基于云平臺(tái)的輸電桿塔滑坡監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：文章主要以寧德電網(wǎng)開展的桿塔滑坡監(jiān)測(cè)的云平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，介紹了系統(tǒng)架構(gòu)和主要功能特點(diǎn)，技術(shù)框架方面重點(diǎn)說明了SSH框架的實(shí)施方案，介紹了其技術(shù)及軟件功能。針對(duì)云平臺(tái)建設(shè)的規(guī)約進(jìn)行了上行和下行以及驗(yàn)證的說明，同時(shí)，對(duì)相關(guān)類型和設(shè)備進(jìn)行了設(shè)置和選取。

關(guān)鍵詞：輸電桿塔；滑坡監(jiān)測(cè)；監(jiān)控系統(tǒng)；云平臺(tái)

1 概述

對(duì)于高壓輸電線路由于特殊的地形地質(zhì)條件而發(fā)生的基礎(chǔ)滑坡、桿基傾斜、倒塌、傾覆等事件，具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大，防治困難等鮮明特點(diǎn)，結(jié)合寧德當(dāng)?shù)貤U塔塔基的實(shí)際情況，選取具有代表性的桿塔，遵循以下技術(shù)路線來構(gòu)建塔基滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：以滑坡體位移為主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容，地下水水位、視頻監(jiān)控作為輔助監(jiān)測(cè)內(nèi)容，結(jié)合人為定期巡視，從而實(shí)現(xiàn)多層次、多類別的組合化監(jiān)測(cè)。根據(jù)滑坡的發(fā)育和危害程度，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和地形地貌特征及環(huán)境特點(diǎn)，確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容的種類和傳感器的數(shù)量。要充分考慮精度、功耗、容量、耐候性等基本要求，在保證實(shí)現(xiàn)基本功能的情況下，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性、易用性等。采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，并保證一定的帶寬，接口應(yīng)盡量采用即插即用的設(shè)計(jì)方式。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)將傳感器數(shù)據(jù)通過4G模塊傳輸?shù)椒?wù)器，根據(jù)在系統(tǒng)中配置的報(bào)警規(guī)則判斷數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁(yè)中展現(xiàn)給用戶。獨(dú)有的可靠連接技術(shù)，針對(duì)4G無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，在惡劣網(wǎng)絡(luò)條件下保障視頻流暢傳輸；高效H.264超低碼流視頻壓縮技術(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)高清晰視頻圖像在低網(wǎng)絡(luò)帶寬下的傳輸；網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬自動(dòng)調(diào)整視頻幀率，單卡傳輸最高可達(dá)25幀/秒；無線傳輸延時(shí)小，平均延時(shí)小于3秒。

2.2 主要功能特點(diǎn)

（1）高精度的雨量、水位、測(cè)斜儀探測(cè)器，能夠準(zhǔn)確反映所監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)變化情況。（2）高清晰的視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控災(zāi)害發(fā)生發(fā)展情況，并可根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況采用定時(shí)拍照上傳圖片和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)視頻傳輸?shù)确绞健＃?）采用4G等先進(jìn)的無線傳輸方式，可以不受空間和地域的限制，減少布線所帶來的巨大工作量，保證傳輸?shù)姆€(wěn)定、可靠、及時(shí)。（4）靈活的供電方式。既可以選擇高性能鋰電池+太陽(yáng)能供電方式，也可以根據(jù)各地區(qū)環(huán)境的不同，靈活的選擇風(fēng)光互補(bǔ)供電方式來保證設(shè)備的持續(xù)工作。

3 技術(shù)框架

3.1 SSH框架

本系統(tǒng)采用的是目前社會(huì)上軟件開發(fā)領(lǐng)域最流行的MVC開發(fā)模式，基于SSH框架。集成SSH框架的系統(tǒng)從職責(zé)上分為四層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和模塊層，以幫助開發(fā)人員在短期內(nèi)搭建結(jié)構(gòu)清晰、可復(fù)用性好、維護(hù)方便的Web應(yīng)用程序。其中使用Struts作為系統(tǒng)的整體基礎(chǔ)架構(gòu)，負(fù)責(zé)MVC的分離，在Struts框架的模型部分，利用Hibernate框架對(duì)持久層提供支持，業(yè)務(wù)層Spring支持。具體做法是：用面向?qū)ο蟮姆治龇椒ǜ鶕?jù)需求提出一些模型，將這些模型實(shí)現(xiàn)為基本的Java對(duì)象，然后編寫基本的DAO（Data Access Objects）接口，并給出Hibernate的DAO實(shí)現(xiàn)，采用Hibernate架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的DAO類來實(shí)現(xiàn)Java類與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的轉(zhuǎn)換和訪問，最后由Spring完成業(yè)務(wù)邏輯。

