CN116972908A - 抱杆安全性分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抱杆安全性分析方法及系统，方法包括：从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析；从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析。本发明不仅可以从当前状态判断对抱杆，还可以从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析，能够使得施工现场可以提前判断危险，做出应对措施，保证施工安全。

Description

抱杆安全性分析方法及系统

技术领域

本发明涉及电力工程安全技术领域，尤其涉及一种抱杆安全性分析方法及系统。

背景技术

对抱杆的安全分析是电力工程建设中非常重要的环节，由于施工现场往往情况复杂，设备材料种类多分布广，工程现场的安全性，尤其是“三算四验五禁止”的落实情况仍依赖施工人员的施工经验和人工监测等方式进行保障，对于抱杆及拉线的受力情况仍停留在依靠经验公式计算的情况，严重缺乏直观可视的保障手段。

本申请发明人在实现本发明实施例技术方法的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：

目前，方案一是通过传统的视频监控与机器视觉在施工现场监测安全状态，但该方案受天气、光照等环境因素影响较大，且无法监测到承力状态等内应力的微观变化。

方案二是基于抱杆已经出现的角度，用姿态仪或者其它姿态传感器测量已有的角度进行报警，当检测到的角度超过某一阈值时认为出现异常。但由于抱杆角度变化较快，若在组立过程中出现抱杆倾斜，难以利用角度检测保证施工安全。

综上，现有技术无法应对复杂的施工环境和应对恶劣环境的动态变化，难以做到预测和预防作用，因此仅依靠传统视频监控设备与角度测量进行抱杆安全性分析，难以保证施工安全。

发明内容

本发明实施例提供一种抱杆安全性分析方法及系统，解决了现有技术难以保证施工安全技术问题。

本发明实施例一方面提供了一种抱杆安全性分析方法，所述方法包括：从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析；从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析。

可选的，所述从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析，具体包括：采用阈值判断法，从当前状态对钢丝绳进行受力安全性分析；采用同类型传感器受力分析法，从当前状态对抱杆进行姿态性分析。

可选的，所述采用阈值判断法，从当前状态对钢丝绳进行受力安全性分析，具体包括：将钢丝绳受力的阈值划分为70％以下、70％-75％、75％-80％、80％-85％、85％-90％以及90％以上共六个区间；判断拉力传感器测量的钢丝绳拉力值所处的区间，给出安全等级。

可选的，所述采用同类型传感器受力分析法，从当前状态对抱杆进行姿态性分析，具体包括：定义四根承托绳拉力值分别为D1、D2、D3、D4，相邻两钢丝绳拉力差值分别为d1＝|D1-D2|、d2＝|D2-D3|、d3＝|D2-D3|、d4＝|D4-D1|；对拉力差值进行排序得到拉力差值最大值d_max，若d_max小于给定的阈值range1，则此时四根钢丝绳拉力差值均位于一个较小的范围内；若大于阈值range1，此时情况为抱杆发生倾斜，定义d11＝|d1-d3|、d22＝|d2-d4|，则进行判断d11、d22以判断抱杆是否正常倾斜；若d11与d22均小于阈值range2，此时只是抱杆倾斜，钢丝绳工作情况依旧正常；若存在d11或d22超出阈值range2，则此时为非正常工况，应该停止施工。

可选的，所述从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析，具体为：将指数平滑法与同类型传感器受力分析法结合，对抱杆安全性变化预测。

可选的，所述将指数平滑法与同类型传感器受力分析法结合，对抱杆安全性变化预测，具体包括：指数平滑法，T时刻测量的拉力值分别为D_1T、D_2T、D_3T、D_4T；采用所述指数平滑预测四个拉力值：得到 其中，/>为第n根承托绳T+1时刻预测的拉力值；α为平滑系数，通常设置为0和1之间的值；将根据指数平滑法预测得到的四个拉力值，代入到同类型传感器受力分析法中，即可预测后续抱杆安全性变化。

本申请实施例还提供一种采用前述实施例所述的抱杆安全性分析方法的抱杆安全性分析系统，所述系统包括：传感器模组；无线通讯模组；抱杆安全性实时分析上位机，通过所述无线通信模组与所述传感器模组连接，用于从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析，从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本发明溯源抱杆发生倾斜变化的根本因素，通过分析与抱杆连接的四根钢丝绳的受力分布情况，进而预测抱杆的安全性变化。从受力安全性检测、钢丝绳安全性预测、同类型传感器安全性分析三个角度对施工过程做出综合性的安全分析与预测。使得施工现场能够提前判断抱杆倾斜，做出安全响应，保障施工安全。

