CN107389134A - 一种输电杆塔智能防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电杆塔智能防护系统，包括输电杆塔无线监测模块、监控平台和智能终端，所述输电杆塔无线监测模块基于无线传感器网络采集输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述监控平台，所述监控平台用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号。本发明利用无线传感器网络技术实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔受到威胁的监测数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

Description

一种输电杆塔智能防护系统

技术领域

本发明涉及输电杆塔监测技术领域，具体涉及一种输电杆塔智能防护系统。

背景技术

近年来随着全球变暖，台风、暴雨、强雷暴等恶劣气象天候频发，导致山洪暴发、冲毁杆塔地基、暴风刮断输电线路、刮倒输电杆塔等自然灾害频发，对电网安全运行构成越来越大的危险。

另外，伴随经济的高速发展和国家重点基础建设施工的高速增长，如新建高铁、新建高速公路、新建高压输电线路和其他新建重点工程的大量上马，其施工不可避免的要穿越高压输电走廊，甚至靠近杆塔施工。然而，这些施工单位通常不具备高压输变电技术的专业知识，缺乏对高电走廊下作业的危险性认知。这些施工往往会采用多种大型机械施工，可能会造成危险接近甚至碰线短路等恶性事故的发生。靠近杆塔野蛮挖掘等可能会造成杆塔地基损毁、杆塔倾覆等重大恶性事故。

还有一些临时施工，因为施工单位不知情或侥幸心理，没有告知电力运行单位，导致安全监管缺失，形成事故隐患。更多的小型、个人的施工作业，更是随心所欲。而巡查人员不可能全程监控，等发现问题时往往已经酿成事故或事故症候，给电网安全运行带来极大隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种输电杆塔智能防护系统。

本发明的目的采集以下技术方案来实现：

提供了一种输电杆塔智能防护系统，包括输电杆塔无线监测模块、监控平台和智能终端，所述输电杆塔无线监测模块基于无线传感器网络采集输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述监控平台，所述监控平台用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的智能终端通过通信网络与监控平台连接，用于实时访问监控平台中的输电杆塔受到威胁的监测数据。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔受到威胁的监测数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明监控平台的连接框图。

附图标记：

输电杆塔无线监测模块1、监控平台2、智能终端3、数据通信模块10、数据异常分析模块20、异常报警模块30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的一种输电杆塔智能防护系统，包括输电杆塔无线监测模块1、监控平台2和智能终端3，所述输电杆塔无线监测模块1基于无线传感器网络采集输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述监控平台2，所述监控平台2用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的智能终端3通过通信网络与监控平台2连接，用于实时访问监控平台2中的输电杆塔受到威胁的监测数据。

在一个实施例中，所述监控平台2包括数据通信模块10、数据异常分析模块20、异常报警模块30，所述数据通信模块10与所述数据异常分析模块20连接，所述数据异常分析模块20与所述异常报警模块30连接。

在一个实施例中，所述的输电杆塔受到威胁的监测数据包括输电杆塔周围的震动信号、输电杆塔的局部水平位移。

上述实施例中，当输电杆塔有人员攀爬、敲击及其周围有土方施工和大型机械接近等产生震动的现象时，输电杆塔无线监测模块1可以采集到信号。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔受到威胁的监测数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

在一个实施例中，所述的输电杆塔无线监测模块1包括输电杆塔监测节点、簇头节点、基站；所述的输电杆塔监测节点用于采集输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至所在簇的簇头节点；簇头节点用于接收簇内的输电杆塔监测节点发送的输电杆塔受到威胁的监测数据，并对输电杆塔受到威胁的监测数据进行融合处理后发送至基站，进而通过基站将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至监控平台2。

其中，每个输电杆塔监测节点具有唯一的身份标识号，各输电杆塔监测节点具有相同的初始能量以及数据处理和通信能力。

在一个实施例中，预先设定输电杆塔监测节点的休眠阈值，簇头节点周期性地评估簇内输电杆塔监测节点的信任度，若输电杆塔监测节点的信任度低于设定的信任度阈值的次数超过设定的休眠阈值，则簇头节点向该输电杆塔监测节点发出休眠指令，使其进入休眠状态。

