CN109916376A - 一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力传输领域，具体涉及了一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法，使用北斗系统将铁塔倾斜监测设备的工作信息以北斗短报文的形式发送到电力调度机房，可以实时地监控到每个铁塔的工作情况，解决了由于铁塔装置地处偏远地带，使用移动通信网络不便、建设专用网络成本昂贵的技术问题；设置阈值检测，及时发现潜在故障，降低发生故障的风险及损失；设置蓝牙控制单元，使维护人员无需上塔就能对铁塔倾斜监测设备的各种状态信息进行监控，还能实现固件升级等运维操作；设置超级省电模式，使铁塔倾斜监测设备由于环境因素导致的供电不足的情况下，能够延长工作时间。

Description

一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法

技术领域

本发明涉及电力传输领域，特别是涉及一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法。

背景技术

输电线路铁塔是用来支撑和架空导线、避雷线和其他附件的塔架结构，使得导线与导线、导线与杆塔、导线与避雷线之间、导线对地面或交叉跨越物保持规定的安全距离的高耸式结构。

我国领土广袤、地势条件复杂，近年来，由于一些自然原因(如雨雪、台风天气等)以及煤矿开采、工程施工、人为破坏等原因造成塔体倾斜的情况时有发生。若塔体倾斜到一定程度会造成输电线路中断，倾斜更加严重的话，将引起倒塔事件。这些都将对输电网的安全运行极大威胁，对人民生命财产造成损失。

以往，针对铁塔倾斜的监测采用人工巡检，使用测量枪进行检测和记录。这种做法无法快速的检测到铁塔的情况，也无法实时地进行分析铁塔倾斜的幅度与是否稳定，这种做法导致人工工作量太大，人工成本很高，并且相对耗时，工作效率低。

随着传感器技术和移动通信技术的发展和普及，采用移动通信网络对传感器检测到的铁塔倾斜数据进行传输，让铁塔的倾斜检测更加方便和高效。但电力铁塔大多都建造在一些无基站的地方，传感器的检测数据无法通过移动通信网络进行有效的传输；如果建立专用通信网络，则面临着施工时间长，维护成本高、维护难的技术问题。

进一步地，由于倾斜传感器安装在高耸的铁塔上，维护人员对倾斜监控设备的维护存在较高的安全风险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法。

基于此，本发明提供了一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述铁塔倾斜检测方法包含铁塔倾斜监测设备与电力调度机房；所述铁塔倾斜监测设备包含倾斜仪传感器、智能控制主机；所述电力调度机房包含监控管理系统；