(2)本发明从钢丝绳受力安全性分析、抱杆姿态性分析、抱杆安全性变化预测三个角度对施工过程做出综合性的安全分析与预测。该系统不受环境影响，能够监测到承力状态等内应力的微观变化。拉力传感器采用旁压式高精度传感器，保留了钢丝绳的完整性，减少了施工过程乃至恶劣环境中钢丝绳断裂的安全隐患。通讯模组所采用的Zigbee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术，具有更好的抗干扰能力。同时，拉力传感器已涂刷“三防漆”，降低或消除了复杂环境对电子器件性能的不利影响。

(3)本发明采用一种组合式的通信方式，拉力传感器间利用Zigbee无线通讯技术进行数据传输汇总，在数据总站中转换数据格式并通过MQTT协议传输至阿里云服务器，上位机通过TCP通信技术从服务器中读取实时数据进行分析，显示分析结果，直观便捷。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的抱杆安全性分析系统的示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的抱杆安全性分析方法的整体示意图

图中：1、钢丝绳；2、拉力传感器；3、无线通讯模组；4、抱杆安全性实时分析上位机；5、抱杆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，抱杆安全性分析系统包括：传感器模组；无线通讯模组3；抱杆安全性实时分析上位机4，通过所述无线通信模组3与所述传感器模组连接，用于从当前状态判断对抱杆5安全性进行检测分析，从后续状态预测对抱杆5安全性进行检测分析。

其中，传感器模组采用基于单片机控制的拉力传感器2。

无线通讯模组组3采用结合Zigbee、MQTT以及TCP等协议的组合通讯方式。使用Zigbee无线传感网络，使得本系统所有传感器采集到的数据均通过无线的方式进行传输，最后由Zigbee终端网络通过TCP协议传输到软件系统进行分析。

抱杆安全性实时分析上位机4分别从钢丝绳1受力安全性分析、抱杆姿态性分析、抱杆安全性变化预测三个角度进行系统的安全性分析。在面向铁塔组立过程安全实时监测，通过四根钢丝绳1拉力分布判断抱杆安全性，将判断与预测相结合，进而提前判断抱杆5安全性状态，判断施工安全状况，保障施工安全。

请参考图2，钢丝绳受力安全性分析采用阈值判断法，即将钢丝绳受力的阈值分为多个区段，通过传感器测得的拉力值所处的区间来判断安全状况。

所述阈值判断法，即将钢丝绳受力的阈值划分为多个区段，判断传感器测得的拉力值所处于的区间，从而给出安全等级。当传感器测得的力值处于钢丝绳受力阈值的70％以下对应给定的安全等级为5、70％-75％对应给定的安全等级为4、75％-80％对应给定的安全等级为3、80％-85％对应给定的安全等级为2、85％-90％对应给定的安全等级为1以及90％以上对应给定的安全等级为0。

抱杆姿态性分析采用同类型传感器安全性法，其区分两种情况：一是抱杆未发生倾斜的情况下，此时四根承托绳受力均匀，拉力差值会在小范围内波动；二是当抱杆向一侧发生倾斜时，会出现受力侧两钢丝绳拉力大于非受力侧的两根钢丝绳，但同侧的两根钢丝绳拉力依旧分布均匀。

所述同类型传感器受力分析法，即对于受力均匀性定义四根承托绳拉力值分别为D1、D2、D3、D4，相邻两钢丝绳拉力差值分别为d1、d2、d3、d4

d1＝|D1-D2|

d2＝|D2-D3|

d3＝|D3-D4|

d4＝|D4-D1|

对拉力差值d1，d2，d3，d4进行排序，得到拉力差值最大值d_max。若d_max小于给定的阈值range1，则此时四根钢丝绳拉力差值均位于一个较小的范围内。若d_max大于阈值range1，则继续进行判断

d11＝|d1-d3|

d22＝|d2-d4|

此时情况为抱杆发生倾斜，需要继续判断是正常倾斜，即受力侧与非受力侧的两钢丝绳是否受力均匀。若d11与d22均小于阈值range2，那么此时只是抱杆倾斜，钢丝绳工作情况依旧正常；若存在d11或d22超出阈值range2，则此时为非正常工况，应该停止施工。