其中，簇头节点周期性地评估簇内输电杆塔监测节点的信任度，具体包括：

(1)各输电杆塔监测节点向簇头节点发送输电杆塔受到威胁的监测数据，设为{y₁,y₂,..,y_u}，簇头节点根据{y₁,y₂,..,y_u}计算融合值Y：

式中，y_x表示向簇头节点发送的第x个输电杆塔受到威胁的监测数据，u为各输电杆塔监测节点向簇头节点发送输电杆塔受到威胁的监测数据的总数；

(2)假设簇内各输电杆塔监测节点发送的输电杆塔受到威胁的监测数据满足高斯分布，则簇内各输电杆塔监测节点发送的输电杆塔受到威胁的监测数据满足一个数学期望为Y，均方差为σ的高斯分布，G_i表示输电杆塔监测节点i的信任度，按照下列公式评估G_i：

式中，y_i表示输电杆塔监测节点i向所在簇的簇头节点发送的输电杆塔受到威胁的监测数据，Y_i表示输电杆塔监测节点i向所在簇的簇头节点计算的融合值，σ_i表示输电杆塔监测节点i所在簇内的输电杆塔受到威胁的监测数据对应的均方差，A(i)表示输电杆塔监测节点i的邻居节点集合，y_j表示输电杆塔监测节点i的邻居节点j向所在簇的簇头节点发送的输电杆塔受到威胁的监测数据，Y_j表示邻居节点j向所在簇的簇头节点计算的融合值，σ_j表示邻居节点j所在簇内的输电杆塔受到威胁的监测数据对应的均方差，S_ij表示i、j之间的数据相似度，

本实施例对信任度低的输电杆塔监测节点进行休眠，能够避免信任度低的输电杆塔监测节点影响输电杆塔受到威胁的监测数据的精度，提高输电杆塔受到威胁的监测数据收集的可靠度，其中提出了精度较高的信任度评估公式，能够提高输电杆塔监测节点的信任度评估效率，有利于降低信任度评估的能量消耗，

在一个实施例中，输电杆塔监测节点将采集的输电杆塔受到威胁的监测数据发送至所在簇内的簇头节点时，具体执行：当输电杆塔监测节点与所在簇的簇头节点为单跳距离时，输电杆塔监测节点直接将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至簇头节点；输电杆塔监测节点与所在簇的簇头节点为多跳距离时，其在簇内选择一个邻居节点作为下一跳中继转发节点进行输电杆塔受到威胁的监测数据传输；

其中，下一跳中继转发节点的选择，具体包括：

(1)输电杆塔监测节点确认位于簇内的所有邻居节点，并获取每个邻居节点的当前评估的信任度；

(2)设确定邻居节点成为下一跳中继转发节点的概率，并选择概率最大的邻居节点作为下一跳中继转发节点，Φ_b表示输电杆塔监测节点a的第b个邻居节点成为下一跳中继转发节点的概率，Φ_b的计算公式为：

式中，K_b表示b的当前信任度，K_T为设定的信任度阈值，f(·)为判断函数，若K_b-K_T≥0，则f(K_b-K_T)＝1，若K_b-K_T＜0，则f(K_b-K_T)＝0，Q_b为b的当前剩余能量，Q_b0为b的初始能量，H(b,o)为b到所在簇的簇头节点之间的距离，H(a,o)为输电杆塔监测节点a到所在簇的簇头节点之间的距离，d为设定的权重系数。

本优选实施例设计了输电杆塔监测节点发送输电杆塔受到威胁的监测数据至簇头节点的路由策略，并在输电杆塔监测节点与所在簇的簇头节点为多跳距离时，根据概率选择下一跳用于转发输电杆塔受到威胁的监测数据的中继转发节点，尽可能地形成较短的输电杆塔监测节点的输电杆塔受到威胁的监测数据传输路径，避免花费较多的输电杆塔受到威胁的监测数据传输成本；

其中，该概率在综合考虑能量比和与簇头节点间的距离因素的基础上进一步考虑了输电杆塔监测节点的信任度，使得选出的中继转发节点能够更加安全有效地承担输电杆塔受到威胁的监测数据转发的任务，提高了输电杆塔受到威胁的监测数据传输的可靠度。

