CN108833534A - 一种应用于带电作业的实时监测预警系统 - Google Patents

一种应用于带电作业的实时监测预警系统 Download PDF

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庄健
张卫海
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黄全龙
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Abstract

本发明涉及一种应用于带电作业的实时监测预警系统，包括：传感层终端、传输层终端及应用层终端；传感层终端用于与所述传输层终端相连以发送现场作业环境数据以及发送现场作业音视频数据；所述传输层终端，用于对接收的所述现场作业环境数据以及现场作业音视频数据进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络发送给所述应用层终端；所述应用层终端，用于根据与传输层终端约定的协议解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，转换成结构化数据存储，并进行显示。本发明能够实时监测作业环境的经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据，并对数据进行分析后进行显示及预警提示。

Description

一种应用于带电作业的实时监测预警系统
技术领域
本发明涉及带电作业技术领域，特别涉及一种应用于带电作业的实时监测预警系统。
背景技术
随着工业的发展以及社会生活对于电力供应要求的不断提升，提高电力供应的可靠性已经成为相关部门面临的一项重要课题。为了避免大规模停电给人民的生产生活所带来的不便，在维修、养护电路时，带电作业成为了一项重要的技术手段。开展配电线路的带电作业是提高供电可靠性，实现对用户不间断供电的有效措施，在确保电网安全可靠运行，减少电能损失，提高电网经济效益中发挥着十分积极有效的作用。
随着带电作业实践经验积累，技术理论研究也在不断深入，但对于作业的现场环境监测和安全预警还是依靠人员现场巡视检测感知的传统方式。因此，如何实时在线监测作业环境的温度、湿度、风向和风速等天气因素，并监控作业安全已成为带电作业不可或缺的常态工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种应用于带电作业的实时监测预警系统，能够实时监测作业环境的经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据，并对数据进行分析、显示及预警提示。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于带电作业的实时监测预警系统，包括：传感层终端、传输层终端及应用层终端；
所述传感层终端，用于通过串口总线与所述传输层终端相连以发送现场作业环境数据，以及通过网线与所述传输层终端相连以发送现场作业音视频数据；
所述传输层终端，用于对接收的所述现场作业环境数据以及现场作业音视频数据进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络发送给所述应用层终端；
所述应用层终端，用于根据与传输层终端约定的协议解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，转换成结构化数据存储，并进行显示。
优选的，所述传感层终端包括GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器、湿度传感器和带电作业车；所述GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器和湿度传感器均设于所述带电作业车上；所述GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器和湿度传感器用于将采集的经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据通过RS485总线发送给所述传输层终端。
优选的，所述传感层终端还包括网络摄像机；所述网络摄像机设于所述带电作业车上；所述网络摄像机用于将拍摄的音视频数据通过网线发送给所述传输层终端。
优选的，所述传输层终端包括数据处理模块和无线通信模块；所述数据处理模块接收所述传感层终端发送的所述现场作业环境数据和现场作业音视频数据并进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信模块发送给所述应用层终端。
优选的，所述数据处理模块进行协议处理具体为：基于IETF的SenML协议定义，将现场作业环境数据和现场作业音视频数据以JSON数据结构打包。
优选的，所述无线通信模块与所述应用层终端建立TCP长连接以传输现场作业环境数据。
优选的，所述无线通信模块与所述应用层终端建立UDP连接以传输现场作业音视频数据。
优选的，应用层终端包括云服务器、数据库中心、管理终端和APP应用终端；所述云服务器与所述传输层终端相连，根据与传输层终端约定的协议解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，并转换成结构化数据存入所述数据库中心；同时将解析出的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络或有线通信网络发送给管理终端，通过无线通信网络将解析出的现场作业环境数据和现场作业音视频数据发送给APP应用终端；所述管理终端对接收到的现场作业环境数据和现场作业音视频数据进行实时显示、分析及预警提示；所述APP应用终端对接收到的现场作业环境数据、现场作业音视频数据及预警提示进行实时显示。
优选的，所述约定的协议具体为：基于IETF的SenML协议定义，按JSON数据结构对数据进行解析。
优选的，所述数据库中心包括时序数据库和关系数据库；其中现场作业环境数据采用时序数据库InfluxDB存储；现场作业视频、带电作业车、作业人员、终端设备和传感器数据采用关系数据库存储。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明一种应用于带电作业的实时监测预警系统，包括传感层终端、传输层终端和应用层终端，所述传感层终端将采集的现场作业环境数据和作业音视频数据通过传输层终端发送给应用层终端进行显示及预警提示，实现在线监测与预警，以便进行安全带电作业；
