CN103296749A - 一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法及系统，用以解决现有技术中的由于电网防护系统对移动通信网络依赖性较强，导致运行费用较高的问题。采用本发明的技术方案，通过与汇聚节点组成星型拓扑结构网络的多个多种类型的传感器节点将采集到的电网状态信息发送给汇聚节点，汇聚节点再将该电网状态信息发送至网关节点，由网关节点将该电网状态信息发送给处理平台，处理平台对该电网状态信息进行融合处理后将处理后的信息发送给客户端设备，从而实现了最后只有网关节点将处理后的电网状态信息传输到公网的目的，进而减少了与公网通信的节点的数量以及数据的传输量，降低了数据传输成本。

Description

一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法及系统

技术领域

本发明涉及电网信息的监控领域，具体而言，涉及一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法及系统。

背景技术

随着国民经济的高速发展，国民经济运行对电力能源供应的依赖越来越大，高压、特高压骨干输电网的安全运行直接关系到整个电网的安全运行，更是关乎国家经济安全和社会稳定。

目前对电网安全运行的外在威胁主要来自自然灾害、外部的野蛮施工以及人为破坏等三个方面。自然灾害指台风、暴雨、强雷暴等恶劣气象导致的山洪暴发、冲毁杆塔地基、暴风刮断输电线路、刮倒输电杆塔等灾害；野蛮施工一般包括一些新建的高铁、高速公路等新建工程的施工不可避免的要穿越高压输电走廊，甚至靠近杆塔施工，而这些施工往往会采用多种大型机械施工，可能会造成与输电线路的危险接近甚至碰线短路等恶性事故的发生。人为故意损毁主要是偷盗和破坏。

综上所述，为了电网能够安全运行，需要建设电网防护系统来防范各类安全威胁。目前国内已有的电力设施防盗系统和装置，该类装置监测手段单一，且虚警率较高，监控容量有限不能满足电网防护的实际需求。例如，河南超高压输变电运检公司研制运行的特高压输电线路在线监测管理系统，由于该系统的为点到点的系统结构，每个传感器将采集的数据采用通用分组无线电业务(GPRS)或码分多址(CDMA)集中到本地的监测中心，由于每个传感系统中都使用GPRS/CDMA等移动通信模组，因此，该系统对移动通信网络依赖性较强，同时，移动通信网需要网络使用费，过多的依赖移动通信网就增加了运行的费用，此外，受移动通信网接入的限制，通常一个接入点只能监测一种或一类参数，这就影响了监测数据的上传，并且，移动通信网的有效传输速率很低，难以满足高清图片、视频的传输需求，降低了信息的真实性。

发明内容

本发明提供了一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法及系统，用以解决现有技术中的由于电网防护系统对移动通信网络依赖性较强，导致的运行费用较高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法，包括：无线传感网的传感器节点将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点，电网状态信息为多个多种类型的传感器采集到的电网状态信息，无线传感网包括多个汇聚节点，多个汇聚节点分别与多个传感器节点连接，多个汇聚节点构成网状拓扑结构的网络；多个汇聚节点将电网状态信息发送到网关节点；网关节点将电网状态信息发送到处理平台；处理平台对电网状态信息进行第一融合处理，将经过第一融合处理后的信息发送给客户端设备。

其中，上述传感器节点将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点包括：传感器节点将采集到的电网状态信息通过无线收发器将电网状态信息发送至无线传感网的汇聚节点。

其中，上述汇聚节点将电网状态信息发送到网关节点包括：汇聚节点通过无线收发器将电网状态信息发送至网关节点。

其中，上述汇聚节点将电网状态信息发送到网关节点包括：汇聚节点将接收到的电网状态信息进行第二融合处理，以提取有效信息；汇聚节点将有效信息发送到与汇聚节点相连的下一个汇聚节点，以将有效信息发送至网关节点。

其中，上述处理平台对电网状态信息进行第一融合处理包括：处理平台对电网状态信息进行特征融合；将经过特征融合后的电网状态信息进行决策融合；根据决策融合的结果生成报警信息。

根据本发明的另一个方面，提出了一种基于无线传感网的电网状态信息的处理系统，包括：多个多种类型的传感器，用于将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点设备；多个汇聚节点设备，分别与多个传感器相连，多个汇聚节点设备构成网状拓扑结构，用于将接收到的电网状态信息发送到网关节点设备；网关节点设备，与多个汇聚节点设备相连，用于将电网状态信息发送到处理平台；主处理平台，与网关节点设备相连，用于将电网状态信息进行第一融合处理后，将经过第一融合处理后的信息发送至客户端设备。

