数据中心机组框架变形激光扫描自动监测系统设计

刘 健

（天津工业职业学院， 天津 300400）

引言

数据中心基建工程中应用的激光扫描技术由激光测距技术衍生而来，通过激光束在地平面水平方向和垂直方向持续的角度变化测定数据中心机组框架外表的三维坐标，是一种高精度远程测量手段[1-3]。为了提高工程项目中数据中心机组框架变形量的监测效率，本文提出并开发了一种激光自动扫描平台，平台的硬件部分采取了3层架构的形式，软件部分集成了用于数据采集、处理和传输的多个系统。实际应用结果表明，所提出的平台具有较高的测量进度，实用性很强[4-7]。

1 系统设计

1.1 总体结构

数据中心机组框架变形激光自动扫描平台的总体结构如图1所示。平台硬件部分主要由测量层、通信层、应用层组成，测量层负责采集各种数据，主要包括全站仪、标靶组以及水位计、应力计等多个参数测量传感器；通信层用于平台各部分间的数据传输，主要包括无线发射模块、数据传输单元和微型控制单元；应用层用于平台与操作者的交互，主要包括手机、计算机、LED显示器等[8-10]。平台软件部分采取了“3+1”的智能化管理模式，由自动化数据采集系统、监测简报自动生成系统、数据处理预系统实现数据的采集、处理和存储，通过自动监测平台向操作者和第三方单位呈现监测数据，如图1所示。

1.2 软件部分设计

通过Visual C#编程语言开发了自动化数据采集系统，接收各种参数传感器采集的监测数据并操控全站仪按规范流程进行数据中心机组框架变形量测量作业。自动化数据处理预警系统在监测过程中对各类数据进行实时处理，根据系统设定的限制值在数据发生超限时立即发出预警信息，预警方式包括现场警示音、邮件、短信等。简报自动生成系统基于Java语言实现，系统采用了方便用户登录客户端的B/S架构，能够帮助操作者和项目第三方用户对监测过程进行实时监督，并在单次监测完成后自动生成曲线图和Excel数据表等形式的电子简报，通过网络发送给工程项目的施工、建设、监理单位以及政府监管部门，极大地提高了监测工作的效率。

1.3 通信设计

平台的数据通信主要分为2个部分，一是数据采集系统向全站仪和各传感器发送控制信号，二是全站仪和各传感器将所采集的数据发送给数据存储服务器，由此形成了从测量层到应用层的闭环控制。操作者通过计算机向全站仪发出Request操作指令，全站仪以Reply作出反馈并按指令的要求完成相关动作。在监测过程中，全站仪通过向分布于测量位置的标靶发射激光获取监测点的三维坐标信息，通过RS232串口利用无线传输单元将其发送给数据存储服务器。由于监测点的数量较多，以各种参数传感器为节点组建基于SNAP无线通信协议的ZigBee无线网络，在WSN的组网模式下，单个传感器故障不会影响其它传感器与服务器的通信[11]。

2 系统应用测试

在数据中心机组框架测试激光发射点周围5~160 m范围内均匀设立40个标靶，通过Leica TM30全站仪对所有标靶的整体坐标进行测量。

实验当天的数据中心上午和下午使用Riegl LMS-VZ400扫描设备进行两次测量实验。实验时环境温度设定为27℃和32℃，数据中心机实验点有通风系统且微风，对扫描设备采取遮阳防护措施。

上午进行第一次实验，激光扫描测量测回数为10次，在40个标靶中选择均匀分布的4个作为参考坐标点，每次测量完成后对标靶坐标值进行设备-整体坐标转换，将2~10次测回的转换坐标值求平均数，以全部测回的坐标测量均值与其进行比较，由此得到了比较统计曲线；之后再次提取其余4个标靶作为参考坐标点，按上述过程进行坐标值和均值计算，得到如图2所示的统计曲线。

下午移动激光发射点位置，按与上午相同的程序进行扫描实验，获得如图3所示的测量精度与测回数关系曲线。

将Riegl LMS-VZ400激光扫描设备测得的所有标靶坐标与Leica TM30传统测量设备测得的结果进行比对，可对该激光扫描设备的精度做出以下结论：测量距离在160 m以内，测距较差中误差数值为4.2 mm，与该设备说明的5 mm标称精度相符；平面点位精度数值为较差中误差6.8 mm，同时高程较差中误差数值为11 mm。

3 结论

激光扫描技术在数据中心机组框架变形量的监测中应用较为广泛，为了进一步提高效率，本文提出并开发了一种数据中心机组框架变形激光自动扫描平台，介绍了平台的总体结构，阐述了平台的硬件结构和软件部分的设计方法，通过实际应用验证了平台的测量精准性。该平台能够对监测数据进行实时的采集、处理、预警、存储和现实，适用于各类工程项目的数据中心机组框架变形监测。