CN208688485U - 基于光电法的铁塔倾斜测量装置及铁塔倾斜监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光电法的铁塔倾斜测量装置及铁塔倾斜监测系统，该铁塔倾斜测量装置包括发光组件和摄像组件；发光组件和摄像组件相对设置在塔顶及塔底所在水平内；发光组件包括用于发射不可见光的发光单元，所述摄像组件包括用于拍摄不可见光得到包含不可见光光源图像的摄像头。本实用新型提供的铁塔倾斜测量装置，通过设置于铁塔塔顶和塔底的发光组件及摄像组件组成的测量装置，利用摄像组件获取发光组件中发光单元的实时位置图像，并根据获取的发光单元位置前后变化，判断铁塔是否倾斜，不仅简化了测量装置和测量过程，而且基于光电法，具有较高的测量精度，可对铁塔倾斜程度进行实时有效的监控。

Description

基于光电法的铁塔倾斜测量装置及铁塔倾斜监测系统

技术领域

本实用新型属于铁塔监测技术领域，涉及一种通信铁塔倾斜测量技术，具体涉及一种基于光电法的铁塔倾斜测量装置及铁塔倾斜监测系统。

背景技术

近年来，随着电力、通信网络的覆盖面积越来越广，高压输电线铁塔、通信基站铁塔等被广泛应用。然而一些自然现象(如雨雪、大风等)、工程施工、矿产开采及人为破坏等原因，在成塔体倾斜的情况时有发生。铁塔倾斜会造成输电线路和通信网络的中断，这不仅对输电网的安全运行和通信网的正常工作造成极大的威胁，产生难以估量的经济损失，还会威胁到人民生命安全！通过对铁塔倾斜度进行监测，有助于线路运行人员及时掌握铁塔运行状况，从而确保通信的安全运行。对于常用的三角通信塔(简称三角塔)，其偏移1/1500则需报警，对于单杆通信塔(简称单杆塔)，其偏移1/750则需报警，因此，对铁塔倾斜度实现精确测量具有十分重要的意义。

申请号为201521054508.6的专利申请文件公开了一种基于无线传感器网络的通信铁塔监测系统，该监测系统主要是由安装在通信铁塔顶端且可发生不同频率信号的超声波发射器、多个安装在通信铁塔底端且分别与超声波发射器无线通信的无线传感器节点以及与多个无线传感器节点无线数据通信的监控平台组成。由超声波发射器发射多个不同频率的超声波信号，不断的检测通信铁塔各无线传感器节点数据变化，实现对铁塔倾斜的监测。

申请号为201711423516.7的专利申请文件公开了一种铁塔倾斜角度与倾斜距离显示方法及系统，其系统包括设置铁塔倾斜角度或倾斜距离显示参数模块、获取及筛选倾角数据模块、显示倾斜角度或倾斜距离模块、显示铁塔倾斜程度模块等。其实在模板中采用倾斜角度值或倾斜距离值表示刻度，根据刻度采用不同半径的同心圆显示铁塔倾斜角度或倾斜距离。

上述两种铁塔倾斜度测量系统不仅结构复杂、成本高，而且测量过程繁琐，影响因素较多，难以确保特别倾斜度的测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在，针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种基于光电法的铁塔倾斜测量装置，不仅结构简单、操作方便，而且具有较高的测量精度。

本实用新型的另一目的旨在提供一种铁塔倾斜监测系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案来实现。

本实用新型提供的基于光电法的铁塔倾斜测量装置，包括发光组件和摄像组件；所述发光组件和摄像组件相对设置在塔顶及塔底所在水平面内；所述发光组件包括用于发射不可见光的发光单元，所述摄像组件包括用于拍摄不可见光得到包含不可见光光源图像的摄像头。该基于光电法的铁塔倾斜测量装置工作原理为：发光单元发射不可见光，摄像头拍摄不可见光得到包含不可见光光源图像，实时获取不可见光光源的位置图像，并以不可见光光源位置作为发光单元位置。将其与初始安装时发光单元的图像位置相比较，根据发光单元位置前后变化，判断铁塔是否倾斜。同时将当前发光单元位置与初始安装时对应的发光单元位置偏移距离作为铁塔偏移量，并将铁塔偏移量作为铁塔倾斜程度的判断依据。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，在一种实现方式中，所述发光组件设置于塔顶，所述摄像组件设置于塔底所在水平面内。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，在另一种实现方式中，所述摄像组件设置于塔顶，所述发光组件设置于塔底所在水平面内。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，所述发光组件进一步包括发光控制板和电源；所述发光控制板与发光单元连接，用于控制发光单元发光；所述电源与发光控制板等连接，用于为发光控制板等供电。本实用新型中所述发光单元为LED灯组，LED灯组至少包括一颗LED灯，LED灯通过设置于其本体内的不可见光光源发射不可见光(如红外、紫外等)，因此以不可见光光源位置作为LED灯位置。当采用多个LED灯时，以多个LED灯前后位置偏移距离的统计平均值作为铁塔偏移量，以提高铁塔倾斜测量精度。所述发光控制板为LED灯控制板，LED灯控制板用于控制LED灯按照一定的频率发射不可见光，所述电源为电池。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，所述发光组件和摄像组件通过LoRa芯片或433M无线发射接收模块实现通讯；