采用上述開發(fā)模型，不僅實(shí)現(xiàn)了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯層與持久層的分離。這樣無論前端如何變化，模型層只需很少的改動(dòng)，并且數(shù)據(jù)庫(kù)的變化也不會(huì)對(duì)前端有所影響，大大提高了系統(tǒng)的可復(fù)用性。而且由于不同層之間耦合度小，有利于團(tuán)隊(duì)成員并行工作，大大提高了開發(fā)效率。同時(shí)，也很容易讓其他專業(yè)人員在短期內(nèi)看懂，方便項(xiàng)目的接手，便于系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)、持久的運(yùn)行。在以后的維護(hù)中，也很容易實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，特別是在最初編程時(shí)，就設(shè)置了一些接口，這些接口就是為了后期的擴(kuò)展而提供的。

3.2 其他技術(shù)

本設(shè)計(jì)方案采用jQuery技術(shù)實(shí)現(xiàn)。jQuery是對(duì)JavaScript的封裝，它簡(jiǎn)化了JavaScript語法具有很好的平臺(tái)兼容性，因此極大的方便了開發(fā)人員操作DOM、更多的制作網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫的函數(shù)、使用Ajax無刷新技術(shù)使得網(wǎng)頁(yè)制作更加的簡(jiǎn)單功能效果更加的強(qiáng)大。jQuery具有的優(yōu)勢(shì)：輕量級(jí)、強(qiáng)大的選擇器、出色的DOM操作的封裝、可靠的事件處理機(jī)制、完善的Ajax、出色的瀏覽器兼容性、開源等。

3.3 軟件功能

桿塔滑坡監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)軟件功能如圖1所示。

4 規(guī)約

4.1 上行

上行數(shù)據(jù)定義（16進(jìn)制）：采樣板發(fā)送給上位機(jī)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式：報(bào)頭（2字節(jié)）+幀標(biāo)識(shí)（1字節(jié)）+數(shù)據(jù)（2或18字節(jié)）+累加值（1字節(jié)，高位舍去）。報(bào)頭：66BB；幀標(biāo)識(shí)01：電池電壓；對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)為2字節(jié)；幀標(biāo)識(shí)02：所有待檢測(cè)量采樣數(shù)據(jù)；對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)為18字節(jié)。數(shù)據(jù)次序：1-4角度、5水位、6位移、7振動(dòng)、8、備用、9電池電壓。

4.2 下行

下行數(shù)據(jù)定義（16進(jìn)制）：上位機(jī)發(fā)送給采樣板的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式：幀標(biāo)識(shí)+命令字+命令字+累加值。幀標(biāo)識(shí)：01采樣間隔；03手動(dòng)采樣，04視頻控制。采樣間隔命令字：08、04、02、01、00（非0數(shù)字代表小時(shí)數(shù)，0代表1分鐘）。

4.3 驗(yàn)證

將報(bào)頭、幀標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)累加，保留1字節(jié)舍去高位，與累加值（驗(yàn)證字節(jié)）判斷是否相同。

5 相關(guān)設(shè)備及類型設(shè)置

用戶可自行添加要監(jiān)控的設(shè)備，并且為設(shè)備設(shè)置要監(jiān)控類型。對(duì)于報(bào)警可以使用系統(tǒng)通用的報(bào)警設(shè)置，也可單獨(dú)為設(shè)備自己設(shè)置。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)添加新的監(jiān)測(cè)設(shè)備類型，設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備量程，設(shè)置計(jì)算系數(shù)。為監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)置報(bào)警參數(shù)，當(dāng)報(bào)警狀態(tài)是預(yù)警和報(bào)警時(shí)觸發(fā)預(yù)測(cè)事件，預(yù)警是按小時(shí)計(jì)算，報(bào)警是按分鐘計(jì)算。預(yù)測(cè)事件是根據(jù)齋藤算法來計(jì)算，提前預(yù)報(bào)5個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的變化。也就是說預(yù)警是預(yù)報(bào)后5個(gè)小時(shí)變化的數(shù)據(jù)，報(bào)警是預(yù)報(bào)后5分鐘變化的數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

從智能輸電線路的高度，在滑坡監(jiān)測(cè)裝置與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享與交互利用、數(shù)據(jù)分析與事件判斷、滑坡災(zāi)害的預(yù)防和處理機(jī)制等方面取得新突破，改變輸電線路桿塔塔基滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)防和處理的落后局面。提出攻克輸電線路桿塔塔基滑坡監(jiān)測(cè)裝置及系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)輸電線路桿塔塔基滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，為塔基可能發(fā)生的滑坡災(zāi)害提供一種在線的監(jiān)測(cè)手段，為輸電線路的安全運(yùn)行提供一種新保障。

參考文獻(xiàn)

[1]周延穎.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的山體滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[D].西南交通大學(xué)，2008.

作者簡(jiǎn)介：阮肇華（1986-），男，福建寧德人，工學(xué)碩士，工程師，研究方向?yàn)檩旊娋€路工程。