铁塔监测方法和系统与流程

1.本技术的实施例涉及监测技术领域，尤其涉及一种铁塔监测方法和系统。


背景技术：

2.随着近年来高速铁路的迅速发展，铁路通讯设施的正常运行变得愈发重要。长期工作在全天候环境下的铁塔，容易受到恶劣天气的影响，且由于输电线路较长，工程地质条件复杂多样，运行中的铁塔经常会发生不均匀沉降以及倾斜，厘米级的倾斜就可能造成铁塔物理变形、损坏，严重影响通讯质量以及行车安全，因此对铁塔的水平位移、基础沉降等状态实时监测并做出提前预警十分必要。
3.而目前铁塔的监测方法主要靠监测人员定期巡检，存在较大的主观性且无法及时发现问题，或是在铁塔上安装传感器等有源设备，容易损坏且安装成本高。


技术实现要素：

4.为了解决上述至少一项技术问题，本技术的实施例提供了一种铁塔监测方法和系统。
5.第一方面，本技术的实施例提供了一种铁塔监测方法，包括：
6.在标靶上设置两个基准点，一个基准点在第一方向上，另一个基准点在第二方向上，所述第一方向和所述第二方向互相垂直，所述标靶安装在铁塔上或为铁塔的一部分；
7.激光雷达扫描所述标靶，获得两个基准点的实时位置；
8.基于所述两个基准点的初始位置、所述两个基准点的实时位置以及所述激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离。
9.在一种可能的实现方式中，所述基于所述两个基准点的初始位置、所述两个基准点的实时位置以及所述激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离，包括：
10.基于两个基准点的初始位置、两个基准点的实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移采用如下公式：
[0011][0012]
其中，dh为铁塔的水平位移，d
′1为所述一个基准点的实时位置与激光雷达的距离，d1为所述一个基准点的初始位置与激光雷达的距离，θ1为激光雷达由所述一个基准点的初始位置移动到其实时位置时的偏转角度；
[0013]
基于两个基准点的初始位置、两个基准点的实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的基础沉降距离采用如下公式：
[0014]
dv≈sinθ2*(d
′2+d2)
[0015]
其中，dv为铁塔的基础沉降距离，d
′2为所述另一个基准点的实时位置与激光雷达的距离，d2为所述另一个基准点的初始位置与激光雷达的距离，θ2为激光雷达由所述另一个基准点的初始位置移动到其实时位置时的偏转角度。
[0016]
在一种可能的实现方式中，所述在标靶上设置两个基准点，包括：
[0017]
在所述标靶上确定所述第一方向和所述第二方向；
[0018]
将所述第一方向的标靶边框上的点作为一个基准点，将所述第二方向的标靶边框上的点作为另一个基准点。
[0019]
在一种可能的实现方式中，所述激光雷达扫描标靶，获得两个基准点的实时位置之前，还包括：
[0020]
控制激光雷达扫描所述标靶，确定两个基准点的初始位置。
[0021]
第二方面，本技术的实施例提供了一种铁塔监测系统，包括：
[0022]
标靶，具有两个基准点，一个基准点在第一方向上，另一个基准点在第二方向上，所述第一方向和所述第二方向互相垂直，所述标靶安装在铁塔上或为铁塔的一部分；
[0023]
采集模块，包括激光雷达和控制模块，所述激光雷达用于扫描标靶以获得所述两个基准点的实时位置与所述两个基准点的初始位置，所述控制模块用于基于两个基准点的初始位置、两个基准点的实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离；
[0024]
监测模块，由所述采集模块发送的铁塔的水平位移和基础沉降距离并发送至上位机；
[0025]
上位机，用于基于所述铁塔的水平位移和基础沉降距离做出预警。
[0026]
在一种可能的实现方式中，所述采集模块具体用于：
[0027]
基于两个基准点的初始位置、两个基准点的实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移采用如下公式：
[0028][0029]
其中，dh为铁塔的水平位移，d
′1为所述一个基准点的实时位置与激光雷达的距离，d1为所述一个基准点的初始位置与激光雷达的距离，θ1为激光雷达由所述一个基准点的初始位置移动到其实时位置时的偏转角度；
[0030]
基于两个基准点的初始位置、两个基准点的实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的基础沉降距离采用如下公式：
[0031]
′
[0032]
dv≈sinθ2*(d2+d2)
[0033]
其中，dv为铁塔的基础沉降距离，d
′2为所述另一个基准点的实时位置与激光雷达的距离，d2为所述另一个基准点的初始位置与激光雷达的距离，θ2为激光雷达由所述另一个基准点的初始位置移动到其实时位置时的偏转角度。
[0034]
在一种可能的实现方式中，所述采集模块和所述监测模块通过rs485通信方式连接。
[0035]
在一种可能的实现方式中，所述监测模块和所述上位机通过以太网方式连接。
[0036]
在一种可能的实现方式中，所述标靶为非黑色漫反射平面。
[0037]
