CN109583598A - 一种电力设备自动巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力设备自动巡检系统，其属于电力设施领域，其包括安装在被检查设备上的激光发射装置、用于处理电力设备状态信息的巡检终端和均布在巡检区域内的中继器；巡检终端包括主控模块、物联网芯片、光电转换模块、RFID读写芯片和人机交互面板；光电转换模块用于接收所述激光发射装置发射的激光并将光信号转换成电信号后经其输出端与主控模块的输入端电连接，RFID读写芯片的输出端电连接所述主控模块的相应输入端，主控模块的I/O端连接人机交互面板，主控模块的通信端口通过物联网芯片收发信息；过物联网芯片经所述中继器和基站相通信。本发明能有效避免了设备漏检，且能远距离、稳定传输，确保电力巡检数据的及时有效通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力设备自动巡检系统，其属于电力设施领域。
背景技术
现阶段，日常监控电力设备主要是依靠各种仪表仪器集中进行中央监控，通常这种监控能够识别出较大的电力故障，例如高压线掉落引起该线路输电电压的变化，由此维修人员根据该线路的信息沿线排查，确定故障位置。但是这种排查手段耗时费力而且人力成本高。此外，对于一些小的故障，例如小区变压器故障，电力公司无法做出精准的监控，则需要用于主动上报故障位置，鉴于一些山区地处偏远，变压器通常分布在野外，有时用户和电力公司均无法确定故障地点。在面临多重电力设备故障时，电力公司通常是依靠人力调度的方式进行维护，即依据接到上报故障的时间先后顺序进行维修护理，并不能统筹安排，对于一些紧急故障，反而容易延误。
巡检工作是为了及时掌握电力设备的运行状况和周围环境的变化，发现电力设备存在的安全隐患和故障点，并及时采取维护措施。传统的人工巡检一般通过巡检人员采用手工书面记录的方式进行信息记录，这使得巡检工作受制于环境气候条件、责任心、业务水平等因素，且由于工作量巨大，巡检效率不高，此外，纸质的巡检记录不易于保存和系统管理。不仅如此，电力企业在开展电力设备巡检工作时，也会经常出现巡检人员工作不到位，不及时和漏检的情况，使得管理人员难以全面、准确的了解巡检状态，及时有效做出合理决策。
电力系统的安全稳定运行关系着人们的生产生活，每一次故障都可能带来无法估量的损失。电力巡检作为一项维护电力系统安全运行的基础工作，对于提高设备的安全性、可靠性以及降低设备故障率都有很大的意义。
在巡检过程中，特别是山区，存在地形阻挡、多径效应、频率选择性衰减和输电线路强电磁干扰等因素，导致对原有基站通信链路质量造成影响，通常采用增加一定数量的中继设备，以实现远距离传输，一般中继设备多采用单线接收外部信号，发送绕射能力不强，容易引起中继设备性能不稳定。在物联网蓬勃发展的当下，几乎没有足够的时间来开发行业的通信协议和系统。因此当前的物联网系统很大程度上基于现有的技术，例如通常会选择蓝牙和ZigBee，传输的距离和数据量都存在很大的限制。而宽带连接固然能够提供更大的带宽，但也往往会产生更多的消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种性能稳定、及时准确且安全性、可靠性高的电力设备自动巡检系统。
本发明采用如下技术方案：
一种电力设备自动巡检系统，其包括安装在被检查设备上的激光发射装置、用于处理电力设备状态信息的巡检终端和均布在巡检区域内的中继器；
所述巡检终端包括主控模块、物联网芯片、光电转换模块、RFID读写芯片和人机交互面板；所述光电转换模块用于接收所述激光发射装置发射的激光并将光信号转换成电信号后经其输出端与主控模块的输入端电连接，所述 RFID读写芯片的输出端电连接所述主控模块的相应输入端，所述主控模块的I/O端连接人机交互面板，所述主控模块的通信端口通过物联网芯片收发信息；所述过物联网芯片经所述中继器和基站相通信。
进一步的，所述巡检终端还包括语音识别芯片，所述语音识别芯片的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
进一步的，所述巡检终端还包括定位模块，所述定位模块的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
