CN103398741B - 基于无线传输的输电线路在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线传输的输电线路在线监测系统，包括远程监控主机（1）、现场监测主机（2）、监测单元（3），所述远程监控主机（1）与现场监测主机（2）通过无线通信网络相连，所述现场监测主机（2）与监测单元（3）通过无线传感网络相连，所述监测单元（3）包括云台摄像单元（31）和多个传感器监测单元（32）。本发明能实时监测输电线路的自然状态和人为损害，传感器与现场监测主机采用无线传感网络相连，组网成本低，解决了有线网络布线不便、成本高、易被破坏等问题，现场监测主机和远程监控主机无线连接，能及时将监测数据上传或报警，具有监控全面、组网容易、使用方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种输电线路在线监测系统，尤其涉及一种基于无线传输的输电线路在线监测系统。
背景技术
高压输电线路担负着电能远输送的重任，分布范围极广，高山、河流无处不在,有些地方(如高山顶)，人不易到达,且现有的检测技术成本高，不易实现，但众多不确定因素导致高压线路处于无保护状态，常规高压输电线路的巡线通常采用人工巡线或者直升机巡线，但效果往往不好，此外采用机器人巡线能够有效解决部分问题，但相关技术难题没有得到根本解决。
目前国内外的研究主要集中在输电线路状态的监测，包括绝缘子污秽监测、雷电监测、环境监测、导线微风振动监测等在线监测技术，以及红外检测、紫外检测、超声波法检测、电场法检测等带电检测技术，且上述检测技术已经相对成熟，而对线路入侵检测研究较少，对人为的损害无法进行预警和排除，此外只能实现实时监测，不能提前对线路的运行状态和安全性能进行预估和报警。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种基于无线传输的输电线路在线监测系统，该系统实时监测输电线路的实时运行状态，包括视频、图像、微气候、电缆接头温度、振动、绝缘子应力、线路舞动等信息，并利用无线传感网络，将信息汇集并经现场监测主机进行计算分析，并通过3G无线通信网络将分析结果和图像发送至远程监控主机。该系统还能在远程监控主机的控制下实现远程维护，降低了运维人员的劳动强度，保证了输电线路的安全运行。
为实现上述目的，本发明的基于无线传输的输电线路在线监测系统包括远程监控主机、现场监测主机、监测单元，上述远程监控主机与现场监测主机通过无线通信网络相连，上述现场监测主机与监测单元通过无线传感网络相连，上述监测单元包括云台摄像单元和多个传感器监测单元。本系统中，由远程监控主机完成系统命令的发送，现场信息的接收、保存和处理等功能，同时对采集的现场数据与仿真模型进行对比计算，给出系统的诊断结果和安全预警信息。现场监测主机接收远程监控主机的命令，控制云台摄像机的拍摄，同时启动传感器监测单元，对线路的振动情况、弧垂情况、温湿度、泄漏电流等进行实时监测、采集，将实时数据进行暂存和处理，再通过无线通信网进行远程发送。
作为本发明的进一步改进，每个传感器监测单元均包括传感器、微控、第一无线传输模块，上述传感器、第一无线传输模块均连接到微控上；上述现场监测主机上设置有第二无线传输模块和第一无线通信单元；上述远程监控主机上设置有第二无线通信单元。其中的第二无线传输模块、第一无线通信单元连接到现场监测主机的微处理器上，第二无线通信单元连接到远程监控主机的cpu上。
优选的，上述第一无线通信单元和第二无线通信单元为3G通信模块，使远程监控主机与现场监测主机通过无线通信网络相连；上述第一无线传输模块和第二无线传输模块为zigbee无线传输模块，使监测单元与现场监测主机通过无线传感网络相连。
进一步，上述传感器为振动传感器或微波雷达传感器或温湿度传感器或泄漏电流传感器或风向风速测量仪，分别用于监测线路的振动情况、弧垂情况、温湿度、电流泄漏情况、风速情况，每个传感器监测单元仅使用一种传感器，且所有的传感器监测单元使用的传感器各不相同，即每种数据仅采用一个传感器测试。
进一步，上述现场监测主机包括微处理器、视频处理模块、Flash存储器、SDRAM存储器，上述微处理器分别与视频处理模块、Flash存储器、SDRAM存储器相连接，用于实时采集各个传感器模块单元数据，并将视频/图像数据进行处理后进行故障判断、报警发出和以及事件记录，同时接收远程监控主机发来的指令，以实现远程视频监控、输电线路监测数据获取、防盗现场图像记录等功能。
