CN104792356A - 一种基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统及其设计方法，电缆隧道状态监测系统包括状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块；其中状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元；视频监控器监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态；信号处理模块将这些温度值、水位值、气体、烟雾情况和视频数据采集后通过基于漏缆技术的通信传输模块传输至后台监测系统；信号处理单元接收传感器输入接口输入的信息以及视频数据并进行统计、分析、特征提取采样判决处理，并将需要发送的数据完全按照国家电网技术规范要求进行数据压缩编码打包，通过基于漏缆技术的通信传输模块将数据发送出去。

Description

一种基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统及其设计方法

技术领域：

本发明涉及一种基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统的设计方法，利用漏缆技术和电缆隧道状态监测设备来提高电力隧道运行及维护水平，实现电缆隧道内部百兆无线网络覆盖，解决电缆隧道状态监测系统所采集的数据传输瓶颈问题，提高电缆隧道线路维管的工作效率。

背景技术

随着国家电力基础设施投入的逐年增大，电力隧道的长度也正在迅速增加，由于运行维护人员的增长速度远远跟不上电力基础设施的增长速度，致使电力隧道运行工作面临着巨大压力。如何保证隧道内电缆不因过载、过热等情况突发大的运行安全事故，隧道内积水、可燃气体等不影响到供电系统的安全，采用现代化的技术手段来提高电缆隧道运行维护水平是当务之急。

而随着现代化的电缆隧道状态监测系统、电缆隧道视频监控系统、隧道内工作人员定位跟踪管理系统、电缆隧道综合检测机器人等先进系统与技术的开发与应用，电缆隧道内与外部的数据通信技术成为了制约电缆隧道状态监测系统的关键因素。隧道封闭狭长，弯道较多，无线网络覆盖难度大，而有线网络需要密集的接入设备，制约了系统应用的灵活性同时又增加了网络通讯的故障率。在山区隧道、地铁、矿井特别是具有强电磁环境的电缆隧道进行通信，无线电波会受到阻碍，尤其是短波和超短波受到的传输衰减更大。即使将无线电台的发射功率加大100倍，它的传播距离也不过只能增加1/5，但增大发射功率会带来危害人体健康、干扰通信信号、设备功耗过大等等负面影响。因此采用新技术来解决电缆隧道内的通信网络建设问题具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电缆隧道中基于漏缆技术的状态监测系统的设计方法，该方法中的状态监测系统包括状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块。其中状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元。传感器单元包括温度传感器、水位传感器、气体传感器、烟雾传感器等，分别负责采集隧道电缆的温度信息、隧道的水位、气体和烟雾情况，及时发现由于外部跑水至电力隧道内和外部可燃气体进入隧道内，以及确定隐患点所在位置和水位数值、气体成分含量等情况。视频监控器监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态。信号处理模块将这些温度值、水位值、气体、烟雾情况和视频数据等采集后通过基于漏缆技术的通信传输模块传输至后台监测系统。基于漏缆技术的宽频泄漏电缆(简称漏缆)将局域网、互联网以及无线运营商的网络延伸至电缆隧道内部，实现电缆隧道内部百兆无线网络覆盖，从而解决电缆隧道状态监测系统在电缆隧道内应用的数据传输瓶颈问题，及时发现隐患点所在位置及水位数值、气体成分含量等情况，为及时有效处置提供技术支撑，改善电力隧道运行环境，提高电缆隧道线路维管日常工作效率，保证电力隧道及隧道内电力电缆的安全稳定运行。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

提出一种电缆隧道中基于漏缆技术的状态监测系统的设计方法，用以解决电缆隧道状态监测系统在电缆隧道内应用的数据传输瓶颈问题，及时有效地监测电缆隧道温度、气体成分含量、水位数值以及隧道中隐患点所在位置等情况。该方法包括状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块。

电缆隧道状态监测系统包括状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块；其中状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元；传感器单元包括温度传感器、水位传感器、气体传感器和烟雾传感器，温度传感器负责采集隧道电缆的温度信息、水位传感器负责采集隧道的水位、气体传感器负责采集气体、烟雾传感器负责采集烟雾情况；视频监控器监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态；信号处理模块将这些温度值、水位值、气体、烟雾情况和视频数据采集后通过基于漏缆技术的通信传输模块传输至后台监测系统；信号处理单元接收传感器输入接口输入的信息以及视频数据并进行统计、分析、特征提取采样判决处理，并将需要发送的数据完全按照国家电网技术规范要求进行数据压缩编码打包，通过基于漏缆技术的通信传输模块将数据发送出去。