其中，上述系统还包括：第一无线收发器，与传感器相连，用于将传感器采集到的电网状态信息发送至与传感器相连的汇聚节点设备。

其中，上述系统还包括：第二无线收发器，与汇聚节点设备相连，用于将汇聚节点设备接收到的电网状态信息发送至网关设备。

其中，上述汇聚节点设备具体用于，将接收到的电网状态信息进行第二融合处理，以提取有效信息，将有效信息发送到与汇聚节点设备相连的下一个汇聚节点设备，以将有效信息发送至网关设备。

其中，上述处理平台具体用于，对电网状态信息进行特征融合，将经过特征融合后电网状态信息进行决策融合，根据决策融合的结果生成报警信息。

采用本发明的技术方案，通过与汇聚节点组成星型拓扑结构网络的传感器节点将采集到的电网状态信息发送给汇聚节点，汇聚节点再将该电网状态信息发送至网关节点，从而实现了最后只有网关节点将处理后的电网状态信息传输到公网的目的，进而减少了与公网通信的节点的数量以及数据的传输量，降低了数据传输成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例1的基于无线传感网的电网状态信息的处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例2的电网状态信息的发送方法的具体流程图；以及

图3是根据本发明实施例3的基于无线传感网的电网状态信息的处理系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

实施例1

图1是根据本发明实施例1的基于无线传感网的电网状态信息的处理方法的流程图。

如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤101：无线传感网的传感器节点将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点。

其中，所述电网状态信息为多种类型的传感器采集到的电网信息，本实施例的无线传感网包括多个汇聚节点，多个汇聚节点分别与多个传感器节点连接，与多个传感器节点构成星型拓扑结构的网络，其中，多个汇聚节点间构成网状拓扑结构的网络。

步骤102：汇聚节点将电网状态信息发送到网关节点。

步骤103：网关节点将电网状态信息发送到处理平台。

步骤104：处理平台对电网状态信息进行第一融合处理，将第一融合处理后的信息发送给客户端设备。

为了避免过多使用公网进行通信而造成通信费用的增加，本实施例采用无线收发器模块对上述电网状态信息进行传输，基于此，传感器节点将采集到的电网状态信息通过第一无线收发器将电网状态信息发送至汇聚节点，然后，汇聚节点再通过第二无线收发器模块将电网状态信息发送至网关节点。

考虑到由传感器节点采集并发送到各汇聚节点的电网的状态信息中可能包含大量的错误信息以及无效信息，这样将会导致汇聚节点需要发送的数据量较大。因此，采用汇聚节点通过将接收到的来自各传感器节点的电网状态信息发送至与其相连的下一个汇聚节点的方式，最终将电网状态信息发送至网关节点。同时，当各个汇聚节点接收到电网状态信息时，在各汇聚节点对接收到的电网状态信息进行分步式融合的方式来处理这些信息，即当电网状态信息被发送到每一个汇聚节点时，每个汇聚节点均对接收到的电网状态信息进行特征融合处理，过滤掉其中包含的错误信息或无效信息，进而提取出有效信息，这样就减少了汇聚节点向其它汇聚节点以及网关节点发送的数据量，并且将计算操作分布在各节点上，减小了各节点对信息处理的负荷。

为了实现对接收到的上述各汇聚节点处理的电网状态信息提取出的有效信息做进一步处理，以提取出各类故障或报警信息从而及时提示用户，处理平台首先对接收到的有效信息再进行进一步的特征融合，具体地，利用从接收到的有效信息中提取特征信息进行综合处理，进行数据压缩并提取与决策相关的特征信息，然后，对其进行决策融合，具体地，对经过特征融合的信息做目标识别以及决策判断来进行决策融合，这样可以实现当某个传感器出现故障或错误时，通过合理的融合结构可以得到正确的结果，提高了系统的容错性。

具体地，在本实施例中采用改进的重评估可靠性的D-S算法来实现对以上各中数据的融合处理，该算法通过降低可靠性偏低的数据源在融合计算中的权重，减少了其对于融合结果的负面影响，当明确得知某一数据不可靠时，采用此方法可以保持最终检测结果具有较高的准确度。例如，当进行视频数据和振动、测距或防盗螺栓等传感信息融合时，在夜晚状态下已经明确知道视频检测的可靠性非常低时，就可以通过降低视频数据的可靠性，来保证最终的检测精度。