优选的，上述微处理器采用三星S3C2440A型号的ARM9微处理器，上述SDRAM存储器采用2片HY57V561620型号的芯片级联构成，上述Flash存储器采用K9F1208U0M型号芯片，上述视频处理模块采用TMS320DM357型号的数字媒体处理器。
进一步，上述云台摄像单元包括两个云台和分别设置在两个云台上的两台摄像机。该云台摄像单元可以通过有线或无线方式与现场监测主机相连。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1、本发明设置了多种传感器对输电线路状态进行监测，监测范围不仅包括自然影响，也通过设置云台摄像机、振动传感器等对人为损害进行监测和预警，防止线路入侵；
2、本发明的现场监测主机通过无线传感网络与监测单元相连，实现了现场监测主机与监测单元的低功耗无线组网，组网成本低，且无线连接解决了有线网络布线不便、成本高、易被破坏等问题，使用方便；
3、本发明的现场监测主机通过无线通信网与远程监控主机相连，现场检测主机连接有第一无线通信单元，除实现实时监测外，还能提前对线路的运行状态和安全性能进行预估和及时通过第一无线通信单元进行报警；
4、本发明的现场监测主机通过3G无线通信网络将分析结果和图像发送至远程监控主机，还能在远程监控主机的控制下实现远程维护，降低了运维人员的劳动强度，保证了输电线路的安全运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图例说明：1、远程监控主机；11、第二无线通信单元；2、现场监测主机；21、第二无线传输模块；22、第一无线通信单元；23、微处理器；24、视频处理模块；25、FLASH存储器；26、SDRAM存储器；3、监测单元；31、云台摄像单元；32、传感器监测单元；321、传感器；322、微控；323、第一无线传输模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
【实施例1】
如图1所示，本实施例的基于无线传输的输电线路在线监测系统包括远程监控主机1、现场监测主机2、监测单元3，其中监测单元3包括云台摄像单元31和多个传感器监测单元32，每个传感器监测单元32进一步包括传感器321、微控322、第一无线传输模块323，上述传感器321、第一无线传输模块323均连接到微控322上。传感器监测单元32一方面完成传感器数据的采集处理，另一方面接收现场测试主机2的控制信号对采集的信息进行及时地上传。上述现场监测主机2上设置有第二无线传输模块21和第一无线通信单元22；上述远程监控主机1上设置有第二无线通信单元11，其中，第一无线传输模块323和第二无线传输模块21为zigbee无线传输模块，使监测单元3与现场监测主机2通过无线传感网络相连，上述第一无线通信单元22和第二无线通信单元11为无线通信模块，使远程监控主机1与现场监测主机2通过无线通信网络相连。本实施例中，微控322采用一般的单片机、FPGA即可。本实施例中，现场监测主机2通过两个无线传输模块与监测单元3低功耗无线组网相连，组网成本低，解决了有线网络布线不便、成本高、易被破坏等问题，使用方便；现场监测主机2通过无线通信网与远程监控主机1相连，除实现实时监测外，还能提前对线路的运行状态和安全性能进行预估和及时通过第一无线通信单元发送相关信息至远程监控主机1或相关人员手机进行报警，还能在远程监控主机的控制下实现远程维护，降低了运维人员的劳动强度，保证了输电线路的安全运行。
【实施例2】
在实施例1的基础上，本实施例中的基于无线传输的输电线路在线监测系统，包括5个传感器监测单元32，5个传感器监测单元32的传感器321各不相同，分别为振动传感器、微波雷达传感器、温湿度传感器、泄漏电流传感器、风向风速测量仪，5个传感器监测单元32分别用于监测线路的振动情况、弧垂情况、温湿度、电流泄漏情况、风速。
采用振动传感器监测杆塔振动的传感器监测单元32设置在杆塔上，如果杆塔受到外力的敲打、锯、锉等作用，系统可以利用振动传感器检测的数据进行分析判断及报警等。
由于线路绝缘子的状况与气候条件有密切的关系，其中泄漏电流的大小与温度、湿度关系比较密切，低适度条件下、线路的舞动和覆冰与风速、风向和温度的关系密切。因此微气候的测量是输电线路在线检测中不可缺少的量。本实施例中，对微气候的测量借鉴气象站的作法，对温湿度的监测采用应用最广泛的温度湿度传感器，风速的测量采用带直接输出电信号的综合式风速风向测量仪，温湿度传感器和风速风向测量仪直接输出电信号，大多数不需要外加电路即可直接与微处理器的AD采样接口，很大程度上降低了设备的复杂度。