所述倾斜仪传感器采集铁塔倾斜数据；

所述智能控制主机将采集的倾斜数据打包为北斗短报文并通过北斗系统发送给电力调度机房；

电力调度机房对所述北斗短报文进行解析，将解析出的内容传输到监控管理系统中展示。

优选的，所述智能控制主机还包含温度传感器、湿度传感器及电压管理单元；

所述北斗短报文还包含智能控制主机收集的温度信息、湿度信息、电压信息。

优选的，所述铁塔倾斜检测方法还包含维护终端；

所述北斗短报文中还包含智能控制主机产生的错误代码；

若电力调度机房解析的错误代码包含报警信息，电力调度机房通过运营商基站将经管理人员授权的维护信息发送到维护终端。

优选的，所述报警信息包含倾斜传感器角度超限、温湿度超限、电池电压超限中的任一项。

优选的，所述报警信息在对比阈值信息与采集信息后得到；

所述阈值信息由电力调度机房通过北斗系统发送给智能控制主机；

所述采集信息包含倾斜仪传感器采集的铁塔倾斜数据。

优选的，所述采集信息还包含智能控制主机中的温度传感器、湿度传感器及电压管理单元分别采集的温度数据、湿度数据、电压数据。

优选的，所述智能控制主机还包含蓝牙控制单元；

所述维护终端通过蓝牙控制单元读取所述倾斜数据、温度数据、湿度数据及电压数据。

优选的，所述维护终端通过蓝牙控制单元还读取铁塔倾斜监控设备中的北斗传输终端的网络信息、账户信息及终端设备信息；

所述维护终端通过蓝牙控制单元还读取智能控制主机的S/N信息及账户信息。

优选的，所述维护终端通过蓝牙控制单元配置阈值信息；

所述智能控制主机自动将设置的阈值信息与阈值改变的报警信息打包为北斗短报文发送给电力调度机房。

优选的，所述维护终端通过蓝牙控制单元配置北斗传输终端的网络信息、账户信息及S/N信息；

所述维护终端通过蓝牙控制单元还配置智能控制主机的S/N信息及账户信息。

本发明提出的铁塔倾斜监测方法使用北斗系统将铁塔倾斜监测设备的工作信息以北斗短报文的形式发送到电力调度机房，可以实时地监控到每个铁塔的工作情况，解决了由于铁塔装置地处偏远地带，使用移动通信网络不便、建设专用网络成本昂贵的技术问题；设置阈值检测，及时发现潜在故障，降低发生故障的风险及损失；设置蓝牙控制单元，使维护人员无需上塔就能对铁塔倾斜监测设备的各种状态信息(例如铁塔倾斜数据、温度数据、湿度数据、电池电压数据、北斗传输终端的状态信息、智能控制主机的状态信息等)进行监控，还能实现固件升级等进一步的运维操作。

附图说明

图1是本发明铁塔倾斜监测设备框图；

图2是本发明智能控制主机的连接图；

图3是本发明北斗短文中错误代码的定义图；

图4是本发明铁塔倾斜监测设备的超级省电模式流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的技术方案应用于铁塔倾斜监控装置(其结构如附图1所示)，且所述铁塔倾斜监控装置包含：倾斜传感器、倾斜监测集成箱。所述倾斜传感器安装在铁塔的塔身上，可以将多个倾斜传感器进行安装到塔身各个部位采集铁塔倾斜角度数据；所述倾斜监测集成箱与倾斜传感器相连接，将倾斜传感器采集到的数据进行处理，形成北斗短报文，之后通过北斗系统将所述北斗短报文传输到电力调度机房；也可以通过北斗系统接收电力调度机房的控制指令，并执行相应的功能。

所述电力调度机房具有以下功能：

a)对铁塔倾斜监控装置发送的数据进行存储和管理；

b)对铁塔倾斜监控装置发送的数据解析并发现报警信息；

c)对报警信息进行处理。

所述电力调度机房包含监控管理系统；

所述监控管理系统对铁塔倾斜监控设备传输的所有数据都实时的展示给管理人员。

优选的，根据上述数据产生铁塔状态的实时模型，反应铁塔的工作状态。

倾斜监测集成箱用于部分设备的固定、保护与防盗，所述集成箱被安装到铁塔上。倾斜仪集集成箱包含：智能控制主机、北斗传输终端、蓝牙天线及电源模块。

附图2展示了智能控制主机的连接图。所述智能控制主机用获取采集器的数据并进行解析，同时采集温度、湿度等工作环境信息，并将上述信息转换成北斗短报文进行回传，同时接收发回的指令数据进行解析控制设备；北斗传输终端用于通过北斗回传采集到的数据；蓝牙天线用于设备人员可以通过蓝牙设备来监控智能控制主机；电源模块为智能控制主机、北斗传输终端及倾斜传感器提供供电，该电源模块包含：电池及光伏板；电池用于提供设备供电；光伏板用于为电池持续充电。

可以选择使用RS232串口连接的方式将所述倾斜传感器连接到所述倾斜监测集成箱，也可以选择其他倾斜传感器支持的接口连接。

所述倾斜监测集成箱包含：北斗传输终端、蓝牙天线、电源模块、风扇及智能控制主机。

所述北斗传输终端包含数据通信单元及北斗天线。所述北斗传输终端与智能控制主机进行信号连接，将智能主机接收并处理的符合北斗发送协议的内容通过北斗系统发送到电力调度机房，北斗传输终端还能将电力调度机房发送的数据或指令转发给智能控制主机，实现对智能控制主机的监控。北斗传输终端的使用，使得铁塔倾斜设备在移动通信基站的地方也可以进行有效数据回传，而无需考虑移动通信基站的限制及使用移动通信带来的高额成本。