进一步的，所述巡检终端还包括摄像头，所述摄像头的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
进一步的，所述中继器包括输入天线、输入滤波功放模块、COFDM解调模块、数据解密模块、输出天线、输出滤波功放模块、COFDM调制模块和数据加密模块；所述输入天线依次经输入滤波功放模块、COFDM解调模块连接入数据解密模块，所述数据解密模块通过数据总线连接数据加密模块，所述数据加密模块依次经COFDM调制模块、输出滤波功放模块连接入输出天线。
进一步的，所述中继器还包括扩展部分，所述扩展部分包括高速数据分接器、高速数据复接器以及分别与高速数据分接器、高速数据复接器对应电连接的扩展接口，所述高速数据分接器、高速数据复接器分别和数据解密模块和数据加密模块的相应端口对应连接。
进一步的，所述扩展接口包括RS232接口和ASI接口。
进一步的，所述光电转换模块为光伏接收器。
进一步的，所述物联网芯片为内置IoTConnect协议的蓝牙芯片。
进一步的，所述物联网芯片为利用LTE网络的Exynos i S111处理器芯片，其使用LTE Rel. 14，下行链路上每秒能够传输127千比特，在上行链路上能够传输158 kbps，可用于长距离通信设备使用。其内置了全球导航卫星系统（GNSS），可以进行准确和实时的位置跟踪。
进一步的，所述定位模块包括BD2/GPS双模芯片及其外围电路。
进一步的，所述RFID读写芯片的型号为MFRC531。
进一步的，所述主控模块的型号为CECL08D。
本发明的有益效果如下：
本发明采用巡检终端和激光发射装置配合，激光发射装置设置在被检查设备上，有效避免了设备漏检，自动化程度高。
本发明在巡检终端上设有用于读取电力设备上电子标签内存储的电力设备信息的RFID读写芯片，在该电力设备出现异常时，可及时对应找到该设备的历史故障信息，结合判断排查故障原因。
本发明在巡检终端上设置有摄像头，可通过摄像头拍摄故障环境和故障状态，保障了记录的真实性和准确性。
本发明通过物联网芯片实现数据的远程通信，将巡检的故障信息和对应的设备编号实时传输到上级的管理平台，以供管理人员及时对巡检工作做出调度安排和应急处理.
本发明利用中继器实现远距离、稳定传输，确保电力巡检数据的及时有效通信，同时由于设置了数据加密和数据解密模块，进一步增强了数据的安全性。
进一步采用定位模块实现对巡检终端自动定位，既有效保障了巡检作业的安全性，又提高了巡检质量和可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例中电力设备自动巡检系统的结构原理框图。
图2为本发明一实施例中中继器的结构原理框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图1-图2，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1-图2所示，本实施例涉及一种电力设备自动巡检系统，其包括安装在被检查设备上的激光发射装置、用于处理电力设备状态信息的巡检终端和均布在巡检区域内的中继器；
所述巡检终端包括主控模块、物联网芯片、光电转换模块、RFID读写芯片和人机交互面板；
所述光电转换模块用于接收所述激光发射装置发射的激光并将光信号转换成电信号后经其输出端与主控模块的输入端电连接，所述 RFID读写芯片的输出端电连接所述主控模块的相应输入端，所述主控模块的I/O端连接人机交互面板，所述主控模块的通信端口通过物联网芯片收发信息；所述过物联网芯片经所述中继器和基站相通信。
进一步的，所述巡检终端还包括语音识别芯片，所述语音识别芯片的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
进一步的，所述巡检终端还包括定位模块，所述定位模块的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
进一步的，所述巡检终端还包括摄像头，所述摄像头的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
进一步的，所述中继器包括输入天线、输入滤波功放模块、COFDM解调模块、数据解密模块、输出天线、输出滤波功放模块、COFDM调制模块和数据加密模块；