实施例2

图2是根据本发明实施例2的电网状态信息的发送方法的具体流程图。

如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，多种类型的传感器采集电网运行状况和电网设施的信息，分为在各传感器上对实时采集的信息进行在线处理，当各传感器检测到故障信息时，会将这些信息发送到汇聚节点，步骤202，汇聚节点通过对不同传感器的信息进行融合处理，即对监测到的各种信息进行综合分析和判别，过滤无效信息和各种错误信息。通过无线传感网络或GPRS数据通信，向上层管理系统实时发送设备状态信息或故障信息，此外，在对接收到的电网状态信息进行融合处理还可以根据融合处理的结果产生控制命令21以及轮询数据22，汇聚节点将这两个信息发送给传感器节点，用以控制传感器对电网信息的采集。

具体地，上述电网状态信息为多种类型的传感器安装在电网不同位置时采集到的电网状态的信息。例如，当通过在输电线路、塔杆等设备上部署安装地埋振动、壁挂振动、倾斜、线路故障、测距等传感器时采集到的电网信息。当通过在户外配网线路、塔杆、配电变压器等设备上部署振动、倾斜、电压变化、红外防盗螺栓等传感器时采集到的电网现场的电网状态信息。以及当通过在输电线路、塔杆等设备上部署塔杆倾斜、风速风向、环境温湿度、导线温度、舞动摆动、绝缘子污秽检测等传感器时采集到的电网信息。

步骤203，主处理平台首先对接收到的电网状态信息进行特征融合，步骤204，再对经过特征融合后的电网状态信息进行决策融合，步骤205，进行告警分析，即根据决策融合生成报警信息和分类汇总的电网状态信息。步骤206，对生成的各种信息进行智能控制分析，例如，根据上述处理结果对信息进行传送、规整、确认报警信息以及误报警取消等，具体地，也可以将报警信息通过通信网络即时发送到防盗管理模块。在确认报警后，启动防盗工作流程和预案，针对即将进行或进行中的盗窃行为进行现场告警。最后，步骤207，将步骤206中经过智能分析确定需要发送的信息发送给客户端设备，与此同时，还可以有选择性地进行步骤208以及步骤209，步骤208，对接收到的信息进行实时显示，步骤209，对报警信息进行展示，例如，可以实现对杆塔、输电线路等工况信息的展示，步骤210，接收到的信息进行统计。此外，该系统还为用户提供实时和历史数据的查询功能，可以生成报警信息以及处理报告等。

通过本实施例的上述步骤，可以通过对多种传感信息的综合处理，即采用多源异构数据融合技术，实时采集现场工况信息，实现对输电线路实时工况监测和防护预警等功能。

实施例3

图3是根据本发明实施例3的基于无线传感网的电网状态信息的处理系统的结构框图。如图3所示，该基于无线传感网的电网状态信息的处理系统包括以下组成部分：

多个传感器31，用于将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点设备，该多个传感器31与多个汇聚节点设备32通过无线收发器模块进行通信，形成星型拓扑结构的网络。

多个汇聚节点设备32，分别与多个传感器31相连，多个汇聚节点设备32间构成网状拓扑结构，用于将接收到的电网状态信息发送到网关节点设备；

网关节点设备33，与多个汇聚节点设备相连，用于将电网状态信息发送到主处理平台；

主处理平台34，与网关节点设备相连，用于将电网状态信息进行处理后，将处理后的信息发送至客户端设备。

为了使各传感器与汇聚节点以及汇聚节点与网关节点间的数据传输的可靠性及稳定性，上述系统还可以进一步包括：第一无线收发器，与传感器相连，用于将传感器采集到的电网状态信息发送至与传感器相连的汇聚节点设备，其中，汇聚节点与和该汇聚节点相连的传感器节点组成星型拓扑结构的网络。。第二无线收发器，与汇聚节点设备相连，用于将汇聚节点设备接收到的电网状态信息发送至网关节点设备，其中，各汇聚节点间或汇聚节点与网关节点间组成网状拓扑结构的网络。此外，上述两种收发器，还可以根据不同应用要求，采用不同频段无线传感网络。

其中，上述汇聚节点设备具体用于，将接收到的电网状态信息进行融合处理，以提取故障信息，将故障信息发送到与汇聚节点设备相连的下一个汇聚节点设备，采用多跳网络中继的方式，最终将电网状态信息发送至网关设备。

