一种电线杆远程监控方法

1.一种电线杆远程监控方法，其特征在于：所述远程监控方法包括以下步骤：
1)安装在电线杆上的感知节点，测量当前电线杆的倾角，并将该倾角数据上传到远程监控中心；
所述远程监控中心根据所述倾角值变化划分出三种安全级别，其中，θ为即时采集到的电线杆倾角数据，θ0为电线杆初始倾角， 为危险阈值；
当倾角没有变化，即θ-θ0＝0，且倾角满足 安全级别高；
当倾角未发生变化，但 时，或者倾角发生变化但满足
安全级别中；
当倾角发生变化且大于阈值时，即 或初始倾角大于 时，安全级别
低；
根据得到的安全级别设置所述感知节点的工作模式，所述工作模式包括定时上报模式、中心调取模式和主动报警模式，定时上报模式的采集、上报时间间隔为12小时，中心调取模式的采集、上报时间间隔为T1，主动报警模式的上报时间间隔为为T2，同时采集时间间隔为时间间隔T3，T1＜12小时，T3＜T2＜T1；
2)所述感知节点的工作过程如下：
2.1)初始电线杆的安全级别为高，则该感知节点初始模式被设置成定时上报模式，定时上报模式下，每天的凌晨0点和中午12点各进行一次上报工作，如果发现倾角数据的安全级别改变，则向目标节点发出命令，驱动其切换进入中心调取模式；
2.2)初始电线杆的安全级别为中时，则感知节点进入中心调取模式。该模式下，感知节点的采集间隔为T1，每经过T1时间就会进行一次数据采集、计算、上报的工作，同时感知节点在接收到中心要求数据上报的命令后，也会立即开始工作，远程监控中心根据上报数据对感知节点发送命令：
2.2.1)安全级别变为高时，中心向感知节点发送减少采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为2T1；如果下次监控的安全级别结果仍然为高，时间间隔变为4T1。如果下次监控的安全级别结果变为低，时间间隔立即还原变为T1；
2.2.2)安全级别变为中时，感知节点的数据采样密度保持不变，采样、上报时间间隔还是T1；
2.2.3)安全级别变为低时，中心向感知节点发送增加采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为T1/2；如果下次监控的安全级别结果仍然为低，时间间隔变为T1/4；
如果下次监控的安全级别结果变为高，时间间隔变为T1；
2.2.4)累积时间间隔如果变得大于12小时时，则节点接收命令转为定时上报模式；累积时间间隔如果减小到小于T2，则中心发送命令给感知节点，使其进入主动报警模式；
2.3)电线杆的安全级别为低时，则感知节点设为主动报警模式，该模式下，感知节点的采集间隔为T3，每经过T3时间就会进行一次数据采集、计算的工作，不过不进行上报工作，只有在数据倾角数据大于危险阈值或T2间隔后才会上报一次数据；
2.3.1)如果发现计算出的倾角数据始终在不断变大，即表示电线杆倾斜度不断逼近危险状况，则增加上报密度，主动上报改组数据给路由节点或协调节点，通知远程监控中心该电线杆处于危险之中，需要工作人员保持关注或进行紧急处理；
2.3.2)感知节点工作在主动报警模式下，意味着电线杆面临着随时倒塌的危险；所述感知节点维持主动报警工作模式，直到出现以下两种情况：工作人员开始进行维修，监控中心发出停止命令；电线杆的安全级别恢复为中或者高。
2.如权利要求1所述的一种电线杆远程监控方法，其特征在于：所述步骤2.1)中，所述感知节点的采集传感器，每次被驱动，就会在一分钟的采集时间内，每隔一秒进行一次数据采集工作，并由MCU对数据进行卡尔曼算法处理，经过数据平均与卡尔曼算法处理后，得出一组三轴加速度值，然后计算出该采集时刻的倾角值，并由ZIGBEE传输模块将该数据按协议打包上传给路由节点或协调器节点，协调器节点最后传送给远程监控中心。