所述输入天线依次经输入滤波功放模块、COFDM解调模块连接入数据解密模块，所述数据解密模块通过数据总线连接数据加密模块，所述数据加密模块依次经COFDM调制模块、输出滤波功放模块连接入输出天线。
进一步的，所述中继器还包括扩展部分，所述扩展部分包括高速数据分接器、高速数据复接器以及分别与高速数据分接器、高速数据复接器对应电连接的扩展接口，所述高速数据分接器、高速数据复接器分别和数据解密模块和数据加密模块的相应端口对应连接。
进一步的，所述扩展接口包括RS232接口和ASI接口。
进一步的，所述光电转换模块为光伏接收器。
进一步的，所述物联网芯片为内置IoTConnect协议的蓝牙芯片。
进一步的，所述物联网芯片为利用LTE网络的Exynos i S111处理器芯片，其使用LTE Rel. 14，下行链路上每秒能够传输127千比特，在上行链路上能够传输158 kbps，可用于长距离通信设备使用。其内置了全球导航卫星系统（GNSS），可以进行准确和实时的位置跟踪。
进一步的，所述定位模块包括BD2/GPS双模芯片及其外围电路。
进一步的，所述RFID读写芯片的型号为MFRC531。
进一步的，所述主控模块的型号为CECL08D。
物联网芯片通过中继器将采集到的各种电力信息，例如电压、电流等信息，实时发送给基站，基站接收到物联网芯片上传的电力信息，并对电力信息进行初步分析，将异常数据发送至主站。异常数据至少包括电力设备的编号、故障代码、故障时间、故障地点。
电力设备的编号可用于识别电力设备的类型、位置，故障代码可用于识别故障的类型。
主站可以是数据中心，用于接收各种电力数据并发送各种指令。
所述巡检终端还可接收主站发送的电力设备巡检路线或其他巡检任务。
物联网是一种新兴的通讯方式，其可以实现物与物之间的有效沟通，且占用的带宽很低，一个基站可同时接受数千个物联网芯片的数据。
所述语音识别芯片也叫语音识别IC，与传统的语音芯片相比，语音识别芯片最大的特点就是能够语音识别，它能让机器听懂人类的语音，并且可以根据命令执行各种动作，如眨眼睛、动嘴巴(智能娃娃)。
除此之外，语音识别芯片还具有高品质、高压缩率录音放音功能，可实现人机对话。语音识别芯片所涉及的技术包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等等。
按照使用者的限制而言，语音识别芯片可以分为特定人语音识别芯片和非特定人语音识别芯片。
特定人语音识别芯片是针对指定人的语音识别，其他人的话不识别，须先把使用者的语音参考样本存入当成比对的资料库，即特定人语音识别在使用前必须要进行语音训练，一般按照机器提示训练2遍语音词条即可使用。
非特定人语音识别是不用针对指定的人的识别技术，不分年龄、性别，只要说相同语言就可以，应用模式是在产品定型前按照确定的十几个语音交互词条，采集200人左右的声音样本，经过PC算法处理得到交互词条的语音模型和特征数据库，然后烧录到芯片上。应用这种芯片的机器(智能娃娃、电子宠物、儿童电脑)就具有交互功能了。
非特定人语音识别应用有的是基于音素的算法，这种模式下不需要采集很多人的声音样本就可以做交互识别，但是缺点是识别率不高，识别性能不稳定。
按照说话方式的连续性，语音识别芯片又可分为非连续语音识别和连续语音识别。对于非连续语音来说，识别所说的每一个字必须分开辨认，要求说完每个字后都要停顿。
连续语音识别可以一般自然流利的说话方式来进行人性化的语音识别，但由于关系到相连音的问题，很难达到好的辨认效果。
语音识别芯片的工作原理是嵌入式语音识别系统都采用了模式匹配的原理。录入的语音信号首先经过预处理，包括语音信号的采样、反混叠滤波、语音增强，接下来是特征提取，用以从语音信号波形中提取一组或几组能够描述语音信号特征的参数。特征提取之后的数据一般分为两个步骤：
第一步是系统"学习"或"训练"阶段，这一阶段的任务是构建参考模式库，词表中每个词对应一个参考模式，它由这个词重复发音多遍，再经特征提取和某种训练中得到。
第二步是"识别"或"测试"阶段，按照一定的准则求取待测语音特征参数和语音信息与模式库中相应模板之间的失真测度，最匹配的就是识别结果。
一个完整的基于统计的语音识别系统可大致分为三部分：
（1）语音信号预处理与特征提取；（2）声学模型与模式匹配；（3）语言模型与语言处理。
选择识别单元是语音识别研究的第一步。语音识别单元有单词(句)、音节和音素三种，具体选择哪一种，由具体的研究任务决定。