导线弧垂情况测量即测量导线对地距离，本实施例中采用微波雷达传感器，因其波束有高度的定向性，该传感器在民用及工业自动控制领域有着广扩应用前景。
本实施例中，设置了多种传感器对输电线路状态进行监测，监测范围不仅包括自然影响，也通过设置云台摄像机、振动传感器等对人为损害进行监测和预警，防止线路入侵。实际应用中，接入的传感器可不仅限于上述传感器，还可根据需要增设其他的传感器，例如但不限于雨量传感器、日照传感器等，上述传感器的具体性能也根据需要选择。
【实施例3】
在实施例1或2的基础上，本实施例中的上述现场监测主机2包括微处理器23、视频处理模块24、Flash存储器25、SDRAM存储器26，上述微处理器23分别与视频处理模块24、Flash存储器25、SDRAM存储器26、第二无线传输模块21和第一无线通信单元22相连接。现场监测主机2主要负责实时采集各个传感器模块单元数据，并将视频/图像数据进行处理后进行故障判断、报警发出和以及事件记录，同时接收远程监控主机1发来的指令，以实现远程视频监控、输电线路监测数据获取、防盗现场图像记录等功能。
监测主机2的微处理器23为一个32位ARM9微处理器，具体选用三星公司的S3C2440A芯片，该处理器由NANDFALSH接口电路、SDRAM接口电路和总线接口电路组成。S3C2440A是三星公司基于ARM920T内核的32位RISC微处理器芯片，为手持设备及一般类型的应用提供低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。采用了新的总线架构AMBA，其内核还实现了MMU，Harvard高速缓冲体系结构。另外其加强的ARM体系结构MMU支持WinCE，Linux和EPOC32等操作系统，支持ARM调制体系结构，支持从NANDFLASH存储器启动。而且，它还集成了丰富的片上功能，如LCD控制器、UART接口、USB主从接口、I2C接口、CAMIF单元等。核心模块与外设控制模块的接口连接由总线接口实现。
监测主机2的SDRAM存储器26采用2片32MB型号为HY57V561620的芯片级联构成，该芯片的内部存储结构是4Banks×4M×16b，共4个Bank，SDRAM存储器26虽掉电不能保存数据，但它有非常高的读写速度，适合主程序的运行。
监测主机2的Flash存储器25采用三星公司的K9F1208U0M芯片，存储容量为64M×8b。
监测主机2的视频处理模块24为一个带DSP核的微处理器，本实施例中采用TMS320DM357型号的数字媒体处理器。在此基础上选用的达芬奇视频开发板具有ARM926EJ-S内核，270MHz频率工作，该带DSP核的微处理器集成了用于视频压缩的D1分辨率H264编解码器，以及MPEG-4、JPEG与G.711编解码器，以及一个协处理器，从而加速对H264,MPEG-4和JPEG(HMJCP)数据的处理，此外还集成了一个视频处理子系统。TMS320DM357提供多个编解码器，并具有EMAC功能和特性，板卡通过一个视频解码芯片和CPU连接，使得CPU可以接受外部的复合视频信号输入和S信号输入，信号都是自动检测，大大提高了视频处理的灵活性；CPU还提供视频DAC，通过几个运算放大器即可把DDR2存储器内的数据输出为用户可观察到的信号，非常方便；除此之外，板卡还包括很多资源，包括音频输入输出、10M/100M的自适应以太网接口、USB2.0接口、实时时钟、4位LED指示和4位DIP开关量输入、CAN总线及UART接口等等一系列功能；同时开发板上通过专用的DDR2存储控制器接口扩展了64Mbytes的DDR2SDRAM，为视频应用带来了高吞吐、高容量存储带宽，并可以扩展到最大256Mbyte；256Mbit的NorFlash为视频应用程序脱机运行提供了有力的容量保证。
