DB23-T 3098-2022 塔桅集群结构运营安全监测技术规程

ICS

91.140.01

P45 DB23/T

3098－2022塔桅集群结构运营安全监测技术规程Technical

Specification

for

Operational

Safety

Tower

and

Mast

Structures

within

One

2022-01-29

发布 2022-02-28

实施黑龙江省住房和城乡建设厅

Technical

Operational

of

and

Structures

中国铁塔黑龙江省分公司

黑龙江省市场监督管理局

02

28

2022

Operational

of

and

Structures

3098-2022 为了规范黑龙江省塔桅集群结构运营安全监测系统的设计、实施、验收及维护，黑龙江省住房和城乡建设厅组织并委托哈尔滨工业大学、中国铁塔黑龙江省分公司承担了《塔桅集群结构运营安全在编制过程中，编制组经深入研究、广泛调查、认真总结工程实践，参考有关国内外先进标准和做法，在广泛征求有关单位和专

本规程由黑龙江省住房和城乡建设厅、黑龙江省市场监督管理局和黑龙江省通信管理局共同管理，黑龙江省住房和城乡建设厅归口并负责组织实施，由哈尔滨工业大学负责具体技术内容的解释。在执行过程中如有意见或建议，请寄哈尔滨工业大学《塔桅集群结构运营安全监测技术规程》编制组（地址：黑龙江省哈尔滨市南

73

本规程主编单位：

......................................................................................................

.......................................................................................... 2.1

2.2

..............................................................................................

..............................................................................................4.1

4.2

......................................................................... 4.3

..................................................... 4.4

................................................... 114.5

................................................................... 12

............................................................................................ 135.1

135.2

135.3

145.4

14

............................................................................................ 166.1

166.2

166.3

....................................................................... 16

............................................................................................ 187.1

187.2

187.3

.......................................................................197.4

...........................................................................19 21........................................................................................22

..........................................................................................231

Principles......................................................................12

and

Symbols....................................................................22.1

Terms............................................................................................... 2.2

........................................................................................... 3

...................................................................44System

Design.............................................................................74.1

General

............................................................................ 4.2

.............................................................4.3

and

............... 104.4

and

.......................... 4.5

.................................................

125System

...........................................................145.1

General

..........................................................................145.2

........................................................................ 145.3

........................................................................ 155.4

........................................................................156 System...................................................................176.1

General

..........................................................................176.2

Acceptance............................................................................. 176.3

Inspection

and

Acceptance...............................................177 System

and

Maintenance......................................

197.1

General

.......................................................................... 197.2

Maintenance.................................................................... 197.3

Inspection

and

............................................207.4

....................................................................... 20..........................................................................................................21List

of

Quoted

Standards.............................................................. 22Addition：Explanation

of

.......................................... 231 总则1.

0.

1.

0.

1.

0.

对塔桅集群结构进行运营安全监测时，除应符合本规程外，2 术语与符号2.1

2.

1.

and

2.

1.

and

one

由局部区域内承受相同或相似荷载作用的多座结构特性相同2.

1.

operation

of

and

2.

1.

operation

of

and

one

利用实时感知塔桅结构响应的传感器、采集与传输数据、分析与管理数据的软件及硬件装备，实现对集群内全部塔桅结构运营安2.

1.

针对塔桅集群结构运营安全监测而设定的目标，包括塔桅结构性能、结构损伤或病害，引起塔桅结构状态变化的安全事件及其它2.

1.

描述塔桅结构监测目标演变过程的可直接或间接感测的结构参2.

1.

cross

将塔桅集群结构内的监测数据分为训练集以及测试集两部分，2.

1.

2.

1.

利用塔桅结构响应的监测数据来分析其结构物理参数的变化，2.

1.

10

2.

1.

12

integration将监测系统各子系统进行串联组合，组成一个具备塔桅集群结2.2

95%

95% /2

3 基本规定3.

0.

具有结构特性相同或相似塔桅所占比例不低于集群内塔桅

3.

0.

20

3.

0.

塔桅集群结构运营安全监测系统建设目标应包含以下内容： 为掌握新建或在役塔桅集群内全部结构的技术状况提供准 为掌握塔桅集群内全部结构的安全状态提供诊断与评价服

3.

0.

3.

0.

3.

0.

3.

0.

3.

0.

3.

0.

3.

0.