在一个实施例中，输电杆塔监测节点在当中继转发节点满足下列条件时进行更新，在簇内重新选择一个邻居节点作为下一跳中继转发节点进行输电杆塔受到威胁的监测数据传输：

式中，K_γ为中继转发节点γ的当前信任度，若K_γ-K_T≥0，则f(K_γ-K_T)＝1，若K_γ-K_T＜0，则f(K_γ-K_T)＝0，Q_γ为中继转发节点γ的当前剩余能量，Q_γ0为中继转发节点γ的初始能量，N_γ表示当前选择γ为下一跳中继转发节点的输电杆塔监测节点数目，λ为设定的调整因子。

本实施例在中继转发节点不能够满足上述条件时进行更新，能够保障输电杆塔受到威胁的监测数据的转发，提高输电杆塔受到威胁的监测数据收集的可靠度，同时平衡充当中继转发节点的输电杆塔监测节点的负载，均衡输电杆塔监测节点的能量，节省输电杆塔智能防护系统在输电杆塔受到威胁的监测数据收集方面的通信成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种输电杆塔智能防护系统，其特征是，包括输电杆塔无线监测模块、监控平台和智能终端，所述输电杆塔无线监测模块基于无线传感器网络采集输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述监控平台，所述监控平台用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的智能终端通过通信网络与监控平台连接，用于实时访问监控平台中的输电杆塔受到威胁的监测数据。

2.根据权利要求1所述的一种输电杆塔智能防护系统，其特征是，所述监控平台包括数据通信模块、数据异常分析模块、异常报警模块，所述数据通信模块与所述数据异常分析模块连接，所述数据异常分析模块与所述异常报警模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种输电杆塔智能防护系统，其特征是，所述的输电杆塔受到威胁的监测数据包括输电杆塔周围的震动信号、输电杆塔的局部水平位移。

4.根据权利要求1所述的一种输电杆塔智能防护系统，其特征是，所述的输电杆塔无线监测模块包括输电杆塔监测节点、簇头节点、基站；所述的输电杆塔监测节点用于采集输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至所在簇的簇头节点；簇头节点用于接收簇内的输电杆塔监测节点发送的输电杆塔受到威胁的监测数据，并对输电杆塔受到威胁的监测数据进行融合处理后发送至基站，进而通过基站将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至监控平台。

5.根据权利要求4所述的一种输电杆塔智能防护系统，其特征是，输电杆塔监测节点将采集的输电杆塔受到威胁的监测数据发送至所在簇内的簇头节点时，具体执行：当输电杆塔监测节点与所在簇的簇头节点为单跳距离时，输电杆塔监测节点直接将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至簇头节点；输电杆塔监测节点与所在簇的簇头节点为多跳距离时，其在簇内选择一个邻居节点作为下一跳中继转发节点进行输电杆塔受到威胁的监测数据传输。

6.根据权利要求5所述的一种输电杆塔智能防护系统，其特征是，下一跳中继转发节点的选择，具体包括：

(1)输电杆塔监测节点确认位于簇内的所有邻居节点，并获取每个邻居节点的当前评估的信任度；

(2)设确定邻居节点成为下一跳中继转发节点的概率，并选择概率最大的邻居节点作为下一跳中继转发节点，Φ_b表示输电杆塔监测节点a的第b个邻居节点成为下一跳中继转发节点的概率，Φ_b的计算公式为：

<mrow> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>d</mi> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>b</mi> </msub> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <mi>H</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>o</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>H</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>o</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>H</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>o</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>

式中，K_b表示b的当前信任度，K_T为设定的信任度阈值，f(·)为判断函数，若K_b-K_T≥0，则f(K_b-K_T)＝1，若K_b-K_T<0，则f(K_b-K_T)＝0，Q_b为b的当前剩余能量，Q_b0为b的初始能量，H(b,o)为b到所在簇的簇头节点之间的距离，H(a,o)为输电杆塔监测节点a到所在簇的簇头节点之间的距离，d为设定的权重系数。