CN109089220A - 高压电缆巡检车载智能交互系统 - Google Patents

高压电缆巡检车载智能交互系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于高压电缆巡检智能交互系统领域，具体涉及一种高压电缆巡检车载智能交互系统。本发明包括了图像采集设备及虚拟显示设备，通过输电电缆巡检人员对巡检现场的图像采集，便于后台人员对现场情况进行掌握，对输电电缆的巡检起到了推动作用，实现了智能化运维，运维人员能够直观获得工作辅助信息和即时培训，通过后台服务器还能实现自动记录运维过程，本发明采用根据传输基站位置坐标的计算，得出最优的通信链路，实现巡检数据传输用的通信链路的快速搭建，提高了通信的效果和效率，通过系统的研发，能够提高运维效率约30％，节省运维成本，全面提升输电电缆的运行质量，最终全面推动我国社会经济的全面健康发展。

Description

高压电缆巡检车载智能交互系统
技术领域
本发明属于高压电缆巡检智能交互系统领域，具体涉及一种高压电缆巡检车载智能交互系统。
背景技术
随着现代管理理念的提升，现场运维管理要逐步从粗放型向精细化管理转变，从信息向数字化智能化运维支撑转变。
而电缆巡检的智能化运维存在着很大的实现难度，当前的电缆巡检运行环境复杂，尤其是高压电缆在县域分布比较广泛，不利于集中精益化管理，且由于人工的惰性和县域地区通信不便的问题，容易造成巡检信息缺失，不利于现场运维管理从粗放型向精细化管理转变。
当前的巡检通信方式主要有三种方式：
1、电力载波通信，比较适用于较短距离且输电线路电压较低场合下的电力载波通信方式，当巡检距离增加或者输电线路上存在强电信号干扰时，此种方式的可靠性就大大降低。
2、移动通信网络，需要借助于移动服务运营商的基站网络，此种方式在基站分布较少的地区难以达到较好的通信要求，使用费用较高，并且通信信息需要经过第三方运营商服务器，存在不安全因素。
3、无线通信链路，如中国专利CN201510758209.9所公开的信号接力的通信方法，通过建立沿输电线路分布的通信通道实现通信，但是该通信方式沿着固定的通信路线进行传递，而输电线路并非沿直线分布，这就造成了通信信号在电缆折弯处发生冗余传递，降低了通信效率，数据量大时需要的时间也较长。
现行的巡检方式是各班组各自携带巡检车辆及无线通信设备在输电电缆进行巡检，这些班组携带的巡检设备如热成像仪、摄像机等设备，需要将收集的资料及时传输给巡维调控的后台总站，而现有的通信方式因信号质量差、费用高、数据量大等原因并不适用传输操作，如能将这些无线资源整合到一起，将会极大方便巡检通信的效果，提高通信效率。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高压电缆巡检车载智能交互系统，能够实现巡检数据传输用的通信链路的快速搭建，有助于缩短通信路径，提高通信的效果和效率。
本发明采用的具体技术方案是：
高压电缆巡检车载智能交互系统，包括图像采集设备、传输基站及后台总站，所述的后台总站设置有虚拟现实设备，所述的传输基站包括巡检车载基站及塔基基站，所述的图像采集设备与巡检车载基站借助无线信号连接，所述的塔基基站逐个设置于电力输电杆塔上，所述的巡检车载基站及塔基基站设置有卫星通信模块，所述的智能交互系统还包括通信链路的搭建方法，包括如下步骤，
a、所有传输基站位置坐标通过卫星通信模块实时更新到后台总站；
b、巡检人员通过传输基站卫星通信模块向后台总站发起通信请求；
c、后台总站汇总所有传输基站位置坐标后，计算得出通信链路中的全部传输基站；
d、后台总站通过卫星通信模块告知该通信链路中的巡检车载基站和/或塔基基站进入工作状态；
e、通信链路中的下一级相邻的通信基站进行连通，并通过卫星通信模块反馈后台总站连通情况；
f、通信链路中的所有传输基站反馈正常，则通信链路搭建完成；
g、图像采集设备通过无线连接巡检车载基站后，借助通信链路向后台总站发送数据。
所述的步骤c中，后台总站的通信链路计算方法为：
c1、将所有传输基站的位置坐标在地图中标出，将发起通信请求的传输基站的位置坐标标记为起点，将后台总站位置坐标标记为终点；
