一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法

专利主权项内容

1.一种大范围的管塔安全实时检测系统的实现方法，其特征在于：A : 采用三级拓扑结构来扩展可监控管塔的数量和地理范围，同时实现了离线数据分析和在线数据分析的结合，B : 根据数据的不同用途，设计多层次的数据存储结构：以高效快速的linux内存共享机制为基础设计合理的内存结构，从而实时显示当前管塔结构状态参数；设计以b+树为索引机制的文件数据库，显示以选定时间区间为横坐标的管塔监控结点的温度，应力变化曲线图；进行传统数据库设计，供web页面链接访问；所述步骤A中，1)一定区域范围内，利用容量大，速度快，价格低廉的光缆将管塔结构状态信息，以光信号的形式快速地反映到区域监控单元，使得区域监控中心实时地采集到区域内各个基站的运行环境，并做在线数据分析，2)通过在各个区域监控中心搭建web服务器，集中监控中心直接通过指定的ip访问在指定区域范围内的每个管塔大量的离线数据，对其进行数据挖掘和深度分析；三级拓扑结构包括管塔现场监控单元，区域监控中心单元，集中监控中心单元；管塔现场监控单元：利用计算软件3D3S钢结构-空间结构设计软件塔架结构模块搭建管塔的数学模型，验算管塔结构上的应力分布情况，以及在风荷载作用下管塔各部分结构的弯曲程度，将应力光纤传感器用焊接或专用胶粘接在重点受力刚体结构的表面，和管塔最大弯曲处，根据实际情况设定预警值，实时监控管塔的摇摆程度和稳固性，将温度光纤传感器放置在对温度敏感的重要元器件上或重点监控外界温度的刚构件上，根据实际情况确定上下限，达到实时监控管塔周围温度环境的目的，光电传输系统为光纤传感器结点提供电能和传送光信号，管塔现场监控单元与区域监控中心单元用基站预留光缆相互连接；区域监控中心单元：采用ARM+Linux为核心的嵌入式系统作为区域监控中心的开发平台，硬件架构主要由ARM开发板，可扩展外部存储设备，触摸屏，键盘，报警装置，光纤光栅解调仪组成，在ARM+Linux开发平台下运行光纤光栅数据分析处理前台应用程序和web后台服务，在可扩展外部存储设备上，存放保存下来的数据库文件，断电不易失，在触摸屏上显示控制界面和多样化数据显示界面，当采集的数据超出预警设置范围时，驱动报警装置通知管理员；ARM开发板具有丰富的接口资源，通过串口/网口与光纤光栅解调仪进行通信，根据实际情况，每个管塔各自分配若干个光通道，区域监控中心单元与集中监控中心以web网页相互进行通信；集中监控中心单元：使用浏览器通过固定ip访问相应区域监控单元web页面，用户验证通过的人员，读取大量离线数据，做大数据分析，并回馈给区域中心指导性意见；所述步骤B中共享内存的实现，将共享内存区分为若干块，块数由光纤传感器的结点数决定，每个结点对应内存区块首地址为：共享内存首地址+F(X, Y), X, Y是每个结点的逻辑地址，每块共享内存区存储着对应结点的最新若干个数据，在每块共享内存区首地址空间维护着一个偏移量，该偏移量+该块共享内存首地址就指向了下个要更新的数据地址，形成了一个先进先出的队列结构，保持这几个数据是该结点最新的采样结果；所述步骤B中文件数据库的实现，一个数据文件由一个索引文件进行管理维护，索引文件和数据文件的命名规则为年月日+字符串，索引文件内部以B+树的机制进行组织，数据文件的组织结构以数据块的方式存在，每个数据块的大小设置为一小时一个结点采样的数据量，因此在B+树的叶子结点里关联key和其所对应数据块在数据文件的偏移地址，通过指定key访问相应的结点一小时内采样到的数据，为了确保每个关键字的唯一性和相连关键字之间存在时间上和逻辑地址上的关联性，设计key＝F(addr, t)，addr是每个结点的逻辑地址，t是结点数据的读写时间，使得在选定时间区间上连续读取相关数据的操作得以实现；B+树索引文件和数据文件组织结构设计如下，空闲链表指针存储着是索引文件中第一条空索引记录相对索引文件启始的偏移量，当一条索引记录内部的关键字为0时，就将该索引记录插入到空闲链表的表头处；当需要建立一个新的结点时，就从空闲链表头取得该空索引记录，如果空闲链表为空，则在文件末尾再扩展一个索引记录空间供使用，Root存储的是B+树根结点索引记录的偏移量，根据该偏移量就能读取根结点信息，每条索引记录存储着一个结构体：其中_address[i]记录了与关键字_keys[i]相对应的数据存储在数据文件里的偏移量，只要指定关键字key就能找到数据在数据文件存放的位置并进行读写操作，关键字key＝((逻辑地址.x)+(逻辑地址.y*光通道最大挂载的结点数))*24+(时间.小时)，既能确保每个关键字的唯一性，且保证了相连关键字之间存在时间上和逻辑地址上的关联性，使在选定时间区间上连续读取相关数据的操作得以实现，数据文件的组织结构以数据块的方式存在，每个数据块的大小为一小时一个结点采样的数据量，key与每个数据块的偏移地址相对应，根据key通过b+树索引机制找到其对应数据块在数据文件的偏移地址，然后进行读写访问，如果是新的key值，则在数据文件末尾扩展一个数据块空间供使用，并将其首地址与该key对应起来，文件数据同步性问题采用文件记录锁机制解决；所述步骤B中关系型数据库的设计，通过设计三个表，以光纤光栅传感器逻辑地址为主ID的光纤传感器结点基本信息表，记录着结点所在管塔序号，地理空间，报警上下限，类型，工作状态，以及该结点的历史数据存储表名；以时间戮为主ID的历史数据表，记录着结点采样的数据，以及数据所对应的结点的逻辑地址，报警类型；以报警类型为主ID的报警信息表，记录着每种报警类型对应的报警信息，通过这三张表来满足集中监控单元对各个管塔状态历史数据的查看和分析。