10

监测系统应设定预警值，预警值应满足工程设计及被监测3.

0.

测方案、测数、分析结以及原始录应行分3.

0.

12

监测系统的网络安全应满足《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》

以及《信息安全技术数据库管理系统安

3.

0.

12

4 系统设计4.1

4.

1.

度要求、场地条件和当地工程经验等综合确定，并应经济合理、维4.

1.

4.

1.

方式、塔桅结构状态诊断与预警指标等信息，应根据监测目的、监4.

1.

4.

1.

4.24.

2.

监测、应变监测及环境荷载监测，传感子系统方案的监测项目应根

4.2.1

4.

2.

4.

2.

4.

2.

4.

2.

环境荷载监测内容应包括塔桅集群所在区域的风压、风速、与塔桅结构响应直接相关的环境荷载应采用与结构响应相4.

2.

传感器选型的设计应符合下列规定：

4.

2.

90%

测系统的正常使用需求，包括工作温湿度范围、监测精度、分辨率4.

2.

传感器测点布置的设计应符合下列规定：

4.3

4.

3.

数据采集子系统的设计应符合下列规定：

可采取全时采集、定时采集、触发采集和混合采集四种模式，应依

4.

3.

4.

3.

4.

3.

数据传输子系统的设计应符合下列规定：

104.

3.

合考虑传感器之间的距离、工程各阶段特征及工程现场地形条件等

根据工程实际需要，可选取一种或两种同步技术组合使用。4.4

4.

4.

4.

4.

数据存储子系统的设计应符合下列规定：

支持在线实时数据处理分析与离线数据处理分析两种工作

4.

4.

4.

4.

数据处理子系统的设计应符合下列规定：

4.5

4.5.1

用户端子系统界面应功能齐全、信息完备、操作方便，可实4.5.2

用户端子系统各模块应与数据库实时对接，实现数据库数据4.5.3

用户端子系统宜显示塔桅集群结构安全监测的结果性、全局性及决策性信息、被监测塔桅集群结构的细节信息以及数据预处理4.5.4

对监测数据进行展示，具备监测数据的实时展示、历史数

125 系统实施5.1

5.

1.

新建塔桅集群监测系统的实施宜与塔桅结构施工同时进行，5.

1.

5.

1.

5.2

5.

2.

5.

2.

5.

2.

5.

2.

5.

2.

实时采集的数据应同时放在本地数据采集设备和监测中心

5.

2.

13

5.

3.

5.

3.

5.

3.

统展示传感光缆、设备与数据信息，并可在界面上直接修改各模块5.

3.

5.

3.

余部署，系统关键设备应有热备份，设备切换时应有提示或报警信

5.

4.

5.

4.

监测系统试运行前应检测数据采集与传输设备的安装与连

5.

4.

数据存储子系统的调试应满足下列要求：14

5.

4.

156 系统验收6.1

6.

1.

6.

1.

监测系统验收须由相关部门委派专业人员组织验收，完成交6.

1.

6.2

6.

2.

6.

2.

6.

2.

6.

3.

6.

3.

传感器安装验收应包括布设方法、布设线路、调试结果等；

16

6.

3.

177 系统运维7.1

7.

1.

7.

1.

个月

24

7.

1.

7.

1.

7.

1.

7.2

7.

2.

监测系统的日常运维应检查系统数据的实时状态与后台进7.

2.

出现的掉电、计算机故障和系统通讯中断等异常情况应进行处理，7.

2.

户进行身份鉴别，未经批准禁止随意更改系统配置、增删软件和硬7.

2.

187.37.

3.

7.

3.

7.

3.

20%7.

3.

7.4

7.

4.

7.

4.

对报警信息进行分析和处理，对报警信息进行登记并存档；

对出现报警信息的塔桅结构进行具体检查，确定报警原因，

7.

4.

19

对故障原因进行分析和处理，填写异常状况登记表并存档；

20本规程用词说明

）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧执行”。21引用标准名录文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，

GB50017-2017

22239-2019

2197-2010

236-2008

333-2012

10

559-201022黑龙江省地方标准

3098-2022

23

《塔桅集群结构运营安全监测技术规程》

01

29

本规程编制过程中，编制组经深入研究、广泛调查、认真总结工程实践，参考有关国内外先进标准和做法，广泛征求有关单位和为了便于有关人员在使用本规程时正确和执行条文规定，本规程编制组编制了本规程的条文说明，对条文规定的目的、依据及执行过程中注意的问题进行说明。但是，本条文说明不具备与正文同24

总则.................................................................................................... 26

术语与符号 282.1

28

基本规定 29

系统设计 314.2

.......................................................................314.3

................................................... 354.4

................................................... 384.5

................................................................... 46

系统实施 475.1

135.3

47

系统验收 486.1

486.2

486.3

....................................................................... 49251 总则1.