当发光组件和摄像组通过LoRa芯片实现通讯时，所述发光组件和摄像组件分别设置有LoRa芯片；

当发光组件和摄像组通过433M无线发射接收模块实现通讯时，所述433M无线发射接收模块包括发射模块和接收模块，发射模块安装于摄像组件，接收模块安装于发光组件。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，摄像头上设置与不可见光波段对应的滤镜，由摄像头所成像的图像中，不可见光光源的颜色不同于拍摄的图片中的背景色，例如背景色若为黑色，不可见光光源在图像中可以呈现为白色、红色或者其它易于黑色的颜色。此外，当不可见光光源在图像中呈现为点光源时，该点光源坐标即为不可见光光源位置坐标；当不可见光光源在图像中呈现为其它几何形状，例如圆形、椭圆形等，为了提高铁塔倾斜测量精度，可以取其中心位置坐标作为不可见光光源坐标；当然也可以根据实际需要取其他位置的坐标。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，所述摄像组件设置有NB-IOT芯片，摄像组件通过NB-IOT芯片与中心服务器通讯，将包含发光单元位置的图像信息传送给中心服务器。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，所述摄像组件进一步包括PCBA主控板和电源，所述PCBA主控板分别与LoRa芯片或发射模块、NB-IOT芯片和摄像头连接，用于控制各组件协同工作；所述电源分别与PCBA主控板、LoRa芯片或发射模块、NB-IOT芯片和摄像头连接。所述电源为电池。

本实用新型进一步提供了一种铁塔倾斜监测系统，包括上述铁塔倾斜测量装置、基站和中心服务器；所述铁塔倾斜测量装置摄像组件中的NB-IOT芯片将图像信息通过基站传输给中心服务器进行显示、保存和数据统计等。本实用新型中，所述中心服务器为具有显示、保持和数据统计等功能的常规计算机。此外，中心服务器将实时接收到的发光单元位置与铁塔没有倾斜时对应的发光单元位置相比较，当实时获取的发光单元位置与铁塔没有倾斜时对应的发光单元位置偏移距离(即铁塔偏移量)超过设定阈值时，中心服务器报警，并通知相关负责人。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的铁塔倾斜测量装置，通过设置于铁塔塔顶和塔底的发光组件及摄像组件组成的测量装置，利用摄像组件获取发光组件中发光单元的实时位置图像，并根据获取的发光单元位置前后变化，判断铁塔是否倾斜，不仅简化了测量装置和测量过程，而且基于光电法，具有较高的测量精度，可对铁塔倾斜程度进行实时有效的监控。

2、本实用新型提供的铁塔倾斜测量装置，进一步通过设置LED灯、LoRa芯片或433M无线发射接收模块、PCBA主控板等，可实现对铁塔偏移量的实时测量，为对铁塔倾斜程度进行实时有效的监控提供相应的数据支持。

3、本实用新型提供的铁塔倾斜监测系统，通过铁塔倾斜测量装置获取的包含发光单元位置的图像信息经基站传送到后台中心服务器，由中心服务器对铁塔倾斜情况实时显示、保存和统计，供工作人员查看，当铁塔偏移量超过一定程度时，可采取相应措施，避免造成人民生命安全及财产损失。

附图说明

图1为本实用新型针对单杆塔的基于光电法的铁塔倾斜测量装置。

图2为本实用新型针对三角塔的基于光电法的铁塔倾斜测量装置。

图3为本实用新型实施例1中发光组件各元件之间连接关系示意图。

图4为本实用新型实施例1中摄像组件各元件之间连接关系示意图。

图5为本实用新型实施例1中LED灯随铁塔倾斜前后位置变化示意图。

图6为本实用新型铁塔倾斜监测系统构成示意图。

图中，1-发光组件，2-摄像组件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例1

本实施例针对单杆塔，提供的基于光电法的铁塔倾斜测量装置，如图1所示，该铁塔倾斜测量装置包括发光组件1和摄像组件2；发光组件1安装在铁塔塔顶，摄像组件安装在铁塔塔底所在基座(这里指地面)上，摄像组件与铁塔塔底在同一水平面内，发光组件1和摄像组件2位置相对。