(2)本发明的传感层终端包括GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器、湿度传感器、网络摄像机和带电作业车；其中的GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器、湿度传感器、网络摄像机均安装于所述带电作业车上，由于带电作业车具有移动性，从而只需一套采集设备即可应用在各个作业点，节省了成本；
(3)由于本发明传感层终端采集的数据多，因此本发明的传输层终端和应用层终端之间通过JSON数据结构交互现场作业环境数据和现场作业视频数；能够有效地提升网络传输效率；
(4)本发明的传输层终端和应用层终端在传输现场作业环境数据时，采用TCP长连接，从而能够保证采集的经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据的正确性；
(4)本发明的传输层终端和应用层终端在传输现场作业音视频数据时，采用UDP连接，能够减少系统资源的利用，且传输速度快；
(5)本发明的数据库中心包括时序数据库和关系数据库；其中现场作业环境数据采用时序数据库InfluxDB存储，从而可以高效存储和快速处理海量时序大数据，极大提高了时间相关数据的处理能力，相对于关系型数据库它的存储空间减半，查询速度极大的提高；
(6)本发明的应用层终端包括管理终端和APP应用终端，所述管理终端一方面对现场作业环境数据和现场作业音视频数据进行显示，另一方面对数据进行分析以进行预警提示，从而方便运维人员进行监测与预警；所述APP应用终端能够对对接收到的现场作业环境数据、现场作业音视频数据及预警提示进行实时显示，从而使现场作业人员能够根据现场作业数据进行安全带电作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的应用于带电作业的实时监测预警系统的结构框图；
图2是本发明实施例的应用于带电作业的实时监测预警系统的架构图；
图3是本发明实施例的应用于带电作业的实时监测预警系统的网络拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1及图3所示，本发明一种应用于带电作业的实时监测预警系统，一种应用于带电作业的实时监测预警系统，包括：传感层终端10、传输层终端20及应用层终端30；所述传感层终端10设于传感层，传输层终端20设于传输层，应用层终端30设于应用层。
所述传感层终端10，用于通过串口总线与所述传输层终端20相连以发送现场作业环境数据，以及通过网线与所述传输层终端20相连以发送现场作业音视频数据；
所述传输层终端20，用于对接收的所述现场作业环境数据以及现场作业音视频数据进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络发送给所述应用层终端30；
所述应用层终端30，用于根据与传输层终端20约定的协议解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，转换成结构化数据存储，并进行显示。
所述传感层终端10包括GPS定位器101、风力风向传感器102、温度传感器103、湿度传感器104和带电作业车105；所述GPS定位器101、风力风向传感器102、温度传感器103和湿度传感器104均设于所述带电作业车105上；所述GPS定位器101用于将采集的经纬度数据通过RS485总线发送给所述传输层终端20；所述风力风向传感器102用于将采集的风力风向数据通过RS485总线发送给所述传输层终端20；所述温度传感器103用于将采集的温度数据通过RS485总线发送给所述传输层终端20；所述湿度传感器104用于将采集的湿度数据通过RS485总线发送给所述传输层终端20。
所述传感层终端10还包括网络摄像机106；所述网络摄像机106设于所述带电作业车105上；所述网络摄像机106用于将拍摄的音视频数据通过网线发送给所述传输层终端20。
所述传输层终端20包括数据处理模块201和无线通信模块202；所述数据处理模块201接收所述传感层终端10发送的所述现场作业环境数据和现场作业音视频数据并进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信模块202发送给所述应用层终端30。所述传输层终端20可以通过电脑或其他专门的设备实现，本发明实施例不做具体限制。
具体的，所述传输层终端20负责将传感层终端采集的地理定位(经纬度数据)、风力风向、温度、湿度和音视频数据传输到应用层终端。所述传输层终端20可以看成为连接传感层终端和应用层终端的管道，一侧通过RS485总线和以太网口与传感层终端对接，把传感器(GPS定位器101、风力风向传感器102、温度传感器103、湿度传感器104)的数字信号经过转换和协议处理后，在另一侧利用运营商提供的无线通信网络进行数据传输，其中经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据使用TCP长连接传输，音视频数据通过UDP方式直接传输。
所述协议处理具体为：基于IETF的SenML协议定义，数据包以JSON打包，最外层为数组类型，内部包含多个Object字段，每个Object对象内包含任意的属性和值，某次发送的经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据的结构如下：
字段说明如下：
标签 类型 必选 描述
bn String 是 设备ID
n String 是 参数名
vs String 否 字符型值
tp String 否 温度标志
hm String 否 湿度标志
d String 否 风向标志
r String 否 风力标志
lat String 否 经度标志
lng String 否 纬度标志
应用层终端30包括云服务器301、数据库中心302、管理终端303和APP应用终端304；所述云服务器301与所述传输层终端20相连，根据与传输层终端20约定的协议(基于IETF的SenML协议定义，将现场作业环境数据和现场作业音视频数据以JSON数据结构打包)解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，并转换成结构化数据存入所述数据库中心302；同时将解析出的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络或有线通信网络发送给管理终端303，通过无线通信网络将解析出的现场作业环境数据和现场作业音视频数据发送给APP应用终端304；所述管理终端303对接收到的现场作业环境数据和现场作业音视频数据进行实时显示、分析及预警提示；所述APP应用终端304对接收到的现场作业环境数据、现场作业音视频数据及预警提示进行实时显示。