线性预测LP分析技术是目前应用广泛的特征参数提取技术，许多成功的应用系统都采用基于LP技术提取的倒谱参数。但线性预测模型是纯数学模型，没有考虑人类听觉系统对语音的处理特点。
Mel参数和基于感知线性预测PLP分析提取的感知线性预测倒谱，在一定程度上模拟了人耳对语音的处理特点，应用了人耳听觉感知方面的一些研究成果。
实验证明，采用这种技术，语音识别系统的性能有一定提高。从目前使用的情况来看，梅尔刻度式倒频谱参数已逐渐取代原本常用的线性预测编码导出的倒频谱参数，原因是它考虑了人类发声与接收声音的特性，具有更好的鲁棒性(Robustness)；也有研究者尝试把小波分析技术应用于特征提取。
声学模型通常是将获取的语音特征使用训练算法进行训练后产生。在识别时将输入的语音特征同声学模型(模式)进行匹配与比较，得到最佳的识别结果。
声学模型是识别系统的底层模型，并且是语音识别系统中最关键的一部分。声学模型的目的是提供一种有效的方法计算语音的特征矢量序列和每个发音模板之间的距离。声学模型的设计和语言发音特点密切相关。声学模型单元大小(字发音模型、半音节模型或音素模型)对语音训练数据量大小、系统识别率，以及灵活性有较大的影响。必须根据不同语言的特点、识别系统词汇量的大小决定识别单元的大小。
对于嵌入式系统而言，语音识别硬件组成要考虑很多其它因素，首先由于成本的限制，一般使用定点DSP，这意味着算法的复杂度受到限制;其次，对产品化有各种严格的限制，这就需要一个高度集成的硬件DSP，因此最理想的硬件组成是系统级的芯片。
一般采用的是一个16位结构的微控制器，将MCU、A/D、D/A、RAM、ROM集成在一块芯片上，具有很高的集成度。同时具有较高运算速度的16×16位的乘法语音和内积运算指令，CPU最高可达时钟49MHz，因此在复杂的数字信号处理方面既非常便利又比专用的DSP芯片便宜得多。并具有12位ADC，和14位DAC保证音频精度，配置带自动增益控制(AGC)的麦克风输入方式，为语音处理带来了极大的方便。既具有体积小、集成度高、可靠性好的特点，又具有较强的中断处理能力、高性能的价格比和功能强、效率高的指令系统及低功耗、低电压的特点，所以非常适合用于嵌入式语音识别系统。
以SR160X为核心的嵌入式语音识别系统硬件的电路系统，主要包括麦克风输入电路、ADC、DAC、功放输出电路、键盘电路和各种通信电路等，语音保存到SPI Flash存储器中。
非特定人语音识别要经过语音训练后才能识别，将语音训练过程中建立的参考模式库和从待识别语音信号中提取的特征参数都存放在外扩的SPI Flash中，这样就可以保证掉电后重新开机继续识别。
语音识别系统软件主程序由语音训练程序、语音识别程序、语音播放程序、中断程序、初始化程序等子程序组成。由于嵌入式平台存储资源少、实时性要求高的特点，因此算法在保证识别效果的前提下要尽可能优化。
软件包括A/D变换、预加重、分帧和加窗、端点检测、特征参数提取、放宽端点限制的DTW算法，最后识别结果输出。
在应用层软件考虑到用户的实际需求，增加了能快速开发的虚拟软件开发技术，能快速完成产品。
本实施例采用光电转换模块接收激光发射装置发出的激光，从而确定设备位置，能够实现对电力设备的精准定位，避免漏检。
本实施例中通过摄像头拍摄电力设备的图像，可通过该图像识别异常情况，具体工作过程如下：
（1）巡检终端通过摄像头对各个电力设备的图像进行采集；
（2）将采集到的图片与预先存储的相应设备参考图进行匹配；
（3）在图像对比后，根据两幅图像的差异，检出发生异常的区域；
（4）对发生异常的情况进行分类：根据检测出的异常区域的特征参数，对异常进行分类。
所述步骤（2）中，在得到待匹配图像后，使用如下方法对参考图像进行对比，所述对比过程为：
首先使用具有光照不变、旋转和尺度不变等性质的尺度不变特征SIFT（scaleinvariant feature transform）进行匹配，然后，基于随机采样一致方法RANSAC（RANdomsample consensus），计算待匹配图像和参考图像的单应关系矩阵。
本发明采用巡检终端和激光发射装置配合，激光发射装置设置在被检查设备上，有效避免了设备漏检，自动化程度高。
本发明在巡检终端上设有用于读取电力设备上电子标签内存储的电力设备信息的RFID读写芯片，在该电力设备出现异常时，可及时对应找到该设备的历史故障信息，结合判断排查故障原因。