3.如权利要求1或2所述的一种电线杆远程监控方法，其特征在于：所述感知节点的Z轴与电线杆平行，所以Z轴与水平面的夹角即为电线杆的倾角，采集到的加速度数据分别为X轴、Y轴、Z轴的加速度值，记为Gx、Gy、Gz，将采集时间内采集到的加速度不停地进行卡尔曼算法处理，计算出最终的三轴加速度值，之后根据水平垂直方向的重力加速度值为一个重力加速度G，由于矢量合成 就能得出G值。根据sinθ＝GZ/
G，来计算出Z轴与水平垂直方向的夹角，即倾角。
4.如权利要求1或2所述的一种电线杆远程监控方法，其特征在于：所述步骤1)中，感知节点、路由节点、协调器节点初始化，建立现场网络，给每个感知节点分配16位的网络地址，协调器节点中的GPRS模块初始化，主动向远程监控中心上报注册当时的IP地址；每个感知节点进行首次采集、上报工作，将初始倾角值与相应的网络地址打包发送到远程监控中心，监控中心将网络地址与现场的每一根电线杆进行地图匹配。
5.如权利要求4所述的一种电线杆远程监控方法，其特征在于：通过GPRS完成数据发送分为两步：拨号上网和基于socket的网络通信，所述拨号上网是实现PPP连接，PPP连接建立后通过GPRS上网，接下来通过套接字socket实现与远程监控中心的通信。

一种电线杆远程监控方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种电线杆远程监控方法。\n背景技术\n[0002] 低压民用220V供电网络中，因为天气、老化、施工等老问题引起的电线杆倒塌事件是非常常见的。电线杆倒塌引起的直接、间接损失动辄数百万元。而传统的人工定期巡检，不仅消耗大量的人力物力，而且难以做到及时的预警，因此为了保护国家财产、节约不必要的开销，电力局等部门都希望对电线杆进行远程监控，以期及时发现问题从而能及时解决问题，减少损失，并且节省人力开销。为此不少研发人员开始对此课题进行可行性研究及立项工作。\n[0003] 电线杆远程安全监控系统如何实现实时监控的目的？这一系统最重要的指标就是：安全准确快速地采集电线杆倾角数据，并及时传送到远程中心。为达到这一目标，一般需要在三方面做文章：一是在传感器的设计；二是采集数据的通信方式；三是设计合理高效的工作模式。\n[0004] 有些电线杆远程安全监控系统在第一点上做出了改进，融合了网络视频监控技术，可以实现远程监控的目的，但其缺点在于需要满足配给较大的额定功率使摄像头正常工作，此外这种系统要求有较多数量的摄像头，经济开销大。此外，有些方案也拟采用红外传感器、拉力传感器等方案，但在成本和安装上存在一定问题。因此就现阶段而言，采用重力传感器，根据采集到的三轴加速度计算出传感器姿态，进而 实现实时监测电线杆的倾斜度，是一个更科学和有效益的方法。\n[0005] 而采集数据上报的方式一般有三种：1、在每一个电线杆上安装GPRS/GSM模块，如果电线杆数量较多，这个方案的开销同样很大；2、以Wi-Fi形式进行数据通信，这个办法的好处是可以满足视频监控的大数据量通信需求，但缺点是功耗大、成本高；3、电力线通信，这个方案的缺点在于稳定性差，容易受到信号的干扰，造成无法即时上报信息。\n[0006] 应该说这三种方式都有各自的缺点，尤其是在灵活性上都有明显的缺陷。此外，这些方案的供电和电源管理都面临问题：供电网络不允许外接线路给传感器供电；同时，若使用电池供电，在大规模传感网络中，进行更换电池工作量大、花费高。\n发明内容\n[0007] 为了克服已有的电线杆远程监控方式的成本高、灵活性较差、适用性较差的不足，本发明提供了一种成本低廉、灵活性良好、适用性较好的电线杆远程监控方法。