基于云平臺的輸電桿塔滑坡監(jiān)控系統(tǒng)設計

摘 要：文章主要以寧德電網(wǎng)開展的桿塔滑坡監(jiān)測的云平臺系統(tǒng)建設項目，介紹了系統(tǒng)架構(gòu)和主要功能特點，技術(shù)框架方面重點說明了SSH框架的實施方案，介紹了其技術(shù)及軟件功能。針對云平臺建設的規(guī)約進行了上行和下行以及驗證的說明，同時，對相關(guān)類型和設備進行了設置和選取。

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

1 概述

對于高壓輸電線路由于特殊的地形地質(zhì)條件而發(fā)生的基礎滑坡、桿基傾斜、倒塌、傾覆等事件，具有突發(fā)性強、破壞性大，防治困難等鮮明特點，結(jié)合寧德當?shù)貤U塔塔基的實際情況，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)測系統(tǒng)：以滑坡體位移為主要監(jiān)測內(nèi)容，地下水水位、視頻監(jiān)控作為輔助監(jiān)測內(nèi)容，結(jié)合人為定期巡視，從而實現(xiàn)多層次、多類別的組合化監(jiān)測。根據(jù)滑坡的發(fā)育和危害程度，結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)和地形地貌特征及環(huán)境特點，確定監(jiān)測內(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，在保證實現(xiàn)基本功能的情況下，還應考慮到系統(tǒng)的擴展性、易用性等。采用無線網(wǎng)絡進行信號傳輸，并保證一定的帶寬，接口應盡量采用即插即用的設計方式。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能特點

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掌鳎鶕?jù)在系統(tǒng)中配置的報警規(guī)則判斷數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁中展現(xiàn)給用戶。獨有的可靠連接技術(shù)，針對4G無線網(wǎng)絡設計，在惡劣網(wǎng)絡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)，輕松實現(xiàn)高清晰視頻圖像在低網(wǎng)絡帶寬下的傳輸；網(wǎng)絡帶寬自適應技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡帶寬自動調(diào)整視頻幀率，單卡傳輸最高可達25幀/秒；無線傳輸延時小，平均延時小于3秒。

2.2 主要功能特點

（1）高精度的雨量、水位、測斜儀探測器，能夠準確反映所監(jiān)測區(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監(jiān)控災害發(fā)生發(fā)展情況，并可根據(jù)通信網(wǎng)絡實際情況采用定時拍照上傳圖片和實時動態(tài)視頻傳輸?shù)确绞健＃?）采用4G等先進的無線傳輸方式，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。（4）靈活的供電方式。既可以選擇高性能鋰電池+太陽能供電方式，也可以根據(jù)各地區(qū)環(huán)境的不同，靈活的選擇風光互補供電方式來保證設備的持續(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)從職責上分為四層：表示層、業(yè)務邏輯層、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、可復用性好、維護方便的Web應用程序。其中使用Struts作為系統(tǒng)的整體基礎架構(gòu)，負責MVC的分離，在Struts框架的模型部分，利用Hibernate框架對持久層提供支持，業(yè)務層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，將這些模型實現(xiàn)為基本的Java對象，然后編寫基本的DAO（Data Access Objects）接口，并給出Hibernate的DAO實現(xiàn)，采用Hibernate架構(gòu)實現(xiàn)的DAO類來實現(xiàn)Java類與數(shù)據(jù)庫之間的轉(zhuǎn)換和訪問，最后由Spring完成業(yè)務邏輯。

采用上述開發(fā)模型，不僅實現(xiàn)了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實現(xiàn)了業(yè)務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，并且數(shù)據(jù)庫的變化也不會對前端有所影響，大大提高了系統(tǒng)的可復用性。而且由于不同層之間耦合度小，有利于團隊成員并行工作，大大提高了開發(fā)效率。同時，也很容易讓其他專業(yè)人員在短期內(nèi)看懂，方便項目的接手，便于系統(tǒng)的長遠、持久的運行。在以后的維護中，也很容易實現(xiàn)功能擴展，特別是在最初編程時，就設置了一些接口，這些接口就是為了后期的擴展而提供的。

3.2 其他技術(shù)

本設計方案采用jQuery技術(shù)實現(xiàn)。jQuery是對JavaScript的封裝，它簡化了JavaScript語法具有很好的平臺兼容性，因此極大的方便了開發(fā)人員操作DOM、更多的制作網(wǎng)頁動畫的函數(shù)、使用Ajax無刷新技術(shù)使得網(wǎng)頁制作更加的簡單功能效果更加的強大。jQuery具有的優(yōu)勢：輕量級、強大的選擇器、出色的DOM操作的封裝、可靠的事件處理機制、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進制）：采樣板發(fā)送給上位機的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式：報頭（2字節(jié)）+幀標識（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）。報頭：66BB；幀標識01：電池電壓；對應數(shù)據(jù)為2字節(jié)；幀標識02：所有待檢測量采樣數(shù)據(jù)；對應數(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、8、備用、9電池電壓。

4.2 下行

下行數(shù)據(jù)定義（16進制）：上位機發(fā)送給采樣板的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式：幀標識+命令字+命令字+累加值。幀標識：01采樣間隔；03手動采樣，04視頻控制。采樣間隔命令字：08、04、02、01、00（非0數(shù)字代表小時數(shù)，0代表1分鐘）。

4.3 驗證

將報頭、幀標識、數(shù)據(jù)累加，保留1字節(jié)舍去高位，與累加值（驗證字節(jié)）判斷是否相同。

5 相關(guān)設備及類型設置

用戶可自行添加要監(jiān)控的設備，并且為設備設置要監(jiān)控類型。對于報警可以使用系統(tǒng)通用的報警設置，也可單獨為設備自己設置。系統(tǒng)動態(tài)添加新的監(jiān)測設備類型，設置監(jiān)測設備量程，設置計算系數(shù)。為監(jiān)測設備設置報警參數(shù)，當報警狀態(tài)是預警和報警時觸發(fā)預測事件，預警是按小時計算，報警是按分鐘計算。預測事件是根據(jù)齋藤算法來計算，提前預報5個單位時間內(nèi)發(fā)生的變化。也就是說預警是預報后5個小時變化的數(shù)據(jù)，報警是預報后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)測裝置與監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)共享與交互利用、數(shù)據(jù)分析與事件判斷、滑坡災害的預防和處理機制等方面取得新突破，改變輸電線路桿塔塔基滑坡災害監(jiān)測、預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)測預警系統(tǒng)，為塔基可能發(fā)生的滑坡災害提供一種在線的監(jiān)測手段，為輸電線路的安全運行提供一種新保障。

參考文獻

[1]周延穎.基于無線傳感網(wǎng)絡的山體滑坡實時監(jiān)測系統(tǒng)[D].西南交通大學，2008.

作者簡介：阮肇華（1986-），男，福建寧德人，工學碩士，工程師，研究方向為輸電線路工程。