CN107086663A - 基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，基于C/S（服务器/客户端）架构，包括分布式光纤传感设备及数据采集装置、配置管理模块、数据管理模块、光纤路径空间布景模块、监控模块、报警模块。本发明还公开了一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统的方法，本发明可以实现监测对象结构地理分布图和地区地形图，通过分析处理监测数据，挖掘隐藏在数据中外部因素对监测对象的作用，对应变、温度信息进行快速定位显示和对突发故障实时报警，得到形象直观的数据信息，达到实时感知、诊断健康状况，智能化识别安全隐患、实时发布警报信息的目的，以此来为维护人员提供详细信息，降低维护成本和提高设施安全。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的安全监测技术领域，特别是基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统及方法。
背景技术
近几年，我国电力工业取得了突飞猛进的发展，当前建成的超高压电网规模已经位置世界前列。但是电力系统结构的服役期常常长达几十年、甚至上百年,在长期运行中不可避免地遭受恶劣环境侵蚀、材料老化、极端灾害（地震、风、暴雨、雪等）、疲劳效应等因素的影响，其服役性能总是处于劣化过程中，这种劣化过程将不可避免地导致结构系统的损伤累积和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。随着对工程结构的安全性、耐久性及正常使用功能的日益关注,人们希望能够在电力设施的服役期,即使出现一些如雨雪、地震、覆冰、火灾等灾害性事故后,也能充分了解结构的健康状况,以决定是否需要对结构进行维修和养护,并且在出现突发事故后，可及时得到事故的发生地点及类型以便及时维护。
对于监测方法，目前国内外采用的有弧垂实时监测、线路图像实时监视、小型气象站等方法，利用先进的数字视频压缩技术、低功耗技术、GPRS无线通信技术，将现场图像信息传输到监控中心的服务器上，从而实现对输电线路全天候监测。但图像类传感方式易受环境影响，且布置安装成本较高。而分布式光纤传感可实现长距离、高精度、高分辨率的连续测量，应用方便，只需一次监测即可获得光纤铺设路径沿线的温度、应变及振动信息。
近年来,随着分布式光纤传感的发展与应用,结构健康监测与安全预警技术得到了越来越广泛的研究与应用。结构健康监测与安全预警技术通过监测结构关键构件和关键位置的反应,推断结构的健康与安全状况,并及时进行预警,从而保障结构的服役安全,避免重大事故的发生,是安全监测领域的前沿技术。目前国内外许多大型工程结构都安装了安全监测系统,这些安全系统的运行积累了大量的数据,但目前缺乏有效、简便和实用的安全健康监测系统，且大多功能单一、收费昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统及方法，适用于电力系统安全监测的人机交互良好的多参数多功能。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，包括分布式光纤传感设备、数据采集装置、配置管理模块、数据管理模块、光纤路径空间布景模块、监控模块和报警模块，数据管理模块包括数据分析子模块和数据存储子模块；其中，
配置管理模块，用于设置采集参数并将其输出至数据采集装置，设置光纤分段参数并将其输出至光纤路径空间布景模块，设置监控参数并将其输出至监控模块、设置报警规则至数据分析子模块；
光纤路径空间布景模块，用于根据电网结构，铺设出沿电网结构的光纤路径，并根据光纤分段参数、数据存储子模块中的空间地理数据，实现电网结构在地图上的分布；
分布式光纤传感设备，用于监测传感光纤各空间位置上功率信号；
数据采集装置，用于根据采集参数，采集分布式光纤传感设备监测到的功率信号，并将此功率信号进行分段拟合运算处理，获得温度数据及应变数据，温度数据及应变数据输出至数据存储子模块，温度数据输出至监控模块；
数据存储子模块，用于存储空间地理数据、警报信息、数据采集装置获取的温度和应变数据；
数据分析子模块，用于根据配置管理模块设置的报警规则，从数据存储子模块中获取温度和应变数据，进行分析计算得到警报信息，并将其输出至数据存储子模块、监控模块和报警模块；
监控模块，用于接收警报信息及温度数据，根据监控参数，并根据接收的温度数据实时分析出预设时间内温度变化趋势，将警报信息及温度数据做出图形化显示；