本发明在巡检终端上设置有摄像头，可通过摄像头拍摄故障环境和故障状态，保障了记录的真实性和准确性。
本发明通过物联网芯片实现数据的远程通信，将巡检的故障信息和对应的设备编号实时传输到上级的管理平台，以供管理人员及时对巡检工作做出调度安排和应急处理，并利用中继器实现远距离、稳定传输，确保电力巡检数据的及时有效通信，由于设置了数据加密和数据解密模块，进一步增强了数据的安全性。
进一步采用定位模块实现对巡检终端自动定位，既有效保障了巡检作业的安全性，又提高了巡检质量和可靠性。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。
此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：其包括安装在被检查设备上的激光发射装置、用于处理电力设备状态信息的巡检终端和均布在巡检区域内的中继器；
所述巡检终端包括主控模块、物联网芯片、光电转换模块、RFID读写芯片和人机交互面板；所述光电转换模块用于接收所述激光发射装置发射的激光并将光信号转换成电信号后经其输出端与主控模块的输入端电连接，所述 RFID读写芯片的输出端电连接所述主控模块的相应输入端，所述主控模块的I/O端连接人机交互面板，所述主控模块的通信端口通过物联网芯片收发信息；所述过物联网芯片经所述中继器和基站相通信。
2.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述巡检终端还包括语音识别芯片，所述语音识别芯片的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述巡检终端还包括定位模块，所述定位模块的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述巡检终端还包括摄像头，所述摄像头的输出端与主控模块的相应输入端相连接。
5.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述中继器包括输入天线、输入滤波功放模块、COFDM解调模块、数据解密模块、输出天线、输出滤波功放模块、COFDM调制模块和数据加密模块；所述输入天线依次经输入滤波功放模块、COFDM解调模块连接入数据解密模块，所述数据解密模块通过数据总线连接数据加密模块，所述数据加密模块依次经COFDM调制模块、输出滤波功放模块连接入输出天线。
6.根据权利要求5所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述中继器还包括扩展部分，所述扩展部分包括高速数据分接器、高速数据复接器以及分别与高速数据分接器、高速数据复接器对应电连接的扩展接口，所述高速数据分接器、高速数据复接器分别和数据解密模块和数据加密模块的相应端口对应连接。
7.根据权利要求6所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述扩展接口包括RS232接口和ASI接口。
8.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述光电转换模块为光伏接收器。
9.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述物联网芯片为内置IoTConnect协议的蓝牙芯片。
10. 根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检系统，其特征在于：所述物联网芯片为利用LTE网络的Exynos i S111处理器芯片。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201811365045.3A CN109583598A (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种电力设备自动巡检系统 |
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| CN109583598A true CN109583598A (zh) | 2019-04-05 |
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