蓝牙天线与智能控制主机相连接，使智能控制主机能够接收蓝牙数据或指令。

所述电源模块包含：电池及光伏板。光伏板可以通过光伏进行发电，将电能传输至电池，对电池进行充电。使铁塔倾斜检测设备能够在不接入市电的情况下就能够正常工作，实现安装的便利性并解决了使用市电安装的各种限制。

所述智能控制主机与北斗传输终端、蓝牙天线存在信号连接，并由电源模块对智能控制主机、北斗传输终端供电。

所述智能控制主机包含温度传感器、湿度传感器、电源管理单元、及主控板，所述主控板与所述倾斜传感器、温度传感器、湿度传感器及电压管理单元相连接。

所述温度传感器及湿度传感器，选用RS232串口实现与主控板的连接，还可以选择其他温度传感器及湿度传感器支持的端口。所述主控板读取倾斜传感器、温度传感器、湿度传感器及电压管理单元中的倾斜数据、温度数据、湿度数据、电压数据对倾斜监测集成箱的工作状态(如温度、湿度、电池电压)信息对铁塔倾斜监测设备的工作状态进行监测，若检测到的温度信息高于预设的阈值温度时，则启动倾斜监测集成箱内部的风扇，降低倾斜监测集成箱内部的温度，防止温度过高给倾斜监测集成箱内部的设备造成不可逆的损伤。

所述主控板中数据处理单元获取到工作状态信息及风扇的工作状态信息后将其处理，并通过北斗传输终端将处理后的工作状态信息发送至电力调度机房。

所述电源管理单元对电源模块中的电池的电压、电流参数进行监控，并实现对电池的充、放电的管理，实现对电源模块高效管理。

所述主控板包含数据处理单元、存储单元及蓝牙控制单元。

所述数据处理单元能够对倾斜传感器、温度传感器、湿度传感器、电源管理单元采集到的或存储单元中保存的数据进行解析，并将上述数据打包为北斗短报文的格式。

所述存储单元对倾斜传感器、温度传感器、湿度传感器采集到的数据及智能控制主机的运行状态数据(即工作日志)。

所述蓝牙控制单元与蓝牙天线相连接，可以与维护人员的手持设备(即维护终端)相连接，对倾斜监测集成箱的内部的数据进行监控和维护。

蓝牙控制单元可以读取数据处理单元、存储单元及北斗传输终端中的内容，同时实现对数据处理单元、存储单元及北斗传输终端的部分内容进行写入。

因此，蓝牙控制单元能够在维护终端的控制下实现对北斗传输终端的网络信息、账户信息及S/N信息等信息的配置和读取；实现对智能控制主机的S/N信息和账户信息等信息的配置和读取；实现对温度、湿度、倾斜和电源的工作信息的读取；读取智能控制主机的工作日志；进一步地能够实现智能主机的固件升级操作。

所述蓝牙控制单元的设置使维护人员对本发明提出的安装在铁塔上的铁塔倾斜检测设备的所有信息进行配置和读取，使得维护人员使用维护终端就能对铁塔倾斜检测设备进行维护，而无需爬上高耸的铁塔，降低了维护人员的安全风险。

在北斗民用系统中，为保障北斗设备不被恶意篡改，因此需要定制安全鉴权步骤。

在北斗系统中，为了提高数据通信的安全性，首次与服务器的终端会向服务器进行鉴权，从而获得鉴权码。服务器下发给终端的信息都包含有鉴权码(终端向服务器发送的数据无需鉴权码)。

判断北斗发送终端与电力调度机房是否为首次通信。

智能控制主机在开机自检的时候检测存储单元内的鉴权码是否非零。

若鉴权码为零，则为智能控制主机与电力调度机房的首次通信，需要智能控制主机发送鉴权请求到电力调度机房，并等待电力调度机房回复鉴权码。

若1分钟之内为收到鉴权码，则再次发送鉴权请求；若北斗发送终端接收到鉴权码则鉴权成功，并将鉴权码保存到存储单元中。

为了实现将传感器采集到的数据通过北斗传输终端发送给电力调度机房，由于北斗民用时的限制，传输内容长度有限，本实施例中使用智能控制主机中的数据处理单元对传感器采集到的数据进行本地解析，并将解析后的数据通报警信息一起打包称为北斗短报文，通过北斗传输终端发送给电力调度机房。