所述传感器同时接入温度传感器、水位传感器和烟雾传感器，或者集中接收在局部范围内线上传感器采集的状态监测数据。

所述信号处理单元由A/D芯片、中央处理器DM6446、接口电路构成，A/D分别选用视频模数转换芯片TVP5150M及传感器模数转换芯片，分别对采集的模拟视频信号及传感器信号进行模数转换，中央处理器选用专用多媒体处理芯片DM6446，完成数据处理信息转发功能，DM6446是TI公司针对多媒体处理领域推出的一款高性能处理芯片，采用ARM+DSP的双核架构，ARM部分完成滤波、视音频压缩、传感器数据转发、码流复合，而运算复杂的视频压缩部分则由处理速度较快的DSP部分完成。

基于漏缆技术的通信传输模块选用非金属阻燃材料支架，漏缆安装在距隧道壁10cm以上的距离，以消除对耦合损耗的影响。

状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元。其中传感器单元包括温度传感器、水位传感器、气体传感器、烟雾传感器等，分别负责采集隧道电缆的温度信息、隧道的水位、气体和烟雾情况，及时发现由于外部跑水至电力隧道内和外部可燃气体进入隧道内，以及确定隐患点所在位置和水位数值、气体成分含量等情况。传感器接入接口可同时接入温度传感器、水位传感器、烟雾传感器等多种类型传感器，也可集中接收在局部范围内线上传感器采集的状态监测数据，具备开放性好，最大的异构传感器组合能力，不仅能跨专业、跨厂家、跨线路组合，并且具备增量组合能力，能实现短距离内各种传感器信号的集中输入输出，对所管理的传感器位置无限制。视频监控器单元负责监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态。信号处理单元接收传感器输入接口输入的信息以及视频数据并进行统计、分析、特征提取采样判决处理，并将需要发送的数据完全按照国家电网技术规范要求进行数据压缩编码打包，通过基于漏缆技术的通信传输模块将数据发送出去。

基于漏缆技术的通信传输模块，其特征在于：如图1所示，泄漏电缆是一种特制的电缆，由内导体和外导体两部分组成，外导体嵌套在内导体的外边，并与内导体处于同心圆(同轴)状态。泄漏同轴电缆在同轴电缆外导体纵长方向，以一定的间隔和不同形式开泄漏孔的特制同轴电缆，泄漏孔的形式则取决于所使用的无线电波的频段。泄漏电缆的频段覆盖从150MHz到2GHz以上，适应现有的各种无线通信体制，目前已在地铁、建筑大楼和大型、复杂的展览馆、机场等场所应用。为了保证正常的无线通信需要，一般情况下，每公里隧道敷设8公里漏缆。在对漏缆进行敷设时，选用非金属阻燃材料支架，漏缆安装在距隧道壁10cm以上的距离，以消除对耦合损耗的影响。漏缆的选择主要考虑以下几方面：(1)漏缆特性阻抗的选择。一般取75Ω和50Ω两个标准值。考虑到获得最小的导体损耗，对应的特性阻抗公式为Z_c＝77/ε_r，考虑到最大的功率容量，对应的特性阻抗公式为Z_c＝30/ε_r。兼顾损耗和功率的要求，目前无线通信系统中主要普遍选用漏缆的特性阻抗为50Ω。(2)漏缆场强辐射模式的选择。漏缆按场强辐射模式可分为表面波(耦合)型漏缆和辐射型漏缆。辐射型漏缆径向场强作用距离较大，空间损耗小，因此耦合损耗小、辐射场强大、波动小。50％与95％的耦合损耗概率值离散性较小，一般在3-5dB范围内。因此根据不同的场合和不同的通信系统要求可选择不同类型的泄漏电缆，目前辐射模式泄露电缆已能满足不同工作频段的通信系统。(3)根据隧道上下行区间的链路预算选择漏缆的规格。影响隧道上、下行链路的因素有基站设备输出功率、移动手机输出功率、分路器损耗、人体损耗、POI插损、射频电缆和接头损耗、漏缆空间耦合损耗等。实际情况下，根据隧道中的移动台的位置对耦合损耗进行修正。一般情况下，漏缆耦合损耗的定义为距离漏缆2米出的空间损耗。对漏缆而言，当电波传输的距离很小时，其耦合损耗与距离的计算公式为：L_c＝L_2m+10Lg(d/2)。

本发明的有益效果是：

本发明涉及一种基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统的设计方法，利用漏缆技术和电缆隧道状态监测设备来提高电力隧道运行及维护水平，通过每公里隧道长度敷设8公里漏缆，实现电缆隧道内部百兆无线网络100％覆盖，解决电缆隧道状态监测系统所采集的数据传输瓶颈问题，提高电缆隧道线路维管的工作效率。

附图说明

图1是泄漏电缆的结构图；

图2是本发明的系统整体结构图。

图中：1为铜导线、2为屏蔽层、3为泄露孔、4为保护层、5为绝缘层。图2是基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方案对本说明书进一步说明。