c2、从起点向终点引出射线，并以起点为原点，从起点指向终点的射线为X轴的正方向，建立直角坐标系；
c3、以起点为圆心以传输基站的最大广播距离r为半径画广播圆域，该坐标系第一、四象限内所有落入广播圆域内的传输基站为待选站；
c4、做线段ρx连接原点与待选站坐标，并取该线段与X轴夹角的绝对值θx，则minθx所对应待选站为第一级首选中转站；
c5、以第一级首选中转站为原点，建立直角坐标系，重复步骤c3、c4，直到广播圆域内出现终点即后台总站时跳出循环，将得出通讯链路所需全部传输基站按层级顺序编号。
所述的步骤e中，通信链路的连通方法为，传输基站与相邻的下一级传输基站进行握手连接，该传输基站向下一级传输基站无线发送请求信号，接收到相邻的下一级传输基站传回的反馈信号后判定为该传输基站连通。
所述的步骤f中，若在延时T时间内通信链路中存在未反馈正常的传输基站，则后台总站将未反馈正常的传输基站的位置坐标剔除，返回步骤c。
所述的步骤c3中，判定传输基站落入广播圆域内的方法为，根据传输基站坐标信息，计算起点的传输基站与相邻的待判断传输基站的直线距离l；
若l≤r，则该传输基站落入广播圆域；
若l＞r,则该传输基站未落入广播圆域。
本发明的有益效果是：
本发明采用根据传输基站位置坐标的计算，得出最优的通信链路，采用接力传输或者无线AP转发两种工作模式，适用于较大数据量的转发、报警信息的传递及一定时间的实时通信，方便进行高压电缆的巡检人员与总站专家的交流，便于总站专家对现场工作的指导，相比逐级传递的现有通信系统，本发明所提供的解决方案能够实现电缆巡检数据传输用的通信链路的快速搭建，有助于缩短通信路径，提高通信的效果和效率。
附图说明
图1为本发明通信链路搭建方法的流程框图；
图2为通信链路中第一级中转站的坐标示意图；
图3为通信链路中第二级中转站的坐标示意图；
图4为通信链路中第三级中转站的坐标示意图；
图5为通信链路中第四级中转站的坐标示意图；
图6为通信链路的示意图；
图7为本发明系统架构的示意图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明为解决巡检过程中存在的数据通信不便的问题，提供了一种高压电缆巡检车载智能交互系统，如图7所示，该智能交互系统包括图像采集设备、传输基站及后台总站，所述的后台总站设置有虚拟现实设备，所述的传输基站包括巡检车载基站及塔基基站，所述的图像采集设备与巡检车载基站借助无线信号连接，所述的塔基基站逐个设置于电力输电杆塔上，所述的巡检车载基站及塔基基站设置有卫星通信模块，巡检人员通过穿戴式的热成像机或者摄像机，所述的摄像机为VR全景摄像机，将现场采集的图像资料实时传递到后台总站或者整合后打包发送，后台总站的专家在经过研判后，对现场人员进行指导及配合，从而提高了巡检的效率，借助设置在后台总站的虚拟现实设备包括VR眼镜及VR头盔用于播放VR全景摄像机的采集数据，使得总站的学习人员也能够身临其境感受巡检一线的工作情况，同时也便于专家对巡检人员进行监督，有助于现场运维管理要逐步从粗放型向精细化管理转变，实现了出现疑难问题能够得到相关专家人员的远程实时指导，通过畅通的信息渠道，还能够方便研发人员进一步进行运维相关技术的研发，为实现VR图像识别和追踪，做到任务查看、操作指导和远程专家实时视频协助，降低运维难度，提供基础条件。
具体实施例1，为了解决现有的塔基通信系统逐级传递信息，而不能发挥巡检车辆及其他搭载有通信设备的单位的功能的问题，所述的智能交互系统还包括通信链路的搭建方法，如图1所示，包括如下步骤，
a、所有传输基站位置坐标通过卫星通信模块实时更新到后台总站，这些数据还同时方便了对巡检人员及车辆进行调控；
b、巡检人员通过传输基站卫星通信模块向后台总站发起通信请求；
c、后台总站汇总所有传输基站位置坐标后，计算得出通信链路中的全部传输基站；
d、后台总站通过卫星通信模块告知该通信链路中的巡检车载基站和/或塔基基站进入工作状态；
e、通信链路中的下一级相邻的通信基站进行连通，并通过卫星通信模块反馈后台总站连通情况；
f、通信链路中的所有传输基站反馈正常，则通信链路搭建完成；
g、图像采集设备通过无线连接巡检车载基站后，借助通信链路向后台总站发送数据。
