数据p1＝p2＝0，原始矩阵P＝(0,0)。设置摆动强弱分界值X(当实际摆动加速度大于X时则为强摆动，否则为弱摆动)；设置弱摆动时各检测点的缝隙最大容许值，并将其按顺序构成矩阵Y0；设置强摆动时各检测点的缝隙最大容许值，并将其按顺序构成矩阵Y1。本实施例中设置摆动强弱分界值X＝0.1m/s2，设置铁塔弱摆动时两个检测点的缝隙最大容许值分别为0.1、0.1，构成矩阵Y0＝(0.1,0.1)，设置铁塔强摆动时两个检测点的缝隙最大容许值分别为0.5、0.5，构成矩阵Y1＝(0.5,0.5)。
步骤2、定时同步采集加速度数据和位移数据。
部署的位移传感器定时采集各缝隙检测点的位移数据，记为q1～qN，构成矩阵Q；部署的加速度传感器定时采集加速度数据，记为x；位移传感器和加速度传感器同步采集数据。本实施例中，部署在两个连接结构外沿的位移传感器定时采集位移数据，分别为q1＝0.1m，q2＝0.6m，构成矩阵Q＝(0.1,0.6)，同步采集的加速度数据为x＝0.12m/s2。
步骤3、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵。
系统首先判断铁塔摆动强弱，然后计算缝隙差矩阵。若x≤X，则系统判断此时铁塔弱摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0；若x>X，则系统判断此时铁塔强摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y1。本实施例中，加速度数据x＝0.12m/s2>X＝0.1，此时系统判定铁塔处于弱摆动状态，所以缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0＝(0,0.5)。
步骤4、识别超出可容许范围的连接结构缝隙。
计算差矩阵A中正数元素的序号(可采用常用的方法实现，例如MATLAB中的相关函数)，识别该序号所对应的连接结构并显示缝隙超出可容许范围的连接结构。本实施例中，采用MATLAB中的find函数，[row,col,v]＝find(A,...)，其中row为正数元素的行号，col为正数元素的列号，向量v为所有正数元素组成的向量。本实施例中使用函数[row,col,v]＝find(A,...)得到row＝1，col＝2，即为正数元素的序号，识别出序号2所对应的连接结构为塔身连接结构，显示塔身连接结构的缝隙超出可容许范围。
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。

Claims (10)

1.一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，其特征在于包括选取缝隙检测点并设置参数模块、定时同步采集位移数据和加速度数据模块、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块、识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块。
2.根据权利要求1所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，其选取缝隙检测点并设置参数模块的特征在于：系统分析影响铁塔安全的关键连接结构并将其设定为缝隙检测点，其个数记为N，检测得到N个缝隙检测点的位移原始数据，记为p1～pN，构成原始矩阵P＝(p1,p2,…,pN)；设置摆动强弱分界值X，当实际摆动加速度大于X时为强摆动，否则为弱摆动；设置弱摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y0；设置强摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y1。
3.根据权利要求1所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，其定时同步采集位移数据和加速度数据模块的特征在于：部署的位移传感器定时采集各缝隙检测点的位移数据，记为q1～qN，构成矩阵Q；部署的加速度传感器定时采集加速度数据，记为x；位移传感器和加速度传感器同步采集数据。
4.根据权利要求1所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，其判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵模块的特征在于：系统首先判断铁塔摆动强弱，然后计算缝隙差矩阵；如果x≤X，则系统判断此时铁塔弱摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0；否则系统判断此时铁塔强摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y1。
5.根据权利要求1所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测系统，其识别超出可容许范围的连接结构缝隙模块的特征在于：计算缝隙差矩阵A中正数元素的序号，识别正数元素序号所对应的连接结构并显示缝隙超出可容许范围的连接结构。
6.一种基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1、选取缝隙检测点并设置参数；
步骤2、定时同步采集加速度数据和位移数据；
步骤3、判断铁塔摆动强弱并计算缝隙差矩阵；
步骤4、识别超出可容许范围的连接结构缝隙。
7.根据权利要求6所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其步骤1特征在于：系统分析影响铁塔安全的关键连接结构并将其设定为缝隙检测点，其个数记为N，检测得到N个缝隙检测点的位移原始数据，记为p1～pN，构成原始矩阵P＝(p1,p2,…,pN)；设置摆动强弱分界值X，当实际摆动加速度大于X时为强摆动，否则为弱摆动；设置弱摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y0；设置强摆动时N个检测点的缝隙最大容许值，构成矩阵Y1。
8.根据权利要求6所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其步骤2特征在于：部署的位移传感器定时采集各缝隙检测点的位移数据，记为q1～qN，构成矩阵Q；部署的加速度传感器定时采集加速度数据，记为x；位移传感器和加速度传感器同步采集数据。
9.根据权利要求6所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其步骤3特征在于：系统首先判断铁塔摆动强弱，然后计算缝隙差矩阵；如果x≤X，则系统判断此时铁塔弱摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y0；否则系统判断此时铁塔强摆动，计算缝隙差矩阵A＝Q-P-Y1。
10.根据权利要求6所述的基于摆动强弱的铁塔连接结构缝隙检测方法，其步骤4特征在于：计算缝隙差矩阵A中正数元素的序号，识别正数元素序号所对应的连接结构并显示缝隙超出可容许范围的连接结构。
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