报警模块，用于将警报信息在监控终端进行显示报警。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统进一步优化方案，所述监控参数包括监控时长、数据源时长、显示间隔、抽样间隔、温度上限阈值、温度下限阈值。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统进一步优化方案，所述报警规则为预设的温度阈值范围和应变阈值范围，当温度数据不在温度阈值范围或应变数据不在应变阈值范围时，则分析计算得到警报信息。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统进一步优化方案，数据存储子模块存储的空间地理数据、警报信息、数据采集装置获取的温度和应变数据被存入数据库或存入文件系统中，所使用数据库为关系数据库SQL Server和虚拟数据库，文件系统为EXCEL。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统进一步优化方案，光纤路径空间布景模块包括地图层、路线层和标志层，地图层为在线高德地图，路线层为铺设光纤路径，标志层为光纤路径上的备注信息。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统进一步优化方案，报警模块包括消息模板，消息模板包括应用名和警报信息。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统进一步优化方案，监控模块中的图形化显示包括故障点在地图上的位置显示、预设时间内监测出的温度数据以颜色在地图上光纤路径沿线的变化显示，预设时间内监测温度数据瀑布图显示；故障点为当光纤上的某点的温度数据不在温度阈值范围或应变数据不在应变阈值范围时，称为故障点。
基于一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统的方法，包括以下步骤：
步骤一、实时对铺设光纤沿线进行监控，获取传感光纤各空间位置上光功率信号并通过分段拟合运算得到温度和应变数据；
步骤二、根据设置的报警规则，对步骤一获取的温度和应变数据进行分析处理，得到警报信息，并做持久化处理；
步骤三、根据空间地理数据生成监测光纤路径的地理结构分布图；所述监测光纤路径的地理结构分布图包括在线地图层、光纤路径层和备注标志层，所述光纤路径层由运维人员自行在在线地图上绘制或通过导入已有的光纤路径各节点经纬度、长度信息来绘制；
步骤四、对预设时间内的温度数据在光纤路径上以每秒显示一次监测数据的方式展示，并在预设时间内、将温度数据通过映射关系转换成对应颜色来显示；
步骤五、实时接收警报信息，将警报信息在监控终端进行显示报警。
作为本发明所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统的方法进一步优化方案，所述报警规则为预设的温度阈值范围和应变阈值范围，当温度数据不在温度阈值范围或应变数据不在应变阈值范围时，则分析计算得到警报信息。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明利用分布式光纤传感设备、数据采集装置、配置管理模块、数据管理模块、光纤路径空间布景模块、监控模块和报警模块所主要构成的结构，采取高度自动化处理方式，可以实现监测对象结构地理分布图的空间布景；
（2）通过分析处理监测数据，挖掘隐藏在数据中外部因素对监测对象的作用，对应变温度信息进行快速定位显示和对突发故障实时报警，得到形象直观的数据信息，达到实时感知、诊断健康状况，智能化识别安全隐患、实时发布警报信息的目的，以此来为维护人员提供详细信息，降低维护成本和提高设施安全；
（3）本发明适用于桥梁、高层建筑、大跨空间结构、隧道、边坡、公路、高铁声屏障、高压电网等工程结构。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图2是采集流程图。
图3是本系统的软件主界面图。
图4是本系统监测流程图。
具体实施方式
本实施例主要描述了一种基于分布式光纤传感的图形化安全监测系统软件,该系统采用C/S架构,使用VS2010作为开发平台，C#高级开发语言进行软件研发。如图1所示，该系统包括分布式光纤传感设备、数据采集装置、配置管理模块、数据管理模块、光纤路径空间布景模块、监控模块和报警模块，数据管理模块包括数据分析子模块和数据存储子模块。
数据的采集采用灵活的可配置模式，通过软件修改采样制式和频率，规范数据采集模式和网络协议，统一采集策略和通讯接口。对采集到的数据进行读取分析处理，将运算后的数据通过传输模块上传至数据管理中心。采集流程如图2所示
安全监测系统的集成主要是通过软件系统实现安全监测系统软硬件的接口,因此,系统需要解决各功能软硬件之间的接口和调用问题,此外,安全监测系统的监测信息与分析结果均需要存入数据管理子系统的数据库中,所有子系统均从数据库中读取和调用数据,因此,将数据库称为安全监测系统的“数据中心”。
整个系统平台为用户提供了监测对象在地理地图上的空间布景、实时监测数据、实时安全预警、以及温度变化趋势分析等功能。软件模块使用了GMAP、NOPI、ZedGraph等开源库以支持软件功能更为便捷的实现,可智能化显示监测状态，并实时报警。软件采用可定制化、模块化设计模式,便于应用的扩展和裁剪,降低用户定制成本。主要软件界面如图3所示。
系统由变电站监测设备和电力局控制设备两部分组成。其中变电站监测设备部署在超高压变电站机房内，分布式光纤温度应变感测仪通过通信光缆接口，连接到室外OPGW光缆以监测超高压输电线沿线的温度、应变、振动等特征参量，将测量结果即时传输到控制电脑，记录原始数据并初步分析计算报警信息与对应特征，并同时写入到设备数据库。同时架设远程数据通信服务器，以对外传输监测数据与警报特征，通过远程有线/无线通信服务器，经广域网连接到远距离外的远程控制端。远程控制中心由此同步访问实时监测的特征数据与警报信息。GIS信息监测模块将输电线沿线的警报信息，结合OPGW光缆长度和地理走向数据坐标，在二维地图上实时显示警报事件详情及其准确地理坐标位置，同时查阅过往警报日志，最后可以设置警报订阅列表与预警通知规则，将监测到的特定预警信息，通过短信网关API，实时发送定制内容的警报提醒短信到特定目标人群，随时随地关注输电线沿线的安全动态。具体流程如图4所示。