\n[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0009] 一种电线杆远程监控方法，所述远程监控方法包括以下步骤：\n[0010] 1）安装在电线杆上的感知节点，测量当前电线杆的倾角，并将该倾角数据上传到远程监控中心；\n[0011] 所述远程监控中心根据所述倾角值变化划分出三种安全级别，其中，θ为即时采集到的电线杆倾角数据，θ0为电线杆初始倾角， 为危险阈值；\n[0012] 当倾角没有变化，即θ-θ0=0，且倾角满足 安全级别 高；\n[0013] 当倾角未发生变化，但 时，或者倾角发生变化但满足\n安全级别中；\n[0014] 当倾角发生变化且大于阈值时，即 或初始倾角大于 时，安全\n级别低；\n[0015] 根据得到的安全级别设置所述感知节点的工作模式，所述工作模式包括定时上报模式、中心调取模式和主动报警模式，定时上报模式的采集、上报时间间隔为12小时，中心调取模式的采集、上报时间间隔为T1，主动报警模式的上报时间间隔为为T2，同时采集时间间隔为时间间隔T3，T1＜12小时，T3＜T2＜T1；\n[0016] 2）所述感知节点的工作过程如下：\n[0017] 2.1）初始电线杆的安全级别为高，则该感知节点初始模式被设置成定时上报模式，定时上报模式下，每天的凌晨0点和中午12点各进行一次上报工作，如果发现倾角数据的安全级别改变，则向目标节点发出命令，驱动其切换进入中心调取模式；\n[0018] 2.2）初始电线杆的安全级别为中时，则感知节点进入中心调取模式。该模式下，感知节点的采集间隔为T1，每经过T1时间就会进行一次数据采集、计算、上报的工作，同时感知节点在接收到中心要求数据上报的命令后，也会立即开始工作，远程监控中心根据上报数据对感知节点发送命令：\n[0019] 2.2.1）安全级别变为高时，中心向感知节点发送减少采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为2T1；如果下次监控的安全级别结果仍然为高，时间间隔变为\n4T1。如果下次监控的安全级别结果 变为低，时间间隔立即还原变为T1；\n[0020] 2.2.2）安全级别变为中时，感知节点的数据采样密度保持不变，采样、上报时间间隔还是T1；\n[0021] 2.2.3）安全级别变为低时，中心向感知节点发送增加采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为T1/2；如果下次监控的安全级别结果仍然为低，时间间隔变为T1/4；如果下次监控的安全级别结果变为高，时间间隔变为T1；\n[0022] 2.2.4）累积时间间隔如果变得大于12小时时，则节点接收命令转为定时上报模式；累积时间间隔如果减小到小于T2，则中心发送命令给感知节点，使其进入主动报警模式；\n[0023] 2.3）电线杆的安全级别为低时，则感知节点设为主动报警模式，该模式下，感知节点的采集间隔为T3,每经过T3时间就会进行一次数据采集、计算的工作，不过不进行上报工作，只有在数据倾角数据大于危险阈值或T2间隔后才会上报一次数据；\n[0024] 2.3.1）如果发现计算出的倾角数据始终在不断变大，即表示电线杆倾斜度不断逼近危险状况，则增加上报密度，主动上报改组数据给路由节点或协调节点，通知远程监控中心该电线杆处于危险之中，需要工作人员保持关注或进行紧急处理；\n[0025] 2.3.2）感知节点工作在主动报警模式下，意味着电线杆面临着随时倒塌的危险；\n所述感知节点维持主动报警工作模式，直到出现以下两种情况：工作人员开始进行维修，监控中心发出停止命令；电线杆的安全级别恢复为中或者高。\n[0026] 进一步，所述步骤2.1）中，所述感知节点的采集传感器，每次被 驱动，就会在一分钟的采集时间内，每隔一秒进行一次数据采集工作，并由MCU对数据进行卡尔曼算法处理。