具体的，所述云服务器301监听底层的TCP/UDP连接，根据传输层定义的协议解析出地理定位、风速、风向、温度、湿度和音视频数据，并转换成结构化数据存入数据库中心302。运维人员通过管理终端303维护和管理作业车辆、作业人员、终端设备、传感器、视频、勘察信息和带电作业，通过终端设备ID关联作业车辆，实现实时监控现场作业，如果现场环境超过设定的阀值系统引发声光预警，并及时发送短信给相关人员。根据现场作业的监测数据绘制作业车辆的车辆轨迹，温度、湿度和风力的实时趋势曲线和历史曲线，展现现场作业视频。后期分别统计周、月和年的作业量，并根据温度在10℃、20℃和35℃不同区间、湿度在80％上下两档、风力5级上下两档的统计作业分布图，最终导出报表。
所述数据库中心302采用时序数据库和关系数据库相结合的模式。根据传感器数据产生频率快(每个终端每10秒上传一条数据)、严重依赖于采集时间(每条数据均对应唯一的时间)、测点多信息量大(多个监测点同时上传数据，每天可产生大量数据)等特点，采用时序数据库InfluxDB存储。InfluxDB是一个开源的分布式时序、时间和指标数据库，使用特殊的存储方式，使得时序大数据可以高效存储和快速处理海量时序大数据，极大提高了时间相关数据的处理能力，相对于关系型数据库它的存储空间减半，查询速度极大的提高。
除了时序数据库，所述数据库中心302还包含用于存储作业车辆、作业人员、终端设备、传感器、视频、勘察信息和带电作业等模型数据的元数据库。
所述APP应用终端304包括手机、平板等便携式移动设备。安装在所述APP应用终端304上的APP应用便于监测带电作业实况，作业人员使用所述APP应用终端304现场实时监控作业环境的风速、风向、温度、湿度和天气预报，实时查看现场作业视频，天气异常情况及时告警通知。当然，远程监控人员(管理者、运维人员等)也可以通过APP应用终端304实现远程监测。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，包括：传感层终端、传输层终端及应用层终端；
所述传感层终端，用于通过串口总线与所述传输层终端相连以发送现场作业环境数据，以及通过网线与所述传输层终端相连以发送现场作业音视频数据；
所述传输层终端，用于对接收的所述现场作业环境数据以及现场作业音视频数据进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络发送给所述应用层终端；
所述应用层终端，用于根据与传输层终端约定的协议解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，转换成结构化数据存储，并进行显示及预警提示。
2.根据权利要求1所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述传感层终端包括GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器、湿度传感器和带电作业车；所述GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器和湿度传感器均设于所述带电作业车上；所述GPS定位器、风力风向传感器、温度传感器和湿度传感器用于将采集的经纬度数据、风力风向数据、温度数据和湿度数据通过RS485总线发送给所述传输层终端。
3.根据权利要求2所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述传感层终端还包括网络摄像机；所述网络摄像机设于所述带电作业车上；所述网络摄像机用于将拍摄的音视频数据通过网线发送给所述传输层终端。
4.根据权利要求1所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述传输层终端包括数据处理模块和无线通信模块；所述数据处理模块接收所述传感层终端发送的所述现场作业环境数据和现场作业音视频数据并进行协议处理，将处理后的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信模块发送给所述应用层终端。
5.根据权利要求4所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述数据处理模块进行协议处理具体为：基于IETF的SenML协议定义，将现场作业环境数据和现场作业音视频数据以JSON数据结构打包。
6.根据权利要求4所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述无线通信模块与所述应用层终端建立TCP长连接以传输现场作业环境数据。
7.根据权利要求4所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述无线通信模块与所述应用层终端建立UDP连接以传输现场作业音视频数据。
8.根据权利要求1所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，应用层终端包括云服务器、数据库中心、管理终端和APP应用终端；所述云服务器与所述传输层终端相连，根据与传输层终端约定的协议解析出现场作业环境数据和现场作业音视频数据，并转换成结构化数据存入所述数据库中心；同时将解析出的现场作业环境数据和现场作业音视频数据通过无线通信网络或有线通信网络发送给管理终端，通过无线通信网络将解析出的现场作业环境数据和现场作业音视频数据发送给APP应用终端；所述管理终端对接收到的现场作业环境数据和现场作业音视频数据进行实时显示、分析及预警提示；所述APP应用终端对接收到的现场作业环境数据、现场作业音视频数据及预警提示进行实时显示。
9.根据权利要求8所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述约定的协议具体为：基于IETF的SenML协议定义，按JSON数据结构对数据进行解析。
10.根据权利要求8所述的应用于带电作业的实时监测预警系统，其特征在于，所述数据库中心包括时序数据库和关系数据库；其中现场作业环境数据采用时序数据库InfluxDB存储；现场作业视频、带电作业车、作业人员、终端设备和传感器数据采用关系数据库存储。
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Application publication date: 20181116

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