0.

种因素的影响，出现部分塔桅倒杆、腰折等现象而提前失效，达不致使通信铁塔提前失效的因素存在于建筑物设计、实施、使用的各个环节：设计和实施阶段产生初始缺陷；使用阶段由于服役环境的复杂性和服役时间的积累，出现各种缺陷或损伤。若直接对提前失效的结构进行拆除重建，将大大加重日趋紧张的资源、能源供综上，针对塔桅结构工程结构服役周期长，运营环境复杂，结构损伤具有随机性、隐蔽性及突发性等问题，为了促进塔桅集群结构管养水平的进步，推进塔桅集群结构监测系统的设计、实施和运

集群结构的性能及行为的预测提供可能，结合塔桅集群管养决策的

技术的解决原则的规范化，来指导塔桅集群监测系统的详细技术方

标准化和规范化，来指导系统建成后的管理运营方案的制定，并指

实施的招投标等管理全周期的流程规范化，来指导塔桅集群监测系1.

0.

复杂地质水文条件导致了塔桅集群结构服役性能脆弱、施工期短、26养护难度大、耐久性差、安全保障能力弱等诸多难题，且黑龙江省地域辽阔，省内有数量较大、类型众多的塔桅结构处于服役阶段，1.

0.

塔桅集群结构运营安全监测系统的设计应考虑多方面的因素，主要包括：监测目的、监测内容、结构特点、周围环境及荷载条件环境荷载、业主特殊要求等。在选用本规程指导塔桅集群结构监测系统的设计、实施和运营时，应根据上述因素来设计监测系统272 术语与符号2.1

2.

1.

拉线塔等在内的塔桅集群结构运营安全监测系统设计、实施、验2.

1.

2.

1.

进行重用，将数据分为两部分，一部分数据用来进行模型的训练，另一部分数据用来测试训练生成模型的误差，对数据进行多次切分来得到好的估计，自从交叉验证提出以后，人们根据不同的数据切分方式将交叉验证方法分为：留一交叉验证，

交叉验证，

）留一交叉验证，这是交叉验证方法中最常见的一种方法，

想是每次从数据集中随机取出

个样本作为验证集，剩下的数据作

份，每次从

份数据集中拿出一份数据集作为验证集，剩下的

份数

283基本规定3.

0.

3.

0.

体化塔房、增高架等结构；特殊塔型指在集群中与大多数塔型相异

3.

0.

应针对具体塔桅结构对象来设定总体目标，通过直接或间接监测结构的局部或整体参数综合评价结构性能及损伤状况。塔桅集群结构运营安全监测系统的建设目标应定位适宜，应根据技术现状、资金3.

0.

应针对具体塔桅结构对象来设定总体目标。监测系统的建设目标应3.

0.

塔桅集群结构运营安全监测系统安装应在不影响主体结构施工进度及质量的前提下进行，因此，系统安装位置应结合结构主3.

0.

塔桅集群结构运营安全监测系统应保证在结构全寿命周期内正常运行，因此传感器应具有良好的耐久性和可维护性。除特殊位置的传感器外，大部分重要的传感器应考虑耐久性及后期维护和更换的可行性，如果发现传感器失效，应在最短时间内完成更换。传感器应设置标识和采取必要的防护措施，避免暴雨雷击、动物侵29应考虑日照、雨淋、冰冻、风沙等恶劣天气的影响，必要时应采取特殊防护措施。同时，应定期检查传感器工作和运行状况，定期进为保证传感器耐久性与可维护性条件，应对传感器做好相应的

失准，及时发现危及传感器安全的因素，预先采取相应的措施进行3.

0.

实际使用过程中部分监测硬件设备可能出现不同程度的损坏，因此，对关键参数和重要部位的监测，应配置多个相同类型或不同类型的硬件设备，避免出现硬件损坏导致监测数据测量不准或无法测量等问题。监测系统软件应与硬件相匹配，具有良好的用户304 系统设计4.1

4.