\n经过数据平均与卡尔曼算法处理后，得出一组三轴加速度值，然后计算出该采集时刻的倾角值，并由ZIGBEE传输模块将该数据按协议打包上传给路由节点或协调器节点，协调器节点最后传送给远程监控中心。\n[0027] 更进一步，所述步骤2.2）中，在两分钟的采集时间内，每隔一秒就进行一次数据采集工作，并且在处理后上报倾角数据。\n[0028] 所述感知节点的Z轴与电线杆平行，所以Z轴与水平面的夹角即为电线杆的倾角，采集到的加速度数据分别为X轴、Y轴、Z轴的加速度值，记为Gx、Gy、Gz，将采集时间内采集到的加速度不停地进行卡尔曼算法处理，计算出最终的三轴加速度值，之后根据水平垂直方向的重力加速度值为一个重力加速度G，由于矢量合成 就能得\n出G值。根据sinθ=GZ/G，来计算出Z轴与水平垂直方向的夹角，即倾角。\n[0029] 所述步骤1）中，感知节点、路由节点、协调器节点初始化，建立现场网络，给每个感知节点分配16位的网络地址，协调器节点中的GPRS模块初始化，主动向远程监控中心上报注册当时的IP地址；每个感知节点进行首次采集、上报工作，将初始倾角值与相应的网络地址打包发送到远程监控中心，监控中心将网络地址与现场的每一根电线杆进行地图匹配。\n[0030] 通过GPRS完成数据发送分为两步：拨号上网和基于socket的网络通信，所述拨号上网是实现PPP连接，PPP连接建立后通过GPRS上网，接下来通过套接字socket实现与远程监控中心的通信。\n[0031] 本发明的有益效果主要表现在：成本低廉、灵活性良好、适用性较好。\n附图说明\n[0032] 图1是感知节点的示意图。\n[0033] 图2是协调器节点的示意图。\n[0034] 图3是电线杆远程监控系统的总体结构图。\n[0035] 图4是定时上报模式的流程图。\n[0036] 图5是中心调取模式的流程图。\n[0037] 图6是主动报警模式的流程图。\n[0038] 图7是协调器节点向远程监控中心上传数据的流程图。\n[0039] 图8是电线杆远程监控系统的运行流程示意图。\n具体实施方式\n[0040] 下面结合附图对本发明作进一步描述。\n[0041] 参照图1～图8，一种电线杆远程监控方法，所述远程监控方法包括以下步骤：\n[0042] 1）安装在电线杆上的感知节点，测量当前电线杆的倾角，并将该倾角数据上传到远程监控中心；\n[0043] 所述远程监控中心根据所述倾角值变化划分出三种安全级别，其中，θ为即时采集到的电线杆倾角数据，θ0为电线杆初始倾角， 为危险阈值；\n[0044] 当倾角没有变化，即θ-θ0=0，且倾角满足 安全级别高；\n[0045] 当倾角未发生变化，但 时，或者倾角发生变化 但满足\n安全级别中；\n[0046] 当倾角发生变化且大于阈值时，即 或初始倾角大于 时，安全\n级别低；\n[0047] 根据得到的安全级别设置所述感知节点的工作模式，所述工作模式包括定时上报模式、中心调取模式和主动报警模式，定时上报模式的采集、上报时间间隔为12小时，中心调取模式的采集、上报时间间隔为T1，主动报警模式的上报时间间隔为为T2，同时采集时间间隔为时间间隔T3，T1＜12小时，T3＜T2＜T1；\n[0048] 2）所述感知节点的工作过程如下：\n[0049] 2.1）初始电线杆的安全级别为高，则该感知节点初始模式被设置成定时上报模式，定时上报模式下，每天的凌晨0点和中午12点各进行一次上报工作，如果发现倾角数据的安全级别改变，则向目标节点发出命令，驱动其切换进入中心调取模式；\n[0050] 2.2）初始电线杆的安全级别为中时，则感知节点进入中心调取模式。