上述云台摄像单元31主要对杆塔上的输电线路进行视频监控，接收现场监测主机2的指令完成镜头转向、录制、拍照等工作，其包括两台云台摄像机，具体包括两个云台和分别设置在两个云台上的两台摄像机，两台云台摄像机对不同的方向，可对线路进行360度监控。云台摄像机带有承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置，把摄像机装在云台上能使摄像机从多个角度进行摄像。云台内装两个电动机。水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。云台摄像单元31与现场监控主机2可以采用有线或无线方式连接，采用无线方式连接时，云台内还设置有与摄像机云台控制端口（RS485、RS232、TTL）相连的zigbee无线传输模块，该zigbee无线传输模块和上述的第一无线传输模块323和第二无线传输模块21均可采用型号的SC8836A或SC8836b无线数传模块或TI公司的zigbee内部内建了8051内核的单片计算机的专用芯片cc2530，用于传感器和现场监测主机2之间的数据传输，实际应用中，也可以选用其他型号的zigbee无线传输模块。
上述第一无线通信单元22和第二无线通信单元11为3G通信模块，远程监控主机1与现场监测主机2通过3G无线通信网络相连。3G通信模块主要完成现地数据信息的远程发布，本实施例中选用ETCOMW380型号的无线通信模块，该模块基于最新的MSM6290平台开发的UMTS标准的3G无线通讯MiniPCI-E卡，适用于EDGE,GPRS,GSMandWCDMA(HSPA)网络，可实现全球漫游。UMTSMiniPCI-E卡设计了丰富的外围接口和强大的软件支撑平台，具备友好的二次开发软硬件平台，可以支持多种外围设备，提供双天线接口，支持分集天线接收，提供强大的后台应用软件及嵌入式底层驱动软件，支持多种操作系统，支持高速数据业务，提供开放的模块软硬件资源，支持扩展外部存储器，支持标准AT指令集。
本实施例中所列出的各单元、模块的型号仅为优选型号，实际应用中可以采用其他具有相同功能或适应性能的芯片、模块代替。
以上仅是本发明的优选实施方式，在上述实施例基础上，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。对这些实施例的多种修改，例如但不限于更换传感器类别、增加或减少传感器种类和数量，对本系统组件的简单替换，对使用模块和芯片的替换等，对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.基于无线传输的输电线路在线监测系统，包括远程监控主机（1）、现场监测主机（2）、监测单元（3），其特征在于，所述远程监控主机（1）与现场监测主机（2）通过无线通信网络相连，所述现场监测主机（2）与监测单元（3）通过无线传感网络相连，所述监测单元（3）包括云台摄像单元（31）和5个传感器监测单元（32）；所述云台摄像单元（31）包括两个云台和分别设置在两个云台上的两台摄像机；每个传感器监测单元（32）均包括传感器（321）、微控（322）、第一无线传输模块（323），所述传感器（321）、第一无线传输模块（323）均连接到微控（322）上；所述现场监测主机（2）上设置有第二无线传输模块（21）和第一无线通信单元（22）；所述远程监控主机（1）上设置有第二无线通信单元（11）；5个传感器监测单元（32）的传感器（321）各不相同，分别为振动传感器、微波雷达传感器、温湿度传感器、泄漏电流传感器、风向风速测量仪；采用振动传感器的传感器监测单元（32）设置在杆塔上。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统，其特征在于，所述第一无线通信单元（22）和第二无线通信单元（11）为3G通信模块，所述第一无线传输模块（323）和第二无线传输模块（21）为zigbee无线传输模块。
3.根据权利要求1所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统，其特征在于，所述现场监测主机（2）包括微处理器（23）、视频处理模块（24）、Flash存储器（25）、SDRAM存储器（26），所述微处理器（23）分别与视频处理模块（24）、Flash存储器（25）、SDRAM存储器（26）相连接。
4.根据权利要求3所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统，其特征在于，所述微处理器（23）采用三星S3C2440A型号的ARM9微处理器，所述SDRAM存储器（26）采用2片HY57V561620型号的芯片级联构成，所述Flash存储器（25）采用K9F1208U0M型号芯片，所述视频处理模块（24）采用TMS320DM357型号的数字媒体处理器。
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