表1铁塔倾斜监测设备数据传输格式

温湿度为温度数据与湿度数据连接组成。例如123456表示温度为23.4℃，相对湿度为56％，其中1表示温度为负值。

电池电压表示电源管理单元检测到的电池的电压值。例如1234表示电池电压为12.34V。

其中错误代码的定义如附图3所示。

错误代码共16位，每一位可以代表一个异常状态。当异常状态出现时，若发生异常则根据异常状况将相应位的异常位置1，否则设置响应位为0。当错误代码只要存在一个1，则表示错误代码中存在报警信息。需要注意的是，智能控制主机采取先检测到异常先报警的原则，所以当多个异常触发报警后，会依次将相应的位置1。

当触发报警后，铁塔倾斜检测设备自动计入上报模式。当且仅当异常解除，才能退出上报模式。为了防止误操作，异常解除仅通过下面两种方法解除：

a)重置报警阈值；

b)报警的物理量恢复到阈值范围以内。

另一方面，为了实现电力调度机房对铁塔倾斜检测设备的控制，电力调度机房还可以通过北斗传输终端发送北斗短报文给铁塔倾斜检测设备，设置传感器的阈值或阈值范围。若检测到的数值超出该设定值或范围，则铁塔倾斜检测设备通过北斗传输终端将报警信息发送至电力调度机房。

表2铁塔倾斜监测设备报警阈值设置格式

表2描述了铁塔倾斜监测设备报警阈值设置格式，以北斗短报文的形式将电力调度机房发送给铁塔倾斜监测设备的阈值设置信息。该格式中包含：鉴权码、字头、命令标志码、倾斜阈值、温度阈值、湿度阈值、电池电压阈值和校验码等信息。

其中，鉴权码的长度为2字节；字头、命令标志码和校验码的长度为1个字节；湿度阈值与电池电压阈值的长度均为2字节；倾斜阈值的长度为12字节。

倾斜阈值由两个倾斜传感器的阈值连接组成，每个传感器的阈值为M±X.xxx，N±Y.yyy，Q±Z.zzz。其中参考角度M、N、Q为智能控制主机接收到本条指令之后，根据倾斜传感器在5秒时间内采集到的三轴(即X轴、Y轴、Z轴)数据计算出的平均值。

温度阈值是一个温度范围，若温度传感器检测到的温度超出该范围，则发送报警信息。例如SLLtSHHt＝1200 0506，表示温度范围为-20℃<T<50.6℃。

湿度阈值是一个湿度范围，若湿度传感器检测到的湿度超出了该范围，则发送警报信息。例如，RLRH＝2080表示湿度范围为20％～80％。

电池电压阈值是一个电压范围，若电源管理单元检测到的电压值超出了该范围，则发送警报信息。例如，VLvvVHvv＝11001350表示电压范围在11.00V～13.05V。

此外，考虑到光伏发电的局限性，即在长期恶略天气下，电池存储的电能存在被耗尽的风险。本发明还设计了正常工作模式和超级省电模式两种工作模式。

附图4给出了两种工作模式的具体内容。两种工作模式都需要先进行北斗安全认证及传感器的检测，保证数据正常发送和采集。

而当智能控制主机通过电源管理单元监测到电池剩余电量大于30％时，智能控制主机每5秒采集一次倾斜传感器、温度传感器及湿度传感器的数据，并将上述数据存储在存储单元中，使用数据处理单元对采集到的传感器数据进行解析，计算60秒内的数据峰值，智能控制主机将上述峰值数据打包成北斗短报文传输给北斗传输终端，而北斗传输终端则每60秒就将上述北斗短报文发送到电力调度机房。

