智慧灯杆荷载能力计算系统及方法

技术领域

本发明涉及智慧灯杆技术领域，具体地，涉及智慧灯杆荷载能力计算系统及方法。

背景技术

在2018年，工信部在《关于2018年推进电信基础设施共建共享的实施意见》(工信部联通信〔2018〕82号)中就曾明确提出要积极推动电信基础设施和能源、交通等领域社会资源的共建共享；积极推进通信塔与路灯、监控、交通指示等杆塔资源双向共享，推动“多塔合一”、“多杆合一”。随后，上海、海南、湖南、吉林、重庆、江苏、陕西、广西等省市都在此时此刻加快脚步，加速出台智能城市、信息基础设施、大数据等相关政策。大力推进城市智慧路灯建设，为建设智能城市、智慧道路及5G建设提前布局。智慧灯杆是搭载单灯控制器、摄像头、媒体广播、LED大屏、环境气象监测器、AP、紧急求助器、交通指示牌等于一体的公共基础设施，是构建新型智慧城市的重要载体。通过将传统功能单一的路灯灯杆升级为集供电、网络和智能应用于一体的智慧灯杆，使路灯在完成基本照明功能的同时承担其他公共服务功能，为智慧城市建设提供必备的供电资源、发达的通信网络与无处不在的无线网络，也为智慧照明、绿色减排、新能源汽车与手机充电、无线城市、公共安全等诸多领域提供新型设施和便利条件。

智慧灯杆挂载若干智能设备，其杆体空间负荷、网络负荷、供电负荷大幅增加，目前尚没有智慧灯杆荷载能力计算系统及方法可参考执行，灯杆荷载参考依据和计算方法的缺失给智慧灯杆的建设和运维带来极大的安全隐患。

因此，实现通过对杆体结构、设备网络、供电荷载的计算分析，实时动态监测杆体的负荷能力，满足智慧灯杆荷载综合的评估，是本领域技术人员所要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种智慧灯杆荷载能力计算系统及方法。

根据本发明提供的一种智慧灯杆荷载能力计算系统，包括：供电载荷计算模块、网络载荷计算模块以及灯杆空间载荷计算模块；

所述供电载荷计算模块是通过实际有功功率和额定功率进行比较，从而判断是否满足供电建设要求；

所述网络载荷计算模块是通过额定带宽和实际带宽进行比较，从而判断是否满足网络建设要求；

所述灯杆空间载荷计算模块是通过包括灯杆塔段、挑臂以及挂载设备的物理信息计算灯杆底部截面受力，从而判断是否满足危险截面强度要求和灯杆偏移量要求。

优选地，所述供电载荷计算模块采用：

供电额定荷载计算公式：P

供电实际荷载计算公式：P'

P

优选地，所述网络载荷计算模块采用：

网络额定带宽计算公式：B

网络实际带宽计算公式：

B

优选地，所述所述灯杆空间载荷计算模块采用：

危险点最大正应力：

危险点最大挠度：

灯杆强度结果：

灯杆偏移量结果：

其中，F

优选地，当新增设备时，根据当前设备额定功率、额定电流、以及要新增设备的数量，计算出当前设备安装灯杆的承载负荷、供电负荷、网络负荷；根据所计算的灯杆空间荷载、供电荷载、网络荷载情况判断当前设备是否满足建设要求。

根据本发明提供的一种智慧灯杆荷载能力计算方法，包括：

步骤S1：进行供电载荷计算，通过实际有功功率和额定功率进行比较，从而判断是否满足供电建设要求；

步骤S2：进行网络载荷计算，通过额定带宽和实际带宽进行比较，从而判断是否满足网络建设要求；

步骤S3：进行灯杆空间载荷计算，通过包括灯杆塔段、挑臂以及挂载设备的物理信息计算灯杆底部截面受力，从而判断是否满足危险截面强度要求和灯杆偏移量要求。

优选地，所述供电载荷计算采用：

供电额定荷载计算公式：P

供电实际荷载计算公式：P'

P

优选地，所述网络载荷计算采用：

网络额定带宽计算公式：B

网络实际带宽计算公式：

B

优选地，所述所述灯杆空间载荷计算采用：

危险点最大正应力：

危险点最大挠度：

灯杆强度结果：

灯杆偏移量结果：

其中，F

优选地，当新增设备时，根据当前设备额定功率、额定电流、以及要新增设备的数量，计算出当前设备安装灯杆的承载负荷、供电负荷、网络负荷；根据所计算的灯杆空间荷载、供电荷载、网络荷载情况判断当前设备是否满足建设要求。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用设备供电荷载计算，从而达成根据设备间的供电关系，分析设备电流、功率等数据，实现对智能控制器、电缆、综合机箱对灯杆设备供电荷载能力的计算；

2、本发明通过采用设备网络荷载计算，从而达成根据设备间的网络拓扑关系，分析网络设备端口流量数据，实现对灯杆交换机、汇聚交换机、核心交换机对灯杆设备网络荷载能力的计算；

3、本发明通过采用设备灯杆空间荷载计算，从而达成根据结构力学，计算灯杆挑臂、挂载设备等对灯杆塔段的荷载情况；

4、本发明通过采用设备荷载预测，从而达成杆体承载、供电荷载、供网荷载的预测，并导出荷载计算报告，评估其建设可行性、安全性；

5、本发明通过采用软件系统动态计算智慧灯杆荷载能力，实现了荷载能力评估的及时性、准确性和信息化，提升了智慧灯杆项目建设和运维手段。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为智慧灯杆荷载能力计算系统示意图。