如图3所示，发光组件包括发光单元、发光控制板、LoRa芯片和电源；LoRa芯片的信号输出端与发光控制板的信号输入端连接，发光控制板的信号输出端与发光单元连接，电源分别与LoRa芯片和发光控制板连接，为两者供电。本实施例中发光单元为由多个发射红外线的LED灯组成的LED灯组，发光控制板为LED灯控制板，用于控制每个LED灯按照一定的频率亮灯。电源为电池。

如图4所示，摄像组件包括摄像头、LoRa芯片、NB-IOT芯片、PCBA主控板和电源，所述PCBA主控板分别与摄像头、LoRa芯片和NB-IOT芯片连接，用于控制各元件的运行。电源分别与为摄像头、LoRa芯片、NB-IOT芯片和PCBA主控板连接，用于为各元件供电。本实施例中摄像头为红外摄像头，摄像头上设置有与红外线波段对应的滤镜，摄像头的感应元件只有在感受到该波段的红外线时才进行曝光，得到包含红外线光源(即LED灯)的图像；本实施例中摄像头拍摄得到的图像中背景呈现黑色，红外线光源为点光源、呈现红色；电源为电池。

如图1所示，发光组件的发光单元与摄像组件的摄像头初始安装在铁塔上时两者相对且两者轴线重合，位于同一竖直方向上，铁塔没有倾斜。发光组件和摄像组件分别通过各自设置的LoRa芯片实现通讯。所述摄像组件通过其设置的NB-IOT芯片与作为后台中心服务器的计算机通讯。

上述基于光电法的铁塔倾斜测量装置的使用方法为：摄像组件PCBA主控板控制其LoRa芯片与发光组件LoRa芯片通讯，发光组件LoRa芯片接收到来自摄像组件的LoRa信号后，LED灯控制板控制LED灯亮灯发射红外线，摄像头拍摄红外线得到包含红外线光源的图像。通过将当前包含红外线光源的图像上红外线光源(即LED灯)的位置坐标，与初始安装时摄像头拍摄图像上对应红外线光源(即LED灯)的位置坐标相比较，看红外线光源(即LED灯)位置前后是否变化，若位置没有变化，表明铁塔没有倾斜；若位置发生了偏移，表明铁塔发生了倾斜。根据图像上每个红外线光源(即LED灯)前后位置偏移距离(可以根据图像上每个红外线光源的前后位置坐标计算得到)以及图像坐标与现场实际坐标之间的比例关系，便可得到实际LED灯前后位置偏移距离，将所有LED灯前后位置偏移距离统计平均，并将统计平均值作为铁塔偏移量。

如图5所示，以一个LED灯为例，位置o为摄像头所在位置，位置P为铁塔未倾斜时LED灯所在位置(对应图1中实线所示位置)，位置P'为铁塔倾斜时对应LED灯所在位置(对应图1中虚线所示位置)。P、P'之间的距离记为LED灯前后位置偏移距离(即铁塔偏移量)。根据前面指出的，当铁塔偏移1/750时就需报警，假设塔高为60m，则铁塔偏移量阈值为当铁塔偏移量超过80mm时，铁塔处于工作异常状态，应报警。对于实施例2中的三角塔，当铁塔偏移1/1500时就需报警，假设塔高为60m，则铁塔偏移量阈值为当铁塔偏移量超过40mm时，铁塔处于工作异常状态，应报警。

以上过程可以通过工作人员对摄像头拍摄的图像进行处理完成。为了降低工作人员的工作强度，提高工作效率和测量精度，同时实现对LED灯位置的实时测量，可以在PCBA主控板上设置常规图像处理模块(例如matlab)，对摄像头拍摄的图像进行处理，提取图像中红色点(代表红外线光源)所在位置的像素坐标即得到红外线光源(即LED灯)的位置坐标，PCBA主控板将含有红外线光源(即LED灯)位置坐标信息在内的图像信息通过NB-IOT芯片传送给中心服务器。中心服务器将实时接收到的红外线光源(即LED灯)位置坐标与初始安装时对应的红外线光源(即LED灯)位置坐标(由初始安装时摄像头拍摄的图像得到)相比较，若位置没有变化，表明铁塔没有倾斜；若位置发生了偏移，表明铁塔发生了倾斜。中心服务器根据图像上每个红外线光源(即LED灯)前后位置偏移距离(可以根据图像上每个红外线光源的前后位置坐标计算得到)以及图像坐标与现场实际坐标之间的比例关系，便可得到实际LED灯前后位置偏移距离，将所有LED灯前后位置偏移距离统计平均，并将统计平均值作为铁塔偏移量。中心服务器将得到的铁塔偏移量与设定阈值比较，当超过设定阈值时，中心服务器报警，同时通知相关负责人。