所述的卫星通信模块采用基于北斗卫星的定位及短报文通信装置，具有位置获知、位置传递及较小数据量的传输通信功能，并且具有成本低廉，使用范围广的特点。
具体实施例2，如图2到图5所示，所述的步骤c中，后台总站的通信链路计算方法为：
c1、将所有传输基站的位置坐标在地图中标出，将发起通信请求的传输基站的位置坐标标记为起点，将后台总站位置坐标标记为终点；
c2、从起点向终点引出射线，并以起点为原点，从起点指向终点的射线为X轴的正方向，建立直角坐标系；
c3、以起点为圆心以传输基站的最大广播距离r为半径画广播圆域，该坐标系第一、四象限内所有落入广播圆域内的传输基站为待选站；
c4、做线段ρx连接原点与待选站坐标，并取该线段与X轴夹角的绝对值θx，则minθx所对应待选站为第一级首选中转站；
c5、以第一级首选中转站为原点，建立直角坐标系，重复步骤c3、c4，直到广播圆域内出现终点即后台总站时跳出循环，将得出通讯链路所需全部传输基站按层级顺序编号。
以1号为巡检车载基站，0号为后台总站，
第一级：如图2，以此标号1的传输基站为圆心进行坐标系建立及广播圆域绘制，此时在第一、二象限中分别有T2、T1两个塔基基站，根据步骤c3规则可确定第一象限中的T2为第一级首选中转站；
第二级：如图3，以此标号T2的传输基站为圆心进行坐标系建立及广播圆域绘制，此时在第一、三、四象限中分别有T3的塔基基站、作为起点的1号传输基站及C1的巡检车载基站，根据步骤c3规则可确定T3、C1两个基站是第二级首选中转站，1号传输基站被步骤c3规则自动排除避免了信号的循环锁死，根据步骤c4，比较T3、C1两个基站所成角度θ1与θ2的大小关系，得出θ2<θ1，则选定θ2所对应的C1为第二级首选中转站；
第三级：如图4，以此标号C1的传输基站为圆心进行坐标系建立及广播圆域绘制，此时在第一、二、四象限中分别有T4、T5、T3、T2的塔基基站及C2的巡检车载基站，根据步骤c3规则可确定T4、T5、C2第三级首选中转站，标号C1的传输基站被步骤c3规则自动排除避免了信号的循环锁死，根据步骤c4，比较T T4、T5、C2所成角度θ1、θ2、θ3的大小关系，得出θ2<θ3<θ1，则选定θ2所对应的T5为第三级首选中转站；
第四级：如图5所示，以此标号T5的传输基站为圆心进行坐标系建立及广播圆域绘制，此时由于广播圆域涵盖了0号后台总站，根据步骤c5跳出循环，完成了传输链路中所有基站的选择，步骤c5，避免出现有某传输基站与后台总站方向一致时链路经过该传输基站在到后台总站的情况，最大程度避免了信号的冗余传递，缩短了传输路径。
此时通信链路计算结束，如图6所示：
第一级：T2塔基基站；
第二级：C1巡检车载基站；
第三级：T5塔基基站；
第四级：0号后台总站；
1号巡检车载基站经过上述传输基站转发后，将信息与0号后台总站进行交互，该通信链路租期时间根据需要确定，默认保持在15-30分钟，当租期时间到后，通信链路重新计算，避免通信因巡检车载基站的移动而失效，保证了通信链路的时效性。
具体实施例3，所述的步骤e中，通信链路的连通方法为，传输基站与相邻的下一级传输基站进行握手连接，该传输基站向下一级传输基站无线发送请求信号，接收到相邻的下一级传输基站传回的反馈信号后判定为该传输基站连通。上述连通方法由1号巡检车载基站起始，逐级验证连通情况，若出现连通不畅情况，如所述的步骤f中，若在延时T时间内通信链路中存在未反馈正常的传输基站，则后台总站将未反馈正常的传输基站的位置坐标剔除，返回步骤c。此时步骤c中所有的传输基站中删除了无法连通的基站坐标，说明该基站的无线信号传递不畅，从而重新开始链路的选择，经过循环次数N后，若通信链路始终不畅，则后台总站通过卫星通信模块反馈巡检人员发出请求的传输基站，将存储巡检信息临时存储于传输基站，保证了数据不丢失，待通信链路连通后再进行传递。
上述的通信基站采购了同种型号的无线通讯设备，具有上传及无线转发功能，有防雨结构设计，可用于室外环境，支持多路报警输入和防拆报警输入，支持无线转发功能，提供一组直流输出接口为绝缘子工况探测器提供电源，提供常开常闭报警输出接口，可用于联动报警或驱动警号等设备，提供直流输入接口，可外部输入DC15V电源供电，防破坏措施，有外壳防拆和移动报警功能，无线发射距离:开阔地3-10公里，工作温度:-20℃～60℃。