其中，上述处理平台具体用于，对电网状态信息进行特征融合，将经过特征融合后电网状态信息进行决策融合，根据决策融合的结果生成报警信息。

为了满足不同应用场合的需求，以上各设备可以选择电池供电、太阳能供电或外接电源供电等供电方式，且在各设备内部可以使用专业的电源管理IC以适应更宽范围的输入电压。

此外，本实施例中的系统还可以根据选择的传感器类型不同而组成实现不同功能的系统，例如，当通过在输电线路、塔杆等设备上部署安装地埋振动、壁挂振动、倾斜、线路故障、测距等传感器时组成的系统可以作为输电线路的防护系统。当通过在户外配网线路、塔杆、配电变压器等设备上部署振动、倾斜、电压变化、红外防盗螺栓等传感器时构成的系统可以作为输电线路的防盗预警系统。当通过在输电线路、塔杆等设备上部署塔杆倾斜、风速风向、环境温湿度、导线温度、舞动摆动、绝缘子污秽检测等传感器时可以构成输电线路的多维感知系统。

本发明通过无线传感网的传感器节点将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点，无线传感网包括多个汇聚节点，多个汇聚节点分别与多个传感器节点连接，多个汇聚节点构成网状拓扑结构的网络；汇聚节点将电网状态信息通过多跳方式发送到网关节点；网关节点将电网状态信息发送到处理平台；处理平台对电网状态信息进行处理，将处理后的信息发送给客户端设备。由于最后只有网关节点将处理后的数据传输到公网，减少了与公网通信的节点的数量以及公网数据传输量，从而可以降低了数据传输成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于无线传感网的电网状态信息的处理方法，其特征在于，包括：

无线传感网的传感器节点将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点，所述电网状态信息为多个多种类型的传感器采集到的电网状态信息，所述无线传感网包括多个所述汇聚节点，所述多个汇聚节点分别与多个传感器节点连接，所述多个汇聚节点构成网状拓扑结构的网络；

所述多个汇聚节点将所述电网状态信息发送到网关节点；

所述网关节点将所述电网状态信息发送到处理平台；

所述处理平台对所述电网状态信息进行第一融合处理，将经过第一融合处理后的信息发送给客户端设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器节点将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点包括：

所述传感器节点将采集到的所述电网状态信息通过无线收发器将所述电网状态信息发送至无线传感网的汇聚节点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汇聚节点将所述电网状态信息发送到网关节点包括：

所述汇聚节点通过无线收发器将所述电网状态信息发送至所述网关节点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汇聚节点将所述电网状态信息发送到网关节点包括：

所述汇聚节点将接收到的电网状态信息进行第二融合处理，以提取有效信息；

所述汇聚节点将所述有效信息发送到与所述汇聚节点相连的下一个汇聚节点，以将所述有效信息发送至所述网关节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理平台对所述电网状态信息进行第一融合处理包括：

所述处理平台对所述电网状态信息进行特征融合；

将所述经过特征融合后的电网状态信息进行决策融合；

根据决策融合的结果生成报警信息。

6.一种基于无线传感网的电网状态信息的处理系统，其特征在于，包括：

多个多种类型的传感器，用于将采集到的电网状态信息发送给无线传感网的汇聚节点设备；

多个汇聚节点设备，分别与多个传感器相连，所述多个汇聚节点设备构成网状拓扑结构，用于将接收到的所述电网状态信息发送到网关节点设备；

网关节点设备，与所述多个汇聚节点设备相连，用于将所述电网状态信息发送到处理平台；

主处理平台，与所述网关节点设备相连，用于将所述电网状态信息进行第一融合处理后，将经过第一融合处理后的信息发送至客户端设备。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一无线收发器，与所述传感器相连，用于将传感器采集到的电网状态信息发送至与所述传感器相连的汇聚节点设备。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二无线收发器，与汇聚节点设备相连，用于将所述汇聚节点设备接收到的电网状态信息发送至所述网关设备。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述汇聚节点设备具体用于，

将接收到的电网状态信息进行第二融合处理，以提取有效信息，将所述有效信息发送到与所述汇聚节点设备相连的下一个汇聚节点设备，以将所述有效信息发送至所述网关设备。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理平台具体用于，

对所述电网状态信息进行特征融合，将所述经过特征融合后电网状态信息进行决策融合，根据决策融合的结果生成报警信息。

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