基于云平台的输电杆塔滑坡监控系统设计

摘 要：文章主要以宁德电网开展的杆塔滑坡监测的云平台系统建设项目，介绍了系统架构和主要功能特点，技术框架方面重点说明了SSH框架的实施方案，介绍了其技术及软件功能。针对云平台建设的规约进行了上行和下行以及验证的说明，同时，对相关类型和设备进行了设置和选取。

关键词：输电杆塔；滑坡监测；监控系统；云平台

1 概述

对于高压输电线路由于特殊的地形地质条件而发生的基础滑坡、杆基倾斜、倒塌、倾覆等事件，具有突发性强、破坏性大，防治困难等鲜明特点，结合宁德当地杆塔塔基的实际情况，选取具有代表性的杆塔，遵循以下技术路线来构建塔基滑坡监测系统：以滑坡体位移为主要监测内容，地下水水位、视频监控作为辅助监测内容，结合人为定期巡视，从而实现多层次、多类别的组合化监测。根据滑坡的发育和危害程度，结合当地的地质和地形地貌特征及环境特点，确定监测内容的种类和传感器的数量。要充分考虑精度、功耗、容量、耐候性等基本要求，在保证实现基本功能的情况下，还应考虑到系统的扩展性、易用性等。采用无线网络进行信号传输，并保证一定的带宽，接口应尽量采用即插即用的设计方式。

2 系统架构及主要功能特点

2.1 系统架构

系统将传感器数据通过4G模块传输到服务器，根据在系统中配置的报警规则判断数据，并将数据在网页中展现给用户。独有的可靠连接技术，针对4G无线网络设计，在恶劣网络条件下保障视频流畅传输；高效H.264超低码流视频压缩技术，轻松实现高清晰视频图像在低网络带宽下的传输；网络带宽自适应技术，根据网络带宽自动调整视频帧率，单卡传输最高可达25帧/秒；无线传输延时小，平均延时小于3秒。

2.2 主要功能特点

（1）高精度的雨量、水位、测斜仪探测器，能够准确反映所监测区域的数据变化情况。（2）高清晰的视频监控系统能够实时监控灾害发生发展情况，并可根据通信网络实际情况采用定时拍照上传图片和实时动态视频传输等方式。（3）采用4G等先进的无线传输方式，可以不受空间和地域的限制，减少布线所带来的巨大工作量，保证传输的稳定、可靠、及时。（4）灵活的供电方式。既可以选择高性能锂电池+太阳能供电方式，也可以根据各地区环境的不同，灵活的选择风光互补供电方式来保证设备的持续工作。

3 技术框架

3.1 SSH框架

本系统采用的是目前社会上软件开发领域最流行的MVC开发模式，基于SSH框架。集成SSH框架的系统从职责上分为四层：表示层、业务逻辑层、数据持久层和模块层，以帮助开发人员在短期内搭建结构清晰、可复用性好、维护方便的Web应用程序。其中使用Struts作为系统的整体基础架构，负责MVC的分离，在Struts框架的模型部分，利用Hibernate框架对持久层提供支持，业务层Spring支持。具体做法是：用面向对象的分析方法根据需求提出一些模型，将这些模型实现为基本的Java对象，然后编写基本的DAO（Data Access Objects）接口，并给出Hibernate的DAO实现，采用Hibernate架构实现的DAO类来实现Java类与数据库之间的转换和访问，最后由Spring完成业务逻辑。

采用上述开发模型，不仅实现了视图、控制器与模型的彻底分离，而且还实现了业务逻辑层与持久层的分离。这样无论前端如何变化，模型层只需很少的改动，并且数据库的变化也不会对前端有所影响，大大提高了系统的可复用性。而且由于不同层之间耦合度小，有利于团队成员并行工作，大大提高了开发效率。同时，也很容易让其他专业人员在短期内看懂，方便项目的接手，便于系统的长远、持久的运行。在以后的维护中，也很容易实现功能扩展，特别是在最初编程时，就设置了一些接口，这些接口就是为了后期的扩展而提供的。

3.2 其他技术

本设计方案采用jQuery技术实现。jQuery是对JavaScript的封装，它简化了JavaScript语法具有很好的平台兼容性，因此极大的方便了开发人员操作DOM、更多的制作网页动画的函数、使用Ajax无刷新技术使得网页制作更加的简单功能效果更加的强大。jQuery具有的优势：轻量级、强大的选择器、出色的DOM操作的封装、可靠的事件处理机制、完善的Ajax、出色的浏览器兼容性、开源等。

3.3 软件功能

杆塔滑坡监控系统平台软件功能如图1所示。

4 规约

4.1 上行

上行数据定义（16进制）：采样板发送给上位机的数据。数据格式：报头（2字节）+帧标识（1字节）+数据（2或18字节）+累加值（1字节，高位舍去）。报头：66BB；帧标识01：电池电压；对应数据为2字节；帧标识02：所有待检测量采样数据；对应数据为18字节。数据次序：1-4角度、5水位、6位移、7振动、8、备用、9电池电压。

4.2 下行

下行数据定义（16进制）：上位机发送给采样板的数据。数据格式：帧标识+命令字+命令字+累加值。帧标识：01采样间隔；03手动采样，04视频控制。采样间隔命令字：08、04、02、01、00（非0数字代表小时数，0代表1分钟）。

4.3 验证

将报头、帧标识、数据累加，保留1字节舍去高位，与累加值（验证字节）判断是否相同。

5 相关设备及类型设置

用户可自行添加要监控的设备，并且为设备设置要监控类型。对于报警可以使用系统通用的报警设置，也可单独为设备自己设置。系统动态添加新的监测设备类型，设置监测设备量程，设置计算系数。为监测设备设置报警参数，当报警状态是预警和报警时触发预测事件，预警是按小时计算，报警是按分钟计算。预测事件是根据斋藤算法来计算，提前预报5个单位时间内发生的变化。也就是说预警是预报后5个小时变化的数据，报警是预报后5分钟变化的数据。

6 结束语

从智能输电线路的高度，在滑坡监测装置与监测系统、数据共享与交互利用、数据分析与事件判断、滑坡灾害的预防和处理机制等方面取得新突破，改变输电线路杆塔塔基滑坡灾害监测、预防和处理的落后局面。提出攻克输电线路杆塔塔基滑坡监测装置及系统的关键技术，研发输电线路杆塔塔基滑坡监测预警系统，为塔基可能发生的滑坡灾害提供一种在线的监测手段，为输电线路的安全运行提供一种新保障。

参考文献

[1]周延颖.基于无线传感网络的山体滑坡实时监测系统[D].西南交通大学，2008.

作者简介：阮肇华（1986-），男，福建宁德人，工学硕士，工程师，研究方向为输电线路工程。