当智能控制主机通过电源管理单元监测到电池剩余电量少于30％时，智能控制主机进入到超级省电模式。在该模式下，智能控制主机关闭存储单元，而将采集到的倾斜传感器、温度传感器及湿度传感器的数据直接打包为北斗短报文，通过北斗传输终端将上述北斗短报文发送到电力调度机房。发送后，等待10秒，若电力调度机房无回复指令，则将北斗传输终端关闭，并使智能控制主机进入休眠。直到下一个发送周期到来时，由定时器将智能控制主机唤醒。

优选的，可以将上述超级省电模式的发送周期都设置为60秒，以满足北斗系统的通信为防止设备被篡改设置的最低数据传输时间间隔。

电力调度机房在收到铁塔倾斜监测设备发送的北斗短报文之后，对北斗短报文进行解析，将解析出的内容传输到监控管理系统中展示；若包含报警信息，还可以通过移动网络的运营商基站将报警信息发送给管理人员，由管理人员通知维护人员到发生异常的铁塔处对铁塔及铁塔倾斜监测设备进行维护。

维护终端可以通过蓝牙控制单元对阈值数据进行设置，蓝牙控制单元通知智能控制主机会自动将设置的阈值通过北斗传输终端发送给电力调度机房并发出警告，电力调度机房能够及时获取阈值设置改变情况。这样维护人员可以根据铁塔现场的情况合理的设置阈值，也可以避免维护人员阈值设置的失误造成虽然对铁塔数据进行了监控，但对潜在的风险无法及时获取的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于北斗短报文通信的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述铁塔倾斜检测方法包含铁塔倾斜监测设备与电力调度机房；

所述铁塔倾斜监测设备包含倾斜仪传感器、智能控制主机；

所述电力调度机房包含监控管理系统；

所述倾斜仪传感器采集铁塔倾斜数据；

所述智能控制主机将采集的倾斜数据打包为北斗短报文并通过北斗系统发送给电力调度机房；

电力调度机房对所述北斗短报文进行解析，将解析出的内容传输到监控管理系统中展示。

2.一种如权利要求1所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述智能控制主机还包含温度传感器、湿度传感器及电压管理单元；

所述北斗短报文还包含智能控制主机收集的温度信息、湿度信息、电压信息。

3.一种如权利要求1或2所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述铁塔倾斜检测方法还包含维护终端；

所述北斗短报文中还包含智能控制主机产生的错误代码；

若电力调度机房解析的错误代码包含报警信息，电力调度机房通过运营商基站将经管理人员授权的维护信息发送到维护终端。

4.一种如权利要求3所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述报警信息包含倾斜传感器角度超限、温湿度超限、电池电压超限中的任一项。

5.一种如权利要求4所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述报警信息在对比阈值信息与采集信息后得到；

所述阈值信息由电力调度机房通过北斗系统发送给智能控制主机；

所述采集信息包含倾斜仪传感器采集的铁塔倾斜数据。

6.一种如权利要求5所述的铁塔检测方法，其特征在于：

所述采集信息还包含智能控制主机中的温度传感器、湿度传感器及电压管理单元分别采集的温度数据、湿度数据、电压数据。

7.一种如权利要求6所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述智能控制主机还包含蓝牙控制单元；

所述维护终端通过蓝牙控制单元读取所述倾斜数据、温度数据、湿度数据及电压数据。

8.一种如权利要求7所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述维护终端通过蓝牙控制单元还读取铁塔倾斜监控设备中的北斗传输终端的网络信息、账户信息及终端设备信息；

所述维护终端通过蓝牙控制单元还读取智能控制主机的S/N信息及账户信息。

9.一种如权利要求8所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述维护终端通过蓝牙控制单元配置阈值信息；

所述智能控制主机自动将设置的阈值信息与阈值改变的报警信息打包为北斗短报文发送给电力调度机房。

10.一种如权利要求9所述的铁塔倾斜监测方法，其特征在于：

所述维护终端通过蓝牙控制单元配置北斗传输终端的网络信息、账户信息及S/N信息；

所述维护终端通过蓝牙控制单元还配置智能控制主机的S/N信息及账户信息。