该模式下，感知节点的采集间隔为T1，每经过T1时间就会进行一次数据采集、计算、上报的工作，同时感知节点在接收到中心要求数据上报的命令后，也会立即开始工作，远程监控中心根据上报数据对感知节点发送命令：\n[0051] 2.2.1）安全级别变为高时，中心向感知节点发送减少采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为2T1；如果下次监控的安全级别结果仍然为高，时间间隔变为\n4T1。如果下次监控的安全级别结果变为低，时间间隔立即还原变为T1；\n[0052] 2.2.2）安全级别变为中时，感知节点的数据采样密度保持不变， 采样、上报时间间隔还是T1；\n[0053] 2.2.3）安全级别变为低时，中心向感知节点发送增加采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为T1/2；如果下次监控的安全级别结果仍然为低，时间间隔变为T1/4；如果下次监控的安全级别结果变为高，时间间隔变为T1；\n[0054] 2.2.4）累积时间间隔如果变得大于12小时时，则节点接收命令转为定时上报模式；累积时间间隔如果减小到小于T2，则中心发送命令给感知节点，使其进入主动报警模式；\n[0055] 2.3）电线杆的安全级别为低时，则感知节点设为主动报警模式，该模式下，感知节点的采集间隔为T3，每经过T3时间就会进行一次数据采集、计算的工作，不过不进行上报工作，只有在数据倾角数据大于危险阈值或T2间隔后才会上报一次数据；\n[0056] 2.3.1）如果发现计算出的倾角数据始终在不断变大，即表示电线杆倾斜度不断逼近危险状况，则增加上报密度，主动上报改组数据给路由节点或协调节点，通知远程监控中心该电线杆处于危险之中，需要工作人员保持关注或进行紧急处理；\n[0057] 2.3.2）感知节点工作在主动报警模式下，意味着电线杆面临着随时倒塌的危险；\n所述感知节点维持主动报警工作模式，直到出现以下两种情况：工作人员开始进行维修，监控中心发出停止命令；电线杆的安全级别恢复为中或者高。\n[0058] 本实施例的电线杆远程监控系统，说明如下：\n[0059] 感知节点主要包括ZIGBEE终端节点、MEMS重力传感器、电源系统、射频部分等构成，结构框图如图1所示。\n[0060] ZIGBEE终端模块拟采用TI公司的CC2530芯片作为主控芯片，该主控芯片是TI推出的第二代ZIGBEE产品，运行更稳定的协议栈，芯片达到工业级应用要求，能满足本系统的功能要求。\n[0061] 重力传感器部分，拟采用三组LSM33ODLC芯片，使用卡尔曼算法对采集数据进行修正。该芯片体积小、反应灵敏，精确度高，非常适合运用到本系统的任务中，顺利完成采集三轴重力加速度数据的目的。\n[0062] ZIGBEE通信功耗很低，同时系统中设计的电源系统拟采用传统电池与柔性太阳能电池供电，这一双重设计使得系统感知节点的使用非常安全可靠，持续时间长，减少了工作人员换电池的工作开销。此外，柔性太阳能电池可以直接贴在电线杆表面也可以只安装在感知节点上，这种方式可以灵活控制太阳照射面，其次安全性更高。\n[0063] 射频部分，拟采用2.4G陶瓷天线配合巴伦电路实现，陶瓷天线的体积小，发射信号的驻波比较小，信号输出效果好，对于体积和性能均是一个不错的综合选择。\n[0064] 感知节点的具体功能拟定如下：\n[0065] (1)采集三轴重力加速度：驱动重力加速度传感器，实时采集三轴的重力加速度，并且应用卡尔曼算法对采集数据进行校正；\n[0066] (2)电线杆倾角数据输出：通过采集到的三轴加速度值计算出电线杆的倾角数据，并且根据ZIGBEE PRO协议将数据打包后发送给路由节点。\n[0067] (3)ZIGBEE通信协议运行：ZIGBEE终端模块能够运行定制(由项目定制方提出控制要求)的通信协议，以便多个终端与无线网关控制器 组成网络实现通信和任意控制；\n[0068] (4)无线数据收发：设计射频电路能够进行空旷环境100～300米左右的数据通信(暂定，可以根据具体情况调整，根据实际产品需要设计或者选择专门的天线)；\n[0069] (5)电源及功耗的要求：采用常规电池和太阳能电池两种供电方式。