CN110146132A - 一种架空线路通道环境参数采集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线路通道环境参数采集装置及其方法，该采集装置包括电源模块、控制模块、存储模块、通信模块以及采集功能模块，采集功能模块由导线测温模块、温湿度模块、拍照模块、红外成像模块、垂直测距模块一个或多个构成；电源模块包括电源线连接的在线取能单元和储能单元，电源模块给控制模块、存储模块、通信模块并联供电，电源模块通过控制模块给采集功能模块中各个模块并联供电；存储模块、通信模块以及采集功能模块中各个模块并联连接于控制模块。通过该装置可以实现多类环境数据的采集，同时电源模块为装置各个元件提供可靠供电，实现全天候的数据采集，同时通过通信模块与控制模块提高了数据的反馈数据。

Description

一种架空线路通道环境参数采集装置及其方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种架空线路通道环境参数采集装置及其方法。

背景技术

架空线路通道内植被、山火、施工、气象等环境数据采集是线路运行的重要工作之一，采集分析不及时可能直接导致线路故障停运。然而当前无人机、直升机携载吊舱采集通道树竹、施工情况一是飞行易受天气或航空管制影响，实际可飞行日较少，二是数据更新周期长，缩短更新周期需耗费较大人力物力和财力，三是飞行需要专门人才；人造卫星采集山火信息一方面是存在采样空白期，二方面是对预警平台要求较高；现有常规可视化、山火监测等装置存在太阳能电源在日照偏少环境下可靠性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种架空线路通道环境参数采集装置及其方法，其通过采集功能模块实现多类数据的采集，完成环境数据的采集，同时电源模块为装置各个元件提供供电可靠性，可以实现全天候的数据采集，同时通过通信模块与控制模块提高了数据的反馈数据，为智能监控提供了更多可能性。

一种架空线路通道环境参数采集装置，包括电源模块、控制模块、存储模块、通信模块以及采集功能模块，所述采集功能模块由导线测温模块、温湿度模块、拍照模块、红外成像模块、垂直测距模块一个或多个构成；

其中，所述电源模块包括电源线连接的在线取能单元和储能单元，所述电源模块给控制模块、存储模块、通信模块并联供电，所述电源模块通过所述控制模块给采集功能模块中各个模块并联供电；

所述存储模块、通信模块以及采集功能模块中各个模块并联连接于所述控制模块。

所述采集装置外设球形外壳，球形外壳上沿着球心轴线开设通孔，通孔直径与输电导线直径相等，所述球形外壳相对输电导线能以输电导线为轴心自由旋转，所述球形外壳上开设孔洞，所述采集功能模块的天线或探头分别设于孔洞内。

输电导线因温度的改变可能发生扭转，为了使球形外壳上的拍照模块一直保持相对固定的位置，球形外壳与输电导线不能固定死并随之一起旋转，因此球体设置为可以以导线为轴心自由旋转，导线扭转，球体可以不随着扭转。一般情况，球体不需要转动，当输电导线扭转时，因球体重心在过球心垂线的下部，故球体相对于导线发生旋转，本质上也是球体保持在原来的位置，导线发生了扭转。同时，球形外壳避免了毛刺，毛刺或尖端也容易发生尖端放电，而尖端放电会产生电磁干扰同时对设备寿命产生影响，故而选择球形外壳可以最大程度均匀表面电场。

所述拍摄模块至少包括5个摄像头，主摄像头位于球形外壳的球体重心垂线的最低点，剩余副摄像头位于同一平面且固定安装于球形外壳上，每个副摄像头与主摄像头的距离相等，副摄像头和主摄像头连线与球体重心垂线成α夹角；

所述红外成像模块至少包括5个红外探头，主红外探头位于球形外壳的球体重心垂线的最低点，剩余红外探头位于同一平面且固定安装于球形外壳上，每个副红外探头与主红外探头的距离相等，副红外探头和主红外探头连线与球体重心垂线成β夹角。