在一种可能的实现方式中，所述激光雷达为具有测距功能的雷达。
[0038]
综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
[0039]
1.依靠两个基准点的初始位置和实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的水平
位移和基础沉降距离，实时监测铁塔的状态，便于提前预警与后续维修。
[0040]
2.依靠标靶与激光雷达监测铁塔的水平位移和基础沉降距离，取代了传统的传感器监测，使得安装、维护的成本更低，更加耐用。
[0041]
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本技术的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本技术的范围。本技术的其他特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
[0042]
结合附图并参考以下详细说明，本技术各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。
[0043]
图1示出了本技术的实施例的铁塔监测方法的流程图。
[0044]
图2示出了本技术实施例的两个基准点的示意图。
[0045]
图3示出了本技术实施例的铁塔监测系统的示意图。
具体实施方式
[0046]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0047]
图1示出了本技术实施例的铁路监测方法的流程图，参见图1，该方法包括如下步骤：
[0048]
步骤101，在标靶上设置两个基准点，一个基准点在第一方向上，另一个基准点在第二方向上，所述第一方向和所述第二方向互相垂直，所述标靶安装在铁塔上或为铁塔的一部分。
[0049]
在本技术实施例中，所述标靶为非黑色漫反射平面，示例地，如金属板、碳纤维板等，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为与竖直方向垂直所在平面的任意一个方向。
[0050]
具体地，在所述标靶上确定所述第一方向和所述第二方向；在所述标靶上，将所述第一方向的标靶边框上的点作为一个基准点，将所述第二方向的标靶边框上的点作为另一个基准点。
[0051]
示例地，如图2所示，c1为标靶中心点，c2为一个基准点，c3为另一个基准点。
[0052]
进一步地，控制激光雷达扫描所述标靶，确定两个基准点的初始位置。
[0053]
具体地，控制激光雷达使激光束分别沿第一方向和第二方向移动，得到第一基准点和第二基准点的初始位置。
[0054]
步骤102，激光雷达扫描所述标靶，获得两个基准点的实时位置。
[0055]
在本技术实施例中，当需要监测铁塔状态时，控制激光雷达使激光束分别沿第一方向和第二方向移动，得到两个基准点的实时位置。
[0056]
步骤103，基于所述两个基准点的初始位置、所述两个基准点的实时位置以及所述激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离。
[0057]
具体地，首先基于激光雷达的位置、一个初始点的初始位置及其实时位置，计算一个基准点实时位置与激光雷达的距离、一个基准点初始位置与激光雷达的距离和由一个基准点初始位置移动到一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。基于如下公式计算安装
标靶处铁塔的水平位移，公式如下:
[0058][0059]
其中，所述dh为安装标靶处铁塔的水平位移；
[0060]
所述d
′1为一个基准点实时位置与激光雷达的距离；
[0061]
所述d1为一个基准点初始位置与激光雷达的距离；
[0062]
所述θ1为由一个基准点初始位置移动到一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。
[0063]
进一步地，基于激光雷达的位置、另一个初始点的初始位置及其实时位置，计算另一个基准点实时位置与激光雷达的距离、另一个基准点初始位置与激光雷达的距离和由另一个基准点初始位置移动到另一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。基于如下公式计算铁塔的基础沉降距离，公式如下:
[0064]
dv≈sinθ2*(d
′2+d2)
[0065]
其中，所述dv为铁塔的基础沉降距离；
[0066]
所述d
′2为另一个基准点实时位置与激光雷达的距离；
[0067]
所述d2为另一个基准点初始位置与激光雷达的距离；
[0068]
所述d2为另一个基准点初始位置移动到另一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。
[0069]
根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
[0070]
依靠两个基准点的初始位置和实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离，取代了传统的传感器监测，使得安装、维护的成本更低，更加耐用，能够实时监测铁塔的状态，便于提前预警与后续维修。