此外，上述发光组件和摄像组也可以通过433M无线发射接收模块实现通讯时，此时433M无线发射接收模块包括发射模块和接收模块，发射模块安装于摄像组件，接收模块安装于发光组件。

实施例2

本实施例针对等腰三角塔，提供的基于光电法的铁塔倾斜测量装置，如图2所示，其特征在于所述发光组件安装于塔顶，所述摄像组件安装于塔底所在基座上。该铁塔倾斜测量装置包括发光组件1和摄像组件2；摄像组件安装在铁塔塔顶，发光组件1安装在铁塔塔底所在基座(这里指地面)上，且位于等腰三角塔底边的中心位置，发光组件1和摄像组件2位置相对。

上述发光组件和摄像组件的构成及功能与实施例1中的相同。

实施例3

本实施例提供的铁塔监测系统，如图5所示，其包括实施例1或实施例2中提供的铁塔倾斜测量装置、基站和中心服务器。铁塔倾斜测量装置作为前端硬件设备负责获取LED灯位置，基站作为信息传输层，中心服务器作为后台控制层，本实施例中心服务器采用的是计算机。铁塔倾斜测量装置将含有红外线光源(即LED灯)位置坐标信息在内的图像信息利用NB-IOT芯片通过基站传送给后台中心服务器，中心服务器对接收的数据进行显示、保存和数据统计,同时根据图像上每个红外线光源(即LED灯)前后位置偏移距离(可以根据图像上每个红外线光源的前后位置坐标计算得到)以及图像与现场实际坐标的比例关系，便可得到实际LED灯前后位置偏移距离，将所有LED灯前后位置偏移距离统计平均，并将统计平均值作为铁塔偏移量。工作人员可以根据中心服务器，实时了解铁塔倾斜情况。当铁塔偏移量超过设定阈值时，中心服务器报警并通知相关负责人。相关负责人根据铁塔倾斜情况及时采取相应措施，避免引起通信网络中断，给人民造成生命安全及财产损失。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于包括发光组件(1)和摄像组件(2)；所述发光组件(1)和摄像组件(2)相对设置在塔顶及塔底所在水平面内；所述发光组件(1)包括用于发射不可见光的发光单元，所述摄像组件(2)包括用于拍摄不可见光得到包含不可见光光源图像的摄像头。

2.根据权利要求1所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述发光组件设置于塔顶，所述摄像组件设置于塔底所在水平面内。

3.根据权利要求1所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述摄像组件设置于塔顶，所述发光组件设置于塔底所在水平面内。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述发光组件(1)进一步包括发光控制板和电源，所述发光控制板与发光单元连接，所述电源与发光控制板连接。

5.根据权利要求4所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述发光单元为LED灯组，所述发光控制板为LED灯控制板。

6.根据权利要求5所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述发光组件和摄像组件通过LoRa芯片或433M无线发射接收模块实现通讯；

当发光组件和摄像组通过LoRa芯片实现通讯时，所述发光组件和摄像组件分别设置有LoRa芯片；

当发光组件和摄像组通过433M无线发射接收模块实现通讯时，所述433M无线发射接收模块包括发射模块和接收模块，发射模块安装于摄像组件，接收模块安装于发光组件。

7.根据权利要求6所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述摄像组件设置有NB-IOT芯片。

8.根据权利要求7所述基于光电法的铁塔倾斜测量装置，其特征在于所述摄像组件(2)进一步包括PCBA主控板和电源，所述PCBA主控板分别与LoRa芯片或发射模块、NB-IOT芯片和摄像头连接，所述电源分别与PCBA主控板、LoRa芯片或发射模块、NB-IOT芯片和摄像头连接。

9.一种铁塔倾斜监测系统，其特征在于包括权利要求8所述铁塔倾斜测量装置、基站和中心服务器；所述铁塔倾斜测量装置摄像组件中的NB-IOT芯片将铁塔状态信息通过基站传输给中心服务器进行显示、保存和数据统计。

10.根据权利要求9所述铁塔倾斜监测系统，其特征在于所述中心服务器为计算机。