最大限度地提升使用时间，减少工作人员更换电池的工作量。同时可以设置采集间隔，尽量降低功耗。\n[0070] 路由节点主要为ZIGBEE路由节点。仍然采用TI公司的CC2530芯片。同时加入了CC2591芯片。该芯片为特制射频芯片，里面集成了专用功率放大器，因此增加了信号功率，可以有效确保相距千米的电线杆之间的通信，拓展了网络的范围。这一类节点的设计使ZIGBEE网络比没有路由节点的网络通讯更可靠，传输距离更远，比较适合通信环境复杂的区域使用。\n[0071] 其具体功能较感知节点更为简单：\n[0072] (1)无线数据转发：设计射频电路能够进行空旷环境300米以上的数据通信(暂定，可以根据具体情况调整)；根据实际产品需要设计或者选择专门的天线；实现感知节点与协调器节点之间的数据转发。\n[0073] (2)配置ZIGBEE子网，引导ZIGBEE无线数据通信，使得无线数据通信过程尽量顺畅和及时。\n[0074] 协调器节点主要包括ZIGBEE协调器、电源系统、射频系统、GPRS/GSM模块等，协调器节点结构图如图2所示：\n[0075] ZIGBEE协调器节点拟采用TI公司的CC2530芯片作为主控芯片，该主控芯片是TI推出的第二代ZIGBEE产品，运行更稳定的协议栈， 芯片达到工业级应用要求，能满足本系统的功能要求。\n[0076] 项目拟采用的GPRS/GSM模块为华为的GTM900，该无线模块是一款GSM/GPRS无线模块。模块主要由GSM基带控制器、射频模块、存储器、供电模块等部分构成。基带处理器是GTM900的核心，主要处理GSM终端的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。GTM900连接SIM卡支架和电源，实现指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。它是无线数据传输等各种应用的理想解决方案，能够实现本系统的功能要求。\n[0077] 电源系统和射频部分的设计与感知节点相同，不再详述。\n[0078] 协调器节点的具体功能拟定如下：\n[0079] (1)ZIGBEE协调器的功能：能够与范围内任意的ZIGBEE节点进行直接或间接的通信，发送控制指令，接收状态数据；\n[0080] (2)具备存储数据的功能，方便现场调用历史数据；\n[0081] (3)具备上报报警数据、随时检测数据的功能：根据实际需要可以让感知节点定时监测数据并上报，也可以提前设置阈值在数据危险时才给监控发送报警信号，亦可以随时命令感知节点检测倾角信息上报给监控中心；\n[0082] (4)供电及其他设备：电池与太阳能电池直接供电，具备ZIGBEE通信天线，复位按键等；\n[0083] (5)远程通信功能：协调器节点能够主动与电力局监控中心服务器通信，将IP地址和绑定信息等实时传输到服务器，以便保持网络通信功能；\n[0084] 终端控制监控软件：供电力局工作人员监控远程电线杆的实时倾 角数据所用。主要进行数据的存储、页面设计、设备与协调器节点之间的通信。可以分为两个系统：\n[0085] 服务器端数据接收与存储子系统，由MS SQL Server数据库服务器平台和运行在数据库服务器上的数据接收存储程序组成。该部分负责侦听指定端口，判断并识别数据采集终端发出的TCP Socket连接请求，如属于合法数据则存入数据库。\n[0086] 基于Web的数据管理与应用子系统，是运行在Web服务器上的一套网络应用程序。\n该系统采用ASP．