本实例提供的是一种基于分布式光纤传感的可应用于电力系统安全监测的系统软件，包括分布式光纤传感设备及数据采集装置、配置管理模块、数据管理模块、光纤路径空间布景模块、监控模块、报警模块。可以实现监测对象结构地理分布图和地区地形图，通过分析处理监测数据，挖掘隐藏在数据中外部因素对监测对象的作用，对应变、温度信息进行快速定位显示和对突发故障实时报警，得到形象直观的数据信息，达到实时感知、诊断健康状况，智能化识别安全隐患、实时发布警报信息的目的，以此来为维护人员提供详细信息，降低维护成本和提高设施安全。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，包括分布式光纤传感设备、数据采集装置、配置管理模块、数据管理模块、光纤路径空间布景模块、监控模块和报警模块，数据管理模块包括数据分析子模块和数据存储子模块；其中，
配置管理模块，用于设置采集参数并将其输出至数据采集装置，设置光纤分段参数并将其输出至光纤路径空间布景模块，设置监控参数并将其输出至监控模块、设置报警规则至数据分析子模块；
光纤路径空间布景模块，用于根据电网结构，铺设出沿电网结构的光纤路径，并根据光纤分段参数、数据存储子模块中的空间地理数据，实现电网结构在地图上的分布；
分布式光纤传感设备，用于监测传感光纤各空间位置上功率信号；
数据采集装置，用于根据采集参数，采集分布式光纤传感设备监测到的功率信号，并将此功率信号进行分段拟合运算处理，获得温度数据及应变数据，温度数据及应变数据输出至数据存储子模块，温度数据输出至监控模块；
数据存储子模块，用于存储空间地理数据、警报信息、数据采集装置获取的温度和应变数据；
数据分析子模块，用于根据配置管理模块设置的报警规则，从数据存储子模块中获取温度和应变数据，进行分析计算得到警报信息，并将其输出至数据存储子模块、监控模块和报警模块；
监控模块，用于接收警报信息及温度数据，根据监控参数，并根据接收的温度数据实时分析出预设时间内温度变化趋势，将警报信息及温度数据做出图形化显示；
报警模块，用于将警报信息在监控终端进行显示报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，所述监控参数包括监控时长、数据源时长、显示间隔、抽样间隔、温度上限阈值、温度下限阈值。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，所述报警规则为预设的温度阈值范围和应变阈值范围，当温度数据不在温度阈值范围或应变数据不在应变阈值范围时，则分析计算得到警报信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，数据存储子模块存储的空间地理数据、警报信息、数据采集装置获取的温度和应变数据被存入数据库或存入文件系统中，所使用数据库为关系数据库SQL Server和虚拟数据库，文件系统为EXCEL。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，光纤路径空间布景模块包括地图层、路线层和标志层，地图层为在线高德地图，路线层为铺设光纤路径，标志层为光纤路径上的备注信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，报警模块包括消息模板，消息模板包括应用名和警报信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统，其特征在于，监控模块中的图形化显示包括故障点在地图上的位置显示、预设时间内监测出的温度数据以颜色在地图上光纤路径沿线的变化显示，预设时间内监测温度数据瀑布图显示；故障点为当光纤上的某点的温度数据不在温度阈值范围或应变数据不在应变阈值范围时，称为故障点。
8.基于权利要求1所述一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、实时对铺设光纤沿线进行监控，获取传感光纤各空间位置上光功率信号并通过分段拟合运算得到温度和应变数据；
步骤二、根据设置的报警规则，对步骤一获取的温度和应变数据进行分析处理，得到警报信息，并做持久化处理；
步骤三、根据空间地理数据生成监测光纤路径的地理结构分布图；所述监测光纤路径的地理结构分布图包括在线地图层、光纤路径层和备注标志层，所述光纤路径层由运维人员自行在在线地图上绘制或通过导入已有的光纤路径各节点经纬度、长度信息来绘制；
步骤四、对预设时间内的温度数据在光纤路径上以每秒显示一次监测数据的方式展示，并在预设时间内、将温度数据通过映射关系转换成对应颜色来显示；
步骤五、实时接收警报信息，将警报信息在监控终端进行显示报警。
9.根据权利要求8所述的一种基于分布式光纤传感的图形化显示安全监测系统的方法，其特征在于，所述报警规则为预设的温度阈值范围和应变阈值范围，当温度数据不在温度阈值范围或应变数据不在应变阈值范围时，则分析计算得到警报信息。
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