[0071]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
[0072]
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过系统实施例，对本技术所述方案进行进一步说明。
[0073]
图3示出了本技术实施例的铁塔监测系统的示意图，参见图3，该系统包括：标靶、采集模块、监测模块和上位机。
[0074]
具体地，在本技术实施例中，标靶为非黑色漫反射平面，如金属板等，安装在铁塔上或为铁塔的一部分。标靶上具有两个基准点，一个基准点在第一方向上，另一个基准点在第二方向上，所述第一方向和所述第二方向互相垂直。
[0075]
具体地，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为与竖直方向垂直所在平面的任意一个方向。
[0076]
在本技术实施例中，采集模块包括外壳、电源模块、控制模块、传动装置、激光雷达和rs485接口。其中，电源模块为整个采集模块供电，rs485接口用于与监测模块通信连接，激光雷达具有测距功能，用于扫描标靶以获得两个基准点的实时位置与两个基准点的初始
位置，传动装置用于控制激光雷达在第一方向或第二方向上运动，控制模块用于接收监测模块传递的控制信号并控制传动模块执行，同时基于两个基准点的初始位置、两个基准点的实时位置以及激光雷达的位置，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离。
[0077]
具体地，首先基于激光雷达的位置、一个初始点的初始位置及其实时位置，计算一个基准点实时位置与激光雷达的距离、一个基准点初始位置与激光雷达的距离和由一个基准点初始位置移动到一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。基于如下公式计算安装标靶处铁塔的水平位移，公式如下:
[0078][0079]
其中，所述dh为安装标靶处铁塔的水平位移；
[0080]
所述d
′1为一个基准点实时位置与激光雷达的距离；
[0081]
所述d1为一个基准点初始位置与激光雷达的距离；
[0082]
所述θ1为由一个基准点初始位置移动到一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。
[0083]
进一步地，基于激光雷达的位置、另一个初始点的初始位置及其实时位置，计算另一个基准点实时位置与激光雷达的距离、另一个基准点初始位置与激光雷达的距离和由另一个基准点初始位置移动到另一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。基于如下公式计算铁塔的基础沉降距离，公式如下:
[0084]
′
[0085]
dv≈sinθ2*(d2+d2)
[0086]
其中，所述dv为铁塔的基础沉降距离；
[0087]
所述d
′2为另一个基准点实时位置与激光雷达的距离；
[0088]
所述d2为另一个基准点初始位置与激光雷达的距离；
[0089]
所述θ2为另一个基准点初始位置移动到另一个基准点实时位置时激光雷达的偏转角度。
[0090]
在本技术实施例中，监测模块包括外壳、电源模块、控制模块、以太网接口和rs485接口。其中，电源模块为整个监测模块供电，rs485接口用于与采集模块通信连接，接收由所述采集模块发送的铁塔的水平位移和基础沉降距离，以太网接口用于与上位机通信连接，将由采集模块接收的距离信息发送至上位机，控制模块用于接收上位机的控制信号并控制采集模块实现数据采集。
[0091]
在本技术实施例中，上位机用于基于所述铁塔的水平位移和基础沉降距离做出预警。
[0092]
示例地，当铁塔发生水平位移和基础沉降时，发送预警信号给维护人员。
[0093]
根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
[0094]
依靠激光雷达测得两个基准点的初始位置和实时位置以及激光雷达的自身位置，将所述位置信息经采集模块、监测模块传输至上位机，确定铁塔的水平位移和基础沉降距离，取代了传统的传感器监测，使得安装、维护的成本更低，更加耐用，能够实时监测铁塔的状态，便于提前预警与后续维修。
[0095]
需要说明的是：上述实施例提供的铁塔监测系统在监测铁塔状态时，仅以上述各
功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将功能模块划分成不同的装置，以完成以上描述的全部或者部分功能。本领域技术人员应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
[0096]
应当理解的是，本文提及的“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，为了便于清楚描述本技术实施例的技术方案，在本技术的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
[0097]
以上所述为本技术提供的示例性实施例，并不用以限制本技术实施例，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。