NET动态网页技术，通过Visual Studio.net2003开发工具和C等混合语言设计开发而成。因用户只要通过客户端浏览器即可访问此Web应用程序。授权用户登录访问时自动读取SQL Sewer数据库的相关数据，实现数据的实时显示、历史查询和数据分析等综合功能。\n[0087] 利用监控软件，中心的工作人员对最新的倾角数据与危险阈值和历史数据进行比较，自动判定各感知节点的安全级别，同时发出工作模式设置命令。\n[0088] 图3为系统总体框图。远程监控中心可以同时与多个监控子网络进行双向数据传输。\n[0089] 本系统主要的工作任务是利用传感器采集数据，并将这些数据上传给监控中心。\n下面介绍的三种工作模式的设计原理，一是基于安全级别，二是根据工作人员的使用情况，系统根据这两点来设定模式，采用合适的采集时间、上报时间以及数据格式来完成工作。\n[0090] 根据感知节点采集计算出的倾角值变化可以划分出三种安全级别：\n[0091] (1)倾角没有变化，即θ-θ0=0，且倾角远远小于危险阈值时，即 安全级别高。\n[0092] (2)倾角未发生变化，但 时，或者倾角发生变化但仍然远小\n于阈值时，即 安全级别中。\n[0093] (3)倾角发生变化且大于阈值时，即 或初始倾角大于 时，安全\n级别低。\n[0094] θ为即时采集到的电线杆倾角数据，θ0为电线杆初始倾角。 为危险阈值，电线杆的倾角在大于该值情况下时处于危险状况，需要工作人员立即进行现场查看维护。\n[0095] 系统的工作模式可以分为三种：定时上报、监控中心主动调取、主动报警。当感知节点首次安装到电线杆上时，即会测量出初始倾角值，并且上传到远程监控中心，进行记录存储，同时由工作人员判断初始安全级别。根据初始安全级别的不同，远程监控中心设置不同节点的初始工作模式。感知节点的工作模式会随着倾角与安全级别的变化进行调整。定时上报模式的采集、上报时间间隔为12小时，中心调取模式的采集、上报时间间隔为T1，主动报警模式的上报时间间隔为为较小的T2，同时采集时间间隔为更短的时间间隔T3。不同工作模式的工作机制如图4、5、6所示。\n[0096] (1)初始电线杆的安全级别为高，则该感知节点初始模式被设置成定时上报模式。\n定时上报模式下，每天的凌晨0点和中午12点各进行一次上报工作。感知节点需要完成包括采集数据、计算倾角值和上报数据的整套工作。对于采集传感器，每次被驱动，就会在一分钟的采集时间内，每隔一秒进行一次数据采集工作，并由MCU对数据进行卡尔曼算法处理。经过数据平均与卡尔曼算法处理后，得出 一组三轴加速度值，然后计算出该采集时刻的倾角值，并由ZIGBEE传输模块将该数据按协议打包上传给路由节点或协调器节点。协调器节点最后传送给远程监控中心。如果发现数据的安全级别改变，则向目标节点发出命令，驱动其切换进入中心调取模式。\n[0097] (2)初始电线杆的安全级别为中时，则感知节点进入中心调取模式。该模式下，感知节点的采集间隔为T1，每经过T1时间就会进行一次数据采集、计算、上报的工作，同时感知节点在接收到中心要求数据上报的命令后，也会立即开始工作。在两分钟的采集时间内，每隔一秒就进行一次数据采集工作，并且在处理后上报倾角数据。远程监控中心根据上报数据对感知节点发送命令：\n[0098] 安全级别变为高时，中心向感知节点发送减少采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为2T1。如果下次监控的安全级别结果仍然为高，时间间隔变为4T1。如果下次监控的安全级别结果变为低，时间间隔立即还原变为T1；\n[0099] 安全级别变为中时，感知节点的数据采样密度保持不变，采样、上报时间间隔还是T1；\n[0100] 安全级别变为低时，中心向感知节点发送增加采样密度的指令，感知节点的采样、上报时间间隔变为T1/2。