具体实施例4，所述的步骤c3中，判定传输基站落入广播圆域内的方法为，根据传输基站坐标信息，计算起点的传输基站与相邻的待判断传输基站的直线距离l；
若l≤r，则该传输基站落入广播圆域；
若l＞r,则该传输基站未落入广播圆域。
本发明包括了图像采集设备及虚拟显示设备，通过巡检人员对巡检现场的图像采集，便于后台人员对现场情况进行掌握，对输电电缆的巡检起到了推动作用，实现了智能化运维，运维人员能够直观获得工作辅助信息和即时培训，通过后台服务器还能实现自动记录运维过程。
本发明巧妙利用了巡检车辆沿道路行进造成的巡检车载基站与塔基基站的位置差，最大限度缩短了巡检的通信距离，提高通信质量。
本发明主要解决了以下问题：
1、解决人工的惰性和巡检工程的信息缺失，便于进行自动存储和留存，并积累经验，形成知识库，通过数据分析，及时发现问题根源、感知趋势；
2、解决理论培训与现场实践无法关联，出现疑难问题无法远程实时指导的问题。通过提供VR图像识别和追踪，可做到任务查看、操作指导和远程专家实时视频协助，从而降低运维难度，提高运维效率。
社会效益：能够提高运维效率，节省运维成本，提升效率约30％左右。

Claims (5)

1.高压电缆巡检车载智能交互系统，包括图像采集设备、传输基站及后台总站，所述的后台总站设置有虚拟现实设备，所述的传输基站包括巡检车载基站及塔基基站，所述的图像采集设备与巡检车载基站借助无线信号连接，所述的塔基基站逐个设置于电力输电杆塔上，所述的巡检车载基站及塔基基站设置有卫星通信模块，其特征在于：所述的智能交互系统还包括通信链路的搭建方法，包括如下步骤，
a、所有传输基站位置坐标通过卫星通信模块实时更新到后台总站；
b、巡检人员通过传输基站卫星通信模块向后台总站发起通信请求；
c、后台总站汇总所有传输基站位置坐标后，计算得出通信链路中的全部传输基站；
d、后台总站通过卫星通信模块告知该通信链路中的巡检车载基站和/或塔基基站进入工作状态；
e、通信链路中的下一级相邻的通信基站进行连通，并通过卫星通信模块反馈后台总站连通情况；
f、通信链路中的所有传输基站反馈正常，则通信链路搭建完成；
g、图像采集设备通过无线连接巡检车载基站后，借助通信链路向后台总站发送数据。
2.根据权利要求1所述的高压电缆巡检车载智能交互系统，其特征在于：所述的步骤c中，后台总站的通信链路计算方法为：
c1、将所有传输基站的位置坐标在地图中标出，将发起通信请求的传输基站的位置坐标标记为起点，将后台总站位置坐标标记为终点；
c2、从起点向终点引出射线，并以起点为原点，从起点指向终点的射线为X轴的正方向，建立直角坐标系；
c3、以起点为圆心以传输基站的最大广播距离r为半径画广播圆域，该坐标系第一、四象限内所有落入广播圆域内的传输基站为待选站；
c4、做线段ρx连接原点与待选站坐标，并取该线段与X轴夹角的绝对值θx，则minθx所对应待选站为第一级首选中转站；
c5、以第一级首选中转站为原点，建立直角坐标系，重复步骤c3、c4，直到广播圆域内出现终点即后台总站时跳出循环，将得出通讯链路所需全部传输基站按层级顺序编号。
3.根据权利要求1所述的高压电缆巡检车载智能交互系统，其特征在于：所述的步骤e中，通信链路的连通方法为，传输基站与相邻的下一级传输基站进行握手连接，该传输基站向下一级传输基站无线发送请求信号，接收到相邻的下一级传输基站传回的反馈信号后判定为该传输基站连通。
4.根据权利要求1所述的高压电缆巡检车载智能交互系统，其特征在于：所述的步骤f中，若在延时T时间内通信链路中存在未反馈正常的传输基站，则后台总站将未反馈正常的传输基站的位置坐标剔除，返回步骤c。
5.根据权利要求2所述的高压电缆巡检车载智能交互系统，其特征在于：所述的步骤c3中，判定传输基站落入广播圆域内的方法为，根据传输基站坐标信息，计算起点的传输基站与相邻的待判断传输基站的直线距离l；
若l≤r，则该传输基站落入广播圆域；
若l＞r,则该传输基站未落入广播圆域。
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