1.

塔桅集群结构运营安全监测系统各子系统构成应满足表

4.24.

4.24.

2.

31

4.

2.

4.

2.

4.

2.

321.

-402.

1500

）由于目前的传感技术无法实现冰、雪荷载的直接监测，可根据其他监测项（风速、温度、湿度等）的监测结果，进行相关性分4.

2.

部的漠河地区年最低温度可达

333.

4.

1.

-402.

3.

4.

0.005°1.

3mm+0.5ppm2.

6mm+0.5ppm3.

10mm+0.5ppm4.

5Hz5.

1.

-402.

3.

±2g4.

0.255.

10

1.

2.

3.

4.

=10

5.

-406.

100%RH1.

100%RH2.

-403.

4.

3%RH344.3

4.

3.

4.

3.

4.

3.

享技术，各级终端设备中装有时钟同步模块，再用有线介质将各个设备相连，以其中之一作为主模块，其余的作为从模块。主模块内部的时钟信号通过电缆同步从模块内部的时钟信号。各级终端设备

作为参考，可以基于该基准时间生成事件、触发和时钟。对于长距离传输，可以利用包括卫星定位系统（如北斗、

等）、

1588

一方传到另一方。常用的介质有双绞线、同轴电缆和光缆等，常用

RS422RS485

信号通过空间传输的一种技术。通常可分为无线广域通信网（无线

等方式；无线局域通信网可采用如

、蓝牙等传4.

3.

37隔可以是随机的、不同步的。但在传输一个字符的时段内，收发双输方式实现简单，但需在每个字符的首尾附加起始位和停止位，因而它的额外开销大，传输效率低。这种方式主要用于低速传输的设入同步字符，同步字符之后可以连续发送任意多个字符。同步方式中，数据传输额外开销小，传输效率高。但是同步方式实现复杂，传输中的一个错误将影响整个字符组（而异步传输中的同样错误只

障时数据的完整性和可靠性。宜设置多卡槽的数据存储介质或以其他方式保证数据质量，目的是对存储介质的数据进行读写时，仍能保证高质量的连续采集和存储，以满足不间断连续采集和传输的监4.4

4.

4.

4.

4.

384.

4.

D

εh,

T,

T39 *

21

w

在此基础上，可计算拟合值与实测值的残差如下式所示，残差hh

h

*h

出问题变成一个非线性优化的问题。由于采集得到结构各个位置的结构响应和温度监测数据，它们之间存在非线性关系，因此，利

Φ=

Φ=

output

T

BP

εoutput

output

input

40

参考状态下

神经网络的残差矩阵，该残差可认为主成分分析是一种多元统计方法，该方法对于消除结构损伤诊ε

ε

矩阵中特征值越大，其对应的主成分反应样本信息量越多，P

P1

P2

112

1在此基础上，利用下式即可计算出剔除温度影响的结构响应

11 在利用监测数据进行结构损伤识别时，宜利用原始数据提取对利用监测数据提取的对环境与运营荷载变化不敏感的特征指标主要分为：统计特征、力学特征以及深度学习特征。统计特征可归纳为统计分布特征、统计模型特征和其他统计特征几类。较为通用的统计分布特征有均值、标准差、方差、峰态、斜度、极值、均方根值、分位数等；统计模型特征由统计建模的参数得到，例如由自回归模型定义的自回归系数、自回归系数的距离度量、自回归残差41等；其他类型的统计特征包括由相关性分析、主成分分析等方法获

在使用基于数据驱动的异常诊断算法进行结构损伤识别时，可利用结构健康状态下的损伤特征构建损伤诊断指标并定义异常诊在使用结构健康状态的损伤特征定义异常诊断阈值时，可采用基于马氏距离的方法。首先计算健康状态损伤特征的马氏距离作为损伤hh

h

hhh

h

hR

h

h

h

γ

1.295%

95%在此基础上，比较待诊断状态下损伤诊断指标与阈值，进而完d

d

d hh

dh

10

dd另外一种异常诊断阈值定义方法为休哈特控制图法。其基本思想是：针对正态分布数据中的小概率事件，制定相应的阈值。假定

2

242

2

任意

个误差样本的均服从正态分布

，概率表

2

P /2

P /2

1

/ l

/2

/2

/2

12

2

当显著性水平

时，损伤特征样本均值在统计学意