CN102023604A - 一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统，该系统由前端设备、集控中心和客户端构成，利用振动传感器采集外力破坏行为对塔体产生的机械振动信息，将外力施加在金属塔材上的敲击、切割、拉锯、扭螺丝等破坏行为引起的材料内部介质振动转换成依据运动幅度、频率变化的模拟电信号，并经微信号放大后输出。利用短时能量法滤除环境噪声造成的虚警，采用线性预测法提取激励性质特征，自相关函数的周期进行模式识别，根据判决结果产生报警信号，后台软件根据输入的振动特征参数完成波形拟合，最后通过无线传输模块将判决结果、合成音频信号及司法认证数据传送到集控中心做二次判决，同时完成数据的存储和查询功能。

Description

一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统

技术领域

本发明属于自动监测电子设备，特别涉及一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统。

背景技术

随着我国国民经济持续高速发展，电力电网的建设如火如荼，然而一个不容忽视的事实却是包括自然灾害和人为偷盗等外力破坏对电力电网的建设和发展的威胁也日益增大，尤其是输电铁塔塔材经常性遭受人为外力破坏，导致经济损失严重，并已成为影响电网安全运行的主要因素之一，极大干扰了国民经济秩序和人们正常的生产生活，据国家电网统计表明，2008年以来，人为偷盗行为(包括重力敲击、切割、拉锯及拧螺丝等行为)占外力破坏的比重已达到80％以上，因此确保电力“生命线”的安全和畅通已成为刻不容缓的社会问题。当前的输电铁塔防外力破坏在线监测系统主要基于图片、视频监控方法实现，由于图片、视频数据量大，信息冗余度高，信息挖掘方法复杂难以满足系统实时要求，同时造成昂贵的通信费用，因而该方法具有误警率高、实时性差、功耗大、智能化低、通信费用高等缺陷，不利用在线监测技术的市场推广和普及，急需技术更新换代。

发明内容

为了提高输电铁塔在线监测系统的检测准确率和实时性，降低系统功耗、减小通信费用，同时提高在线监测系统的智能化水平，本发明提供一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，

一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统。由前端设备、集控中心和客户端构成，集控中心与前端设备连接，集控中心和客户端连接，前端设备采集外力破坏对输电铁塔产生的振动信息，进行智能分析和判决，输出外力破坏行为的类型和特征量并产生报警信息，集控中心接收前端设备的输出信息，客户端通过集控中心接收自动报警信息。

前端设备由振动传感器、信号处理单元、通信单元以及供电单元构成，振动传感器采集外力破坏对输电铁塔产生的振动信号并转换成电信号，信号处理单元输入连接振动传感器，连接方式为RS485，输出连接通信单元，连接方式为USB/RJ45，通过通信单元与集控中心进行通信，信号处理器完成智能处理功能，包括数据分析、行为判别以及自动报警，供电单元为前端设备中的所有单元提供电源供应。

集控中心通过GSM/GPRS/3G/Ethernet/WiMax与前端设备连接，集控中心通过GSM/GPRS/3G/Ethernet/WiFi和客户端连接。

前端设备安装在电力铁塔之上，其中振动传感器与电力铁塔通过螺母刚性连接，确保外力破坏对铁塔造成的振动信息的准确采集，振动传感器类型包括速度型、加速度型及位移型，系统可根据实际需要选择振动传感器的类型、数量以及相应安装位置。

本发明的有益效果是：

(1)使用振动传感器采集人为破坏激励信号，极大排除沿空气介质传播的振动噪声，提高输入数据纯净度和精度，根据安装位置的远近和对灵敏度要求不同可自适应的选择灵敏度较高的加速度型振动传感器和灵敏度较低的速度型振动传感器。

(2)采用三次判决过程极大降低了虚警和漏警概率，第一次判决指基于短时能量的门限判决滤除能量较低的车辆通过等环境噪声造成的虚警，同时不易产生漏警，第二次判决指基于特征量提取的模式识别滤除风、雨、冰雹等天气因素造成的虚警，第三次判决指检测中心对监测系统产生的报警进行人工确认完全排除虚警可能，通过三次判决将虚警和漏警概率降为极低。

(3)传输方式可根据实际情况选择以太网、GSM、3G、WiFi或者WiMax，系统适应性强，工作模式灵活。

附图说明

图1是发明的系统结构图。

图2是图1中前端设备信号处理单元的模块结构图。

图3是图1中前端设备信号处理单元工作流程图。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

图1所示，输电线路智能防外力破坏在线监测系统包括前端设备1、集控中心2和客户端3，集控中心2通过GSM/GPRS/3G/Ethernet/WiMax与前端设备1连接，集控中心2通过GSM/GPRS/3G/Ethernet/WiFi和客户端3连接，前端设备1负责采集外力破坏对电力铁塔产生的振动信息，同时对输入的振动信息作特征提取和智能判别处理，并将特征判别信息发送到集控中心2同时接收集控中心2的控制指令，集控中心2接收前端设备的特征量和判别结果，并以此做二次判别，客户端3通过集控中心2浏览、查询外力破坏的判别结果，接收自动报警信息。