本发明利用上述排布方式的多个摄像头拍摄的照片可以进行全景合成，即平面全景合成；设置多个红外是为了查看四面八方以及导线正下方的热源情况。

所述副摄像头和副红外探头分别在对应所述同一平面上等间距分布或者等间隔角度分布。

本发明的重心与球形应该是在同一轴线上。

所述储能单元设于所述球形外壳上，所述在线取能单元和储能单元之间的电源线的长度超过在线取能单元与储能单元之间的连接距离。

由于储能单元与在线取能单元之间的电源线的长度有一定富裕，输电导线因温度的改变发生扭转而带动在线取能单元时，不会对系统造成破坏。

所述球形外壳由两个半球形壳组成，两个半球形壳的一个接触点为铰链连接。

铰接连接便于打开两个半球形壳，进而便于安装和更换其中的各个模块。

所述球形外壳上设有屏蔽层，所述球形外壳上通孔的两侧端设有阻挡模块。

阻挡模块可以防止球形外壳顺线路方向发生轻微位移。

所述通信模块包括第一通信模块和第二通信模块，不同采集装置之间的第二通信模块相互连接通信构建自组无线网。

一种基于上述装置的方法，所述控制模块根据接收的指令或者预存的控制逻辑发送控制指令至采集功能模块的各个模块；

采集功能模块中各个模块采集的数据通过通信模块传输至控制模块和存储模块；

控制模块根据采集的数据进行图像分析与处理。

控制模块根据预存的控制逻辑发送控制指令至采集功能模块的过程如下：

控制模块根据预存的控制逻辑启动温湿度模块；

若温湿度模块监测到的相对湿度高于预设值X，控制模块启动导线测温模块、垂直测距模块、拍照模块；否则，控制模块启动导线测温模块、垂直测距模块、红外成像模块、拍照模块；

若导线测温模块监测到温度高于预设H℃以及温湿度模块监测到的相对湿度低于预设值Y，控制模块自动缩减导线测温模块、垂直测距模块、红外成像模块的采样周期。

本发明中，X取90％；H取20，Y取50％，用户也可根据需要修改。

有益效果

本发明的采集装置中设置了导线测温模块、温湿度模块、拍照模块、红外成像模块、垂直测距模块，可以实现多类数据的采集，为架空线路通道内的多类分析提供了数据基础；同时，本发明利用在线取能单元以及储能单元能够保证供电的可靠性，尤其是解决了日照偏少环境下可靠性问题。此外，本发明采用并联供电以及并联通讯的方式，可以保证各个模块的工作的独立性，降低相互影响性，更是通过控制模块和通讯模块提高了数据反馈数据以及处理速度，更好的辅助电网运维人员决策。

附图说明

图1是本发明一种架空线路通道环境参数采集装置的模块连接架构示意图；

图2是本发明一种架空线路通道环境参数采集装置的立体结构示意图；

图3是本发明电源模块的结构示意图；

图4是本发明一种架空线路通道环境参数采集装置的三视图，其中，(a)、(b)、(c)分别为正视图、侧视图以及仰视图；

其中，附图标记如下：

1—电源模块，11—在线取能单元，12—储能单元，2—控制模块，3—存储模块，4—通信模块，41—第一通信单元，42—第二通信单元，5—导线测温模块，6—温湿度模块，7—拍照模块，8—红外成像模块，9—垂直测距模块，10—球形外壳。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种架空线路通道环境参数采集装置由电源模块1、控制模块2、存储模块3、通信模块4、导线测温模块5、温湿度模块6、拍照模块7、红外成像模块8、垂直测距模块9一体构成。其中，电源模块1由在线取能单元11和储能单元12组成，通信模块4由第一通信单元41、第二通信单元42组成。如图2所示，采集装置为球形外壳，各个模块设于球形外壳10上或者内部，其中，球形外壳10上沿球心轴线两侧设有与输电导线直径相等的通孔，输电导线(带负荷单导线)穿过球形外壳10的通孔，球体可以以输电导线为轴心自由旋转。同时球形外壳10安装位置的两侧端设置有阻挡模块，阻挡模块可以阻挡球形外壳顺线路方向发生轻微位移。球形外壳10上设有屏蔽层来防止尖端放电，球形外壳10的屏蔽层预留有孔洞给通信模块4、温湿度模块6、拍照模块7、红外成像模块8、垂直测距模块9的天线或探头，球形外壳10和除在线取能单元11外的其他模块组成的球体可以导线为轴心旋转，即无论导线怎样扭转，球体重心位置不变。

其中，电源模块1的在线取能单元11与储能单元12串联连接，所述储能单元12给控制模块2、存储模块3、通信模块4并联供电，电源模块1的储能单元12经过控制模块2给导线测温模块5、温湿度模块6、拍照模块7、红外成像模块8、垂直测距模块9并联供电。如图3所示，在线取能单元11固定在输电导线上，其上设有给电电极，储能单元12前端设置受电电极，通过电源线将在线取能单元11的给电电极以及储能单元12的受电电极连接，储能单元12与在线取能单元11连接电源线穿过球形外壳10的位置采用密封防水处理。本发明实施例中，在线取能单元11的给电电极朝向上方，储能单元12与在线取能单元11连接电源线长有一定裕度，在导线扭转带动在线取能单元11转动情况下，不会对系统造成破坏。

控制模块2通过数据线与存储模块3、通信模块4的第一通信单元41和第二通信单元42、导线测温模块5、温湿度模块6、拍照模块7、红外成像模块8、垂直测距模块9并联连接，防止通信干扰以及降低相互影响。