如果下次监控的安全级别结果仍然为低，时间间隔变为T1/4。如果下次监控的安全级别结果变为高，时间间隔变为T1；\n[0101] 累积时间间隔如果变得大于12小时时，则节点接收命令转为定时上报模式。累积时间间隔如果减小到小于T2，则中心发送命令给感知节点，使其进入主动报警模式。\n[0102] (3)电线杆的安全级别为低时，则感知节点设为主动报警模式。该模式下，感知节点的采集间隔为T3，每经过T3时间就会进行一次数据采集、计算的工作，不过不进行上报工作，只有在数据倾角数据大于危险阈值或T2间隔后才会上报一次数据。这个设计的原理主要是考虑到ZIGBEE模块的传输数据功耗较传感器采集数据功耗更大，所以在保证安全前提下，应尽量减少数据上报工作，提高数据上报效率，维持系统的节能性。\n[0103] 如果发现计算出的倾角数据始终在不断变大，即表示电线杆倾斜度不断逼近危险状况，则增加上报密度，主动上报改组数据给路由节点或协调节点，通知监控中心该电线杆处于危险之中，需要工作人员保持关注或进行紧急处理。增加采集密度的过程持续到上报密度等于采集密度。；\n[0104] 节点工作在主动报警模式下，意味着电线杆面临着随时倒塌的危险，远程监控中心就要安排工作人员到现场进行维护工作。节点维持主动报警工作模式，直到出现以下两种情况：工作人员开始进行维修，监控中心发出停止命令；电线杆的安全级别恢复为中或者高。\n[0105] 整个系统的工作流程介绍如下：\n[0106] 步骤1，感知节点、路由节点、协调器节点初始化，建立现场网络，给每个感知节点分配16位的网络地址。协调器节点中的GPRS模块初始化，主动向远程监控中心上报注册当时的IP地址。每个感知节点进行首次采集、上报工作，将初始倾角值与相应的网络地址打包发送到远程监控中心。监控中心将网络地址与现场的每一根电线杆进 行地图匹配，同时根据倾角值判断电线杆的安全级别，向每个感知节点发送命令，设置对应的工作模式。\n[0107] 步骤2，感知节点根据各自的工作模式开始工作。在安装时，感知节点的Z轴与电线杆平行，所以Z轴与水平面的夹角即为电线杆的倾角。采集到的加速度数据分别为X轴、Y轴、Z轴的加速度值，记为Gx、Gy、Gz，将采集时间内采集到的加速度不停地进行卡尔曼算法处理，计算出最终的三轴加速度值。之后根据水平垂直方向的重力加速度值为一个重力加速度G，由于矢量合成 就能得出G值。根据sinθ=GZ/G，来计算出\nZ轴与水平垂直方向的夹角，即倾角。之后将计算所得的倾角值、远程监控中心前一次判定的安全级别等级、配对的网络地址等数据打包发送给协调器节点或路由节点。\n[0108] 步骤3，路由节点或协调节点接收感知节点上传的数据，协调节点汇总数据，并且根据各感知节点之前的一组安全级别的高低将数据排序上传给远程监控中心，如图7。通过GPRS完成数据发送分为两步：拨号上网和基于socket的网络通信。拨号上网其实质是实现PPP连接(Point to Point Protocol over Ethernet，基于以太网的点对点协议连接)，PPP连接建立后则表明可以通过GPRS上网了，接下来可以通过套接字(socket)实现与服务器的通信。PPP是TCP/IP的扩展，它可以通过串行接口传输TCP/IP数据包。使用流套接字实现网络中不同主机间的通信属于典型的服务器/客户机模型(Server/Client)，即客户端向服务器发送服务请求，服务器根据该请求提供相应的服务。监控中心接收到数据后，会将数据存储。然后中心监控软件将最新倾角数据与之前一组倾 角数据比较得出变化程度和变化趋势，此外将最新倾角数据与初始倾角值、危险阈值比较，从而综合得出各个感知节点的安全级别。根据安全级别向感知节点反馈相应的工作模式设置命令。\n[0109] 系统的工作流程图如图8。