图1是泄漏电缆的结构图，图2是本发明的系统整体结构图，该基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统由状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块构成。其中状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元。

传感器单元包括温度传感器、水位传感器、气体传感器、烟雾传感器等，分别负责采集隧道电缆的温度信息、隧道的水位、气体和烟雾情况，及时发现由于外部跑水至电力隧道内和外部可燃气体进入隧道内，以及确定隐患点所在位置和水位数值、气体成分含量等情况。

视频监控单元监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态。

信号处理单元由A/D芯片、中央处理器DM6446、接口电路构成，A/D分别选用视频模数转换芯片TVP5150M及传感器模数转换芯片，分别对采集的模拟视频信号及传感器信号进行模数转换，中央处理器选用专用多媒体处理芯片DM6446，完成数据处理信息转发功能，DM6446是TI公司针对多媒体处理领域推出的一款高性能处理芯片，采用ARM+DSP的双核架构，ARM部分完成滤波、视音频压缩、传感器数据转发、码流复合，而运算复杂的视频压缩部分则由处理速度较快的DSP部分完成。智能信号处理单元除对采集的传感器数据进行处理外还为已经在系统运行的不符合国网新规约的状态监测设备提供接口，使它们统一转换为符合国网技术规范的数据。

基于漏缆技术的通信传输模块选用非金属阻燃材料支架，漏缆安装在距隧道壁10cm以上的距离，以消除对耦合损耗的影响。每公里隧道敷设8公里漏缆，将局域网、互联网以及无线运营商的网络延伸至电缆隧道内部，实现电缆隧道内部百兆无线网络覆盖。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统，其特征在于：电缆隧道状态监测系统包括状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块；其中状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元；传感器单元包括温度传感器、水位传感器、气体传感器和烟雾传感器，温度传感器负责采集隧道电缆的温度信息、水位传感器负责采集隧道的水位、气体传感器负责采集气体、烟雾传感器负责采集烟雾情况；视频监控器监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态；信号处理模块将这些温度值、水位值、气体、烟雾情况和视频数据采集后通过基于漏缆技术的通信传输模块传输至后台监测系统；信号处理单元接收传感器输入接口输入的信息以及视频数据并进行统计、分析、特征提取采样判决处理，并将需要发送的数据完全按照国家电网技术规范要求进行数据压缩编码打包，通过基于漏缆技术的通信传输模块将数据发送出去。

2.如权利要求1所述的电缆隧道状态监测系统，其特征在于：所述传感器同时接入温度传感器、水位传感器和烟雾传感器，或者集中接收在局部范围内线上传感器采集的状态监测数据。

3.如权利要求1所述的电缆隧道状态监测系统，其特征在于：所述信号处理单元由A/D芯片、中央处理器DM6446、接口电路构成，A/D分别选用视频模数转换芯片TVP5150M及传感器模数转换芯片，分别对采集的模拟视频信号及传感器信号进行模数转换，中央处理器选用专用多媒体处理芯片DM6446，完成数据处理信息转发功能，DM6446是TI公司针对多媒体处理领域推出的一款高性能处理芯片，采用ARM+DSP的双核架构，ARM部分完成滤波、视音频压缩、传感器数据转发、码流复合，而运算复杂的视频压缩部分则由处理速度较快的DSP部分完成。

4.如权利要求1所述的电缆隧道状态监测系统，其特征在于：基于漏缆技术的通信传输模块选用非金属阻燃材料支架，漏缆安装在距隧道壁10cm以上的距离，以消除对耦合损耗的影响。

5.基于漏缆技术的电缆隧道状态监测系统的设计方法，其特征在于：将状态监测模块和基于漏缆技术的通信传输模块加入电缆隧道状态监测系统；其中状态监测模块包括传感器单元、视频监控单元和信号处理单元；传感器单元包括温度传感器、水位传感器、气体传感器和烟雾传感器，温度传感器负责采集隧道电缆的温度信息、水位传感器负责采集隧道的水位、气体传感器负责采集气体、烟雾传感器负责采集烟雾情况；视频监控器监控电缆隧道各通风和电缆入口处的实时状态；信号处理模块将这些温度值、水位值、气体、烟雾情况和视频数据采集后通过基于漏缆技术的通信传输模块传输至后台监测系统；信号处理单元接收传感器输入接口输入的信息以及视频数据并进行统计、分析、特征提取采样判决处理，并将需要发送的数据完全按照国家电网技术规范要求进行数据压缩编码打包，通过基于漏缆技术的通信传输模块将数据发送出去；所述传感器同时接入温度传感器、水位传感器和烟雾传感器，或者集中接收在局部范围内线上传感器采集的状态监测数据。