拍照模块7由至少包括5个摄像头，主摄像头位于球形外壳10球体重心垂线的最低点，其他4个在同一平面内的副摄像头均固定安装在球形外壳上，每个副摄像头与主摄像头距离均相等，副摄像头和主摄像头连线与球体重心垂线成α夹角，5个摄像头每个均具有独立ID。所述红外成像模块8包括5个红外探头，主红外探头紧邻拍照模块7的主摄像头，其他4个在同一平面内的副红外探头均固定安装在球形外壳上，每个副红外探头与主红外探头距离均相等，副红外探头和主红外探头连线与主红外探头和球形外壳10球心连线成β夹角，5个红外探头每个均具有独立ID。如图4的(c)图所示，本实施例的拍照模块7包括5个摄像头，用于拍摄架空线路通道内图片，红外成像模块8包括5个红外探头，用于架空线路通道内热源捕捉，其中，副摄像头和副红外探头分别在各自平面上等间距分布或者等间隔角度分布。α、β值根据实际需要设置。本发明中α取30～45°，具体值根据线路走廊的宽窄及导线对地高度确定；β取45～75°，具体值根据线路通道周边环境及导线对地高度确定。

垂直测距模块设置在球形外壳的下半个球面的富余位置，测距探头朝正下方，用于垂直测距。

此外，本发明实施例的球形外壳10由两个半球形壳组成，两个半球形壳一接触点由铰链连接，铰链闭合后成为一个球形，开口侧具有闭锁卡扣。

本发明的工作原理是，电源模块1的在线取能单元11通过载体导线上流过的电流感应取电，并对储能单元12进行电力补充，储能单元12给控制模块2、存储模块3、通信模块4并联供电；通信模块4的第一通信单元41常开，通信模块4的第二通信单元42按需开闭，不同采集装置之间通过第二通信单元42连接，之间通过WIFI搭桥，形成自组无线网；控制模块2对各个模块进行控制。

基于上述采集装置的结构，本发明提供的一种采集装置的使用方法如下：

控制模块根据接收的指令或者预存的控制逻辑发送控制指令至采集功能模块的各个模块；

采集功能模块中各个模块采集的数据通过通信模块传输至控制模块和存储模块；

控制模块根据采集的数据进行图像分析与处理。

其中，若是采用手动控制，控制模块则通过通信模块来接收指令，若是采用自动控制，控制模块则根据预存的控制逻辑进行控制。

手动控制工作的过程如下：

通信模块4的第一通信单元41通过公共移动网络接收到远程指令代码，将指令下达给控制模块2，控制模块2按照指令代码启动导线测温模块5、温湿度模块6、拍照模块7、红外成像模块8、垂直测距模块9中的任意一个或几个或全部模块，控制模块2启动拍照模块7或红外成像模块8时，控制模块2可根据功耗情况，全部启动拍照模块7、红外成像模块8的各子单元，或根据各子单元ID，在当前子单元完成采集后关闭当前子单元并依次启动下一子单元完成信息采集；导线测温模块5、温湿度模块6、拍照模块7、红外成像模块8、垂直测距模块9均可按需启动和设置采样频率；导线测温模块5、温湿度模块6、红外成像模块8、垂直测距模块9所采集的信息缓存至存储模块3并由控制模块2实时处理，山火隐患信息(由红外成像模块捕获人员，再根据内设的系统专家库来判断是否为山火)由控制模块2通过第一通信单元41直接发送至相关人员，其他信息由控制模块2启动第二通信单元42经无线搭桥传输至无线中继站后回传至后台终端，也可通过第一通信单元41回传至后台终端；拍照模块7所采集的信息缓存至存储模块3并由控制模块2实时识别，施工外力破坏隐患信息(通过拍摄模块拍摄的照片以及内设的系统专家库自动判断是否为施工外力破坏隐患信息)由控制模块2通过第一通信单元41直接发送至相关人员，图像信息由控制模块2启动第二通信单元42经无线搭桥传输至无线中继站后回传至后台终端。