图2为智慧灯杆项目建设电路示意图。

图3为供电荷载计算数据时序图。

图4为智慧灯杆项目建设网络拓扑图。

图5为网络荷载计算数据时序图。

图6为结算结果示例。

图7为灯杆空间荷载计算数据时序图。

图8为荷载预测界面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

根据本发明提供的智慧灯杆荷载能力计算系统，如图1至8所示，包含：供电荷载计算模块、网络荷载计算模块、灯杆空间荷载计算模块以及荷载预测功能模块。通过计算出平台总的供电负荷、网络负荷、杆体设备承载能力，为运维人员进行智慧灯杆建设提供有效参考。当新增设备，可以对其进行荷载能力预测评估，评估其建设可行性、安全性。

所述供电荷载计算模块包括：

供电荷载主要计算智慧灯杆项目建设中的供电荷载情况，根据综合机箱、回路、灯杆供电设备、灯杆挂载设备行成的电路图，如图2所示，计算系统供电荷载情况，通过实际有功功率和额定功率进行比较，以判断是否满足供电建设要求。

如图3所示，智慧灯杆荷载能力计算系统通过调用资产管理服务接口获取设备额定功率和电流，通过调用照明监控服务接口获取监控终端实际功率和电流。

交流：有功功率：P＝U*I*cosθ；U为配电回路电压，I为回路电流，cosθ为功率因数。

直流：有功功率：P＝U*I；U为回路电压，I为回路电流。

供电额定荷载计算公式：P

供电实际荷载计算公式：P’

P

所述网络荷载计算模块包括：

网络荷载主要计算智慧灯杆项目建设中的网络荷载情况，根据机房核心交换机、汇聚交换机、灯杆交换机等网络设备行成的网络拓扑图，如图4所示，计算网络拓扑图内网络荷载情况，通过额定带宽和实际带宽进行比较，以判断是否满足网络建设要求。

如图5所示，智慧灯杆荷载能力计算系统通过调用资产管理服务接口获取网络设备端口额定带宽，通过调用网络设备监控服务接口调用网络设备实际带宽。网络荷载主要计算网络设备各个端口的带宽之和，单位为：MB。网络带宽是指在单位时间(一般指的是1秒钟)内能传输的数据量。

网络额定带宽计算公式：B

网络实际带宽计算公式：

B

所述灯杆空间荷载计算模块包括：

灯杆空间荷载主要计算智慧灯杆的承载能力详情，通过灯杆塔段(塔段材质信息包括弹性模量(MPa)、密度(kg/m

灯杆强度结果：最大允许强度值(Mpa)和实际强度值(MPa)。最大允许强度值大于实际强度值满足建设要求，否则，不满足。

灯杆偏移量结果：最大允许偏移量(mm)和实际偏移量(mm)。最大允许偏移量大于实际偏移量满足建设要求，否则，不满足。

灯杆空间荷载计算详细过程

灯杆空间荷载计算详细过程：

1安全因子：s＝1.5

2基本风压值：P

基本风压值参考全国50/100年一遇风压表，可根据需要加大或减小设计风压值。

3材料属性：

常用杆体材质Q235/Q345/6005-T5/6006-T5等，一般国产Q235/Q345屈服强度会小于235MPa/345MPa。

4危险截面参数(默认八边型)

由上述参数推导出一下结果：

正多边形惯性矩：

正多边形抗弯截面系数:

5外载信息

5.1主杆体：

由上述参数推导出一下结果：

塔段1截面积A1(m2)：b

塔段2截面积A2(m

塔段1自重G1(N)：A

塔段2自重G2(N)：A

塔段1重心高度h1(m)：h

塔段2重心高度h2(m)：h

塔段1最大等效迎风面积S1(m

塔段2最大等效迎风面积S2(m

其它附加重力载荷G3(N)：(m

塔段1正面受载

塔段2正面受载

弯矩：

W

扭矩：

W

5.2挑臂：

由上述参数推导出一下结果：

挑臂1自重G4(N)：(m

挑臂2自重G5(N)：(m

挑臂3自重G6(N)：(m

挑臂1正面受载

挑臂2正面受载

挑臂3正面受载

弯矩：

W

扭矩：

5.3其它外挂：

由上述参数推导出一下结果：

外挂1自重G7(N)：(m

外挂2自重G8(N)：(m

外挂3自重G9(N)：(m

外挂4自重G10(N)：(m

外挂1正面受载

外挂2正面受载

外挂3正面受载

外挂4正面受载

弯矩：

W

扭矩：

6轴力、重力引起的弯矩、剪力、剪力引起的弯矩计算

轴力：

剪力：

弯矩：

剪力引起的弯矩和：

重力引起的弯矩和：

剪力引起的扭矩和：

7危险截面最大应力计算

灯杆底部危险截面同时发生扭、弯、轴向压(拉)变形，其最大正应力为弯曲正应力与压缩(拉伸)应力之和，位于弯矩平面与危险截面相交线的最远位置；危险截面的最大切应力为扭转切应力，位于危险截面内距离形心最远位置，因此，危险截面的最大应力点(以下称危险点)可假定位于两者的重合处，且该点处于二向应力状态。

危险点最大正应力：

危险点最大挠度：

8结论

灯杆强度结果：

灯杆偏移量结果：

结算结果如图6-7所示。

所述荷载预测模块包括：

当新增设备时，需要根据该设备额定功率、额定电流、以及要新增设备的数量，计算出该设备安装灯杆的承载负荷、供电负荷、网络负荷。根据所计算的灯杆空间荷载、供电荷载、网络荷载情况判断该设备是否满足建设要求。如图8所示。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。