所述抱杆安全性变化预测结合使用了指数平滑法与同类型传感器受力分析法。所述抱杆安全性变化预测基于当前的数据，采用指数平滑法预测未来钢丝绳受力，之后采用同类型传感器安全性分析判断是否会出现抱杆倾斜的情况。

所述指数平滑法，认为离着预测点时间越近的点，对预测点的影响越大。设T时刻测量的拉力值分别为采用所述指数平滑预测四个拉力值：

由上式得到其中，/>为第n根承托绳T+1时刻预测的拉力值；α为平滑系数，通常设置为0和1之间的值。由上式可知较大的α值意味着模型主要关注最近的过去观察，而较小的α值意味着在进行预测时会考虑更多的历史。此时再使用阈值判断法，即可完成对钢丝绳安全性的预测。

所述同类型传感器指数平滑法与受力分析法结合，是指先使用指数平滑法对拉力进行时间序列预测，再利用同类型传感器受力分析法对未来抱杆安全性进行判断。计算相邻两钢丝绳拉力差值分别为：

对预测的拉力差值进行排序，得到预测拉力差值的最大值/>若/>小于给定的阈值range3，则此时四根钢丝绳拉力差值均位于一个较小的范围内。若dmax大于阈值range3，则继续进行判断

此时情况为:抱杆将要发生倾斜，需要继续判断是否为正常倾斜，即受力侧与非受力侧的两钢丝绳是否受力均匀，若与/>均小于阈值range4，那么后续只是抱杆倾斜，钢丝绳工作情况依旧正常。若存在/>或/>超出阈值range4，则后续为非正常工况，应该停止施工。

Claims (7)

1.一种抱杆安全性分析方法，其特征在于，所述方法包括：

从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析；

从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析，具体包括：

采用阈值判断法，从当前状态对钢丝绳进行受力安全性分析；

采用同类型传感器受力分析法，从当前状态对抱杆进行姿态性分析。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用阈值判断法，从当前状态对钢丝绳进行受力安全性分析，具体包括：

将钢丝绳受力的阈值划分为70％以下、70％-75％、75％-80％、80％-85％、85％-90％以及90％以上共六个区间；

判断拉力传感器测量的钢丝绳拉力值所处的区间，给出安全等级。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用同类型传感器受力分析法，从当前状态对抱杆进行姿态性分析，具体包括：

定义四根承托绳拉力值分别为D1、D2、D3、D4，相邻两钢丝绳拉力差值分别为d1＝|D1-D2|、d2＝|D2-D3|、d3＝|D2-D3|、d4＝|D4-D1|；

对拉力差值进行排序得到拉力差值最大值d_max，若d_max小于给定的阈值range1，则此时四根钢丝绳拉力差值均位于一个较小的范围内；

若大于阈值range1，此时情况为抱杆发生倾斜，定义d11＝|d1-d3|、d22＝|d2-d4|，则进行判断d11、d22以判断抱杆是否正常倾斜；

若d11与d22均小于阈值range2，此时只是抱杆倾斜，钢丝绳工作情况依旧正常；若存在d11或d22超出阈值range2，则此时为非正常工况，应该停止施工。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析，具体为：

将指数平滑法与同类型传感器受力分析法结合，对抱杆安全性变化预测。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将指数平滑法与同类型传感器受力分析法结合，对抱杆安全性变化预测，具体包括：

指数平滑法，T时刻测量的拉力值分别为

采用所述指数平滑预测四个拉力值：

得到其中，/>为第n根承托绳T+1时刻预测的拉力值；α为平滑系数，通常设置为0和1之间的值；

将根据指数平滑法预测得到的四个拉力值，代入到同类型传感器受力分析法中，即可预测后续抱杆安全性变化。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的抱杆安全性分析方法的抱杆安全性分析系统，所述系统包括：

传感器模组；

无线通讯模组；

抱杆安全性实时分析上位机，通过所述无线通信模组与所述传感器模组连接，用于从当前状态判断对抱杆安全性进行检测分析，从后续状态预测对抱杆安全性进行检测分析。