自动控制工作时，控制模块2根据系统预设时间启动温湿度模块6，若相对湿度高于预设值X，则依次启动导线测温模块5、垂直测距模块9、拍照模块7。其中，温度越高，相对湿度越低，气候干燥，更容易起火，而湿度很高，起火可能性较低，就不必启动红外成像模块8。控制模块2通过导线测温模块5、垂直测距模块9采集信息实时计算得到导线弧垂信息(根据安装点位置，垂直测距测得的相对位置，采用现有公式计算出弧垂)，控制模块2对拍照模块7拍摄的图像实时识别，控制模块2通过第一通信单元41直接发送至相关人员，通过第二通信单元42将其他信息经无线搭桥传输至无线中继站后回传至后台终端；若相对湿度低于预设值X，容易起火，则依次启动导线测温模块5、垂直测距模块9、红外成像模块8、拍照模块7，控制模块2通过导线测温模块5、垂直测距模块9采集信息实时计算得到导线弧垂信息，控制模块2通过红外成像模块8采集信息实时处理，山火隐患信息由控制模块2通过第一通信单元41直接发送至相关人员，其他信息由控制模块2启动第二通信单元42经无线搭桥传输至无线中继站后回传至后台终端，控制模块2对拍照模块7拍摄的图像实时识别，控制模块2通过第一通信单元41直接发送至相关人员，通过第二通信单元42将其他信息经无线搭桥传输至无线中继站后回传至后台终端，若温度高于H℃、相对湿度低于预设值Y，控制模块2自动缩减导线测温模块5、垂直测距模块9、红外成像模块8的采样周期，更加及时得到现场的数据。

本发明在实际应用中，在线取能单元11采用深圳市嘉创达电源科技有限公司JCD-CT取能单元，储能单元12采用是市售26650大容量锂电池组及配套充电模块，控制模块2采用市售J1800双核工控小主机，存储模块采用大于2G的TF内存卡，第一通讯模块41采用市售公共移动网络通信芯片，第二通讯模块42采用市售大于300M无线WIFI模块及配套天线，导线测温模块5采用市售RTD温度传感器，温湿度模块6采用市售SHT3x数字温湿度传感器，拍照模块7摄像头采用市售WRX-2M80型1080P高清广角红外夜视摄像头，红外成像模块8红外摄像头采用市售不低于384*286机芯红外成像模块，垂直测距模块9采用市售RPLIDAR-S1激光雷达，球形外壳10采用耐老化高分子材料开模定制，其屏蔽层采用不低于100目黄铜网裁制。

需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种架空线路通道环境参数采集装置，其特征在于：包括电源模块、控制模块、存储模块、通信模块以及采集功能模块，所述采集功能模块由导线测温模块、温湿度模块、拍照模块、红外成像模块、垂直测距模块一个或多个构成；

其中，所述电源模块包括电源线连接的在线取能单元和储能单元，所述电源模块给控制模块、存储模块、通信模块并联供电，所述电源模块通过所述控制模块给采集功能模块中各个模块并联供电；

所述存储模块、通信模块以及采集功能模块中各个模块并联连接于所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置外设球形外壳，球形外壳上沿着球心轴线开设通孔，通孔直径与输电导线直径相等，所述球形外壳相对输电导线能以输电导线为轴心自由旋转，所述球形外壳上开设孔洞，所述采集功能模块的模块天线或探头分别设于孔洞内。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述拍摄模块至少包括5个摄像头，主摄像头位于球形外壳的球体重心垂线的最低点，剩余副摄像头位于同一平面且固定安装于球形外壳上，每个副摄像头与主摄像头的距离相等，副摄像头和主摄像头连线与球体重心垂线成α夹角；

所述红外成像模块至少包括5个红外探头，主红外探头位于球形外壳的球体重心垂线的最低点，剩余红外探头位于同一平面且固定安装于球形外壳上，每个副红外探头与主红外探头的距离相等，副红外探头和主红外探头连线与球体重心垂线成β夹角。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述副摄像头和副红外探头分别在对应所述同一平面上等间距分布或者等间隔角度分布。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述储能单元设于所述球形外壳上，所述在线取能单元和储能单元之间的电源线的长度超过在线取能单元与储能单元之间的连接距离。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述球形外壳由两个半球形壳组成，两个半球形壳的一个接触点为铰链连接。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述球形外壳上设有屏蔽层，所述球形外壳上通孔的两侧端设有阻挡模块。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述通信模块包括第一通信模块和第二通信模块，不同采集装置之间的第二通信模块相互连接通信构建自组无线网。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述装置的方法，其特征在于：所述控制模块根据接收的指令或者预存的控制逻辑发送控制指令至采集功能模块的各个模块；

采集功能模块中各个模块采集的数据通过通信模块传输至控制模块和存储模块；

控制模块根据采集的数据进行图像分析与处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：控制模块根据预存的控制逻辑发送控制指令至采集功能模块的过程如下：

控制模块根据预存的控制逻辑启动温湿度模块；

若温湿度模块监测到的相对湿度高于预设值X，控制模块启动导线测温模块、垂直测距模块、拍照模块；否则，控制模块启动导线测温模块、垂直测距模块、红外成像模块、拍照模块；

若导线测温模块监测到温度高于预设H℃以及温湿度模块监测到的相对湿度低于预设值Y，控制模块自动缩减导线测温模块、垂直测距模块、红外成像模块的采样周期。