其中前端设备1由振动传感器、信号处理单元、通信单元及供电单元构成，振动传感器包括速度型振动传感器、加速度振动传感器和位移振动传感器，这些传感器用螺母以刚性连接方式安装在电力铁塔塔材之上，主要负责采集外力破坏对铁塔造成的振动信息，传感器类型、数量和安装位置由实际情况决定。信号处理单元输入连接振动传感器，输出则连接通信单元，信号处理单元采用专用多媒体处理IC芯片DM6446，该芯片具有ARM+DSP双核架构，DSP核负责专用算法处理，ARM核负责系统应用，信号处理单元负责对采集的振动信息进行特征量提取、智能判决以及数据压缩。通信单元包括USB接口GSM/GPRS模块和3G模块以及RJ45接口的WiMax模块和Ethernet模块，系统根据实际情况自适应选择通信方式，主要负责前端设备和集控中心(2)的通信功能，包括判决信息、报警信息的发送和客户端远程控制信息的接收。供电单元采取太阳能供电方式，可提供直流12V、5V以及3.3V三种电压输出。

图2所示，前端设备1中的信号处理单元包括基于短时能量判断的端子检测模块、线性预测及倒谱系数提取模块、振动周期提取模块、行为类型识别模块、音频数据拟合模块以及数据压缩模块。其中基于短时能量判断的端子检测模块检测输入的振动信息的能量，根据事先设定的能量门限进行判断，若能量超过门限，则为外力破坏行为，否则不进行下一步处理，该方式可剔除引发虚警的振动，包括汽车通过、下雨、无意敲击等行为。线性预测倒谱系数提取模块和振动周期提取模块则分别提取外力破坏振动信息的倒谱系数和运动周期，作为振动信息的特征量，行为类别识别模块根据提取的特征量判决外力破坏行为的类型，包括敲击、切割、拉锯、扭螺丝破坏行为，输出判决结果并产生报警信息，通过通信单元发送到集控中心服务器和客户端，进行二次判决。音频数据拟合模块则根据振动信息的运动周期模拟外力破坏行为的声音信息，数据压缩模块采用ADPCM压缩方法对拟合的音频信号进行数据压缩并输出。

其中基于短时能量判断的端子检测模块检测振动信号的起始和结束位置、无用信号的滤除及降低虚警概率，采用短时能量、结合过零率进行实时端点检测，起始端检测的能量门限值经试验确定，当短时能量超出时，判为振荡已开始，结束端点的时间的检测，根据短时能量是否连续三次低于此段信号中最大短时能量的10％来确定，前后均保留5帧数据，保证振动波形能够完全采集。

图3表示数字信号处理与智能识别处理模块工作流程图。

在S301中，初始化。

在S302中，从缓冲区读数据，完成数据分帧。

在S303中，计算振动信号的短时能量。

在S304中，判断是否连续三次的短时能量都大于门限值，若是则转入S305中，否则到S302中，重新读数据。

在S305中，完成自适应线性预测。

在S306中，利用线性预测的残差和自相关法求序列周期。

在S307中，利用自相关周期进行模式识别。

在S308中，判断是否为人为外力破坏，若是则转入S309，否则到S302中重新读数据。在S309中，产生报警信号。

Claims (3)

1.一种输电线路智能防外力破坏在线监测系统，其特征在于，由前端设备(1)、集控中心(2)和客户端(3)构成，集控中心(2)与前端设备(1)连接，集控中心(2)和客户端(3)连接，前端设备(1)采集外力破坏对输电铁塔产生的振动信息，进行智能分析和判决，输出外力破坏行为的类型和特征量并产生报警信息，集控中心(2)接收前端设备(1)的输出信息，客户端(3)通过集控中心(2)接收自动报警信息。

2.根据权利要求1所述输电线路智能防外力破坏在线监测系统，其特征在于，前端设备(1)由振动传感器、信号处理单元、通信单元以及供电单元构成，振动传感器采集外力破坏对输电铁塔产生的振动信号并转换成电信号，信号处理单元输入连接振动传感器，连接方式为RS485，输出连接通信单元，连接方式为USB/RJ45，通过通信单元与集控中心(2)进行通信，信号处理器完成智能处理功能，包括数据分析、行为判别以及自动报警，供电单元为前端设备中的所有单元提供电源供应。

3.根据权利要求1所述输电线路智能防外力破坏在线监测系统，其特征在于，集控中心(2)通过GSM/GPRS/3G/Ethemet/WiMax与前端设备(1)连接，集控中心(2)通过GSM/GPRS/3G/Ethernet/WiFi和客户端(3)连接。

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