CN110736502A - 基于多信息融合的覆冰监测预警系统及方法 - Google Patents

基于多信息融合的覆冰监测预警系统及方法 Download PDF

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杨帆
赵东山
徐学来
张锐
周瑞
郭守飞
林晨
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    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
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    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
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    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables

Abstract

本发明涉及一种基于多信息融合的覆冰监测预警系统及方法，属于覆冰监测预警技术领域；所述系统，包括前端装置和后台监控中心，前端装置包括信息汇集主机、N个拉力传感器、N个倾角传感器、微气象传感器、分布式图像；所述方法包括数据标准化处理、覆冰系数计算、预警及联动判断；本发明中后台监控中心存储多数据信息，为掌握覆冰形成过程，研究覆冰增长规律，指导电网抗冰工作，提供大量详实、准确数据和理论依据；本发明提供的方法，可以实现告警程度的量化，对可能覆冰的现场发出预警，减轻了运维人员的工作量，避免了严重的隐患损失；覆冰预警发生时可以联动分布式图像监拍现场覆冰图像，运维人员在工区即可实时掌握现场情况。

Description

基于多信息融合的覆冰监测预警系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于多信息融合的覆冰监测预警系统及方法，属于覆冰监测预警技术领域。
背景技术
近年来，我国多省市遭受了严重的冰冻雨雪凝冻灾害，覆冰会引起导线舞动、杆塔倾斜倒塌、断线及绝缘子闪络等问题，给这些地区电力系统的安全稳定运行和电力供应带来极大的影响和威胁，同时也造成了巨大的经济损失。输电线路覆冰严重危害电网的安全运行。
覆冰呈现随机性，微地形、微气象的区域更容易产生覆冰。线路覆冰情况十分复杂，且很难直接检测得到，一般都采用间接测量方法，通过厚度和其它量的关系间接得到。
一方面不同检测方法往往得出差异很大的结果。目前应用比较多的检测方法如下：
(1)载荷称重法
线路覆冰后，导线、地线的载荷会产生变化，这个变化的增量即认为覆冰的重量，通过相应的公式，折算线路的覆冰情况，此方法测量数据是监测断线、倒塔的关键参数，但是受风载荷的影响较大。
(2)图像分析法
在杆塔安装视频、图像等检测设备，拍摄导线、绝缘子等处得覆冰图像，通过图像分析处理，得到现场覆冰情况，此方法结果直观，但容易受冰雪覆盖、方位距离限制等影响。
另一方面，各种检测方式，普遍检测数据单一不连续，分析利用不足，缺乏数据的集中分析处理，导致检测工作机械重复成本高，资源浪费。
另一方面，各种检测方式，普遍检测数据单一不连续，分析利用不足，缺乏数据的集中分析处理，导致检测工作机械重复成本高，资源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于多信息融合的覆冰监测预警系统及方法，实现线路覆冰的长期、多方位综合检测，对线路覆冰隐患及时预警、减小灾害天气所带来的影响。
本发明所述基于多信息融合的覆冰监测预警系统，包括前端装置和后台监控中心，前端装置包括信息汇集主机、N个拉力传感器、N个倾角传感器、微气象传感器、分布式图像，信息汇集主机安装在杆塔上，用于收集N个拉力传感器、N个倾角传感器、微气象传感器、分布式图像数据并传输给后台监控中心；N个拉力传感器固定在N个绝缘子串上、连接杆塔与导线、地线，N个倾角传感器水平安装在N个拉力传感器外部，微气象传感器安装在杆塔上、用于检测温度、风速、湿度，分布式图像安装在N个拉力传感器和N个倾角传感器斜上方、用于记录N个绝缘子串及导线的图像；后台监控中心与信息汇集主机通信，用于展示实时信息并保存历史数据、分析覆冰隐患并发出预警及联动；其中，N为整数且N≥3。
优选地，N＝4。
本发明所述基于多信息融合的覆冰监测预警方法，应用于上述的后台监控中心，包括数据标准化处理、覆冰系数计算、预警及联动判断。
优选地，根据公式(1)、公式(2)标准化处理N个拉力传感器、N个倾角传感器的数据X’、Y’，
Xa’＝(Xa-Xmin)/(Xmax-Xmin) (1)
X’＝(X1+X2+…+Xn)/N (2)
其中，Xmin为N个拉力传感器或N个倾角传感器额定载荷,Xmax为N个拉力传感器或N 个倾角传感器隐患载荷，a＝1、2、…、n。
优选地，根据公式(3)计算N个拉力传感器、N个倾角传感器的覆冰系数x、y，
x＝X’*B (3)
其中，B为拉力权值或倾角权值。
优选地，根据公式(4)计算微气象传感器的覆冰系数z，
z＝Z温度+Z风速+Z湿度 (4)
其中，温度在温度阈值范围内Z温度＝温度权值，否则Z温度＝0；风速在风速阈值范围内Z风速＝风速权值，否则Z风速＝0；湿度在湿度阈值范围内Z湿度＝湿度权值，否则Z湿度＝0；
且，拉力权值+倾角权值+温度权值+风速权值+湿度权值＝1。
优选地，据公式(4)计算覆冰系数F，
F＝(x+y+z)*100％ (4)
优选地，当F≤第一阈值，不发出预警；
当第一阈值<F≤第二阈值，发出普通预警，提示关注该点位气象变化；
当40％<F≤50％，发出隐患预警，提示重点关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像进行图像监拍；
当50％<F≤70％，发出重点预警，提示密切关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像进行视频监拍；
当70％≤F,发出覆冰告警，提示进行现场除冰，并联动分布式图像进行视频监拍。
优选地，第一阈值＝30％，第二阈值＝40％，第三阈值＝50％，第四阈值＝70％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明中后台监控中心存储多数据信息，为掌握覆冰形成过程，研究覆冰增长规律，指导电网抗冰工作，提供大量详实、准确数据和理论依据；
2.本发明提供的方法，收集融合多种传感器信息分析得出覆冰系数，避免了传统覆冰检测单一方式带来的不确定性，大大提高了检测准确度；
3.本发明提供的方法，可以实现告警程度的量化，对可能覆冰的现场发出预警，减轻了运维人员的工作量，避免了严重的隐患损失；
4.本发明提供的方法，覆冰预警发生时可以联动分布式图像监拍现场覆冰图像，运维人员在工区即可实时掌握现场情况。
附图说明
图1为本发明实施例1所述基于多信息融合的覆冰监测预警系统的结构框图；
图2为本发明实施例2所述基于多信息融合的覆冰监测预警系统的结构框图。
其中：1、后台监控中心；2、信息汇集主机；3、拉力传感器；4、倾角传感器；5、微气象传感器；6、分布式图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明所述基于多信息融合的覆冰监测预警系统，包括前端装置和后台监控中心1，前端装置包括信息汇集主机2、4个拉力传感器3、4个倾角传感器4、微气象传感器5、分布式图像6，信息汇集主机2安装在杆塔上，用于收集4个拉力传感器3、4个倾角传感器4、微气象传感器5、分布式图像6数据并传输给后台监控中心1；4个拉力传感器3 固定在4个绝缘子串上、连接杆塔与导线、地线，4个倾角传感器4水平安装在4个拉力传感器3外部，微气象传感器5安装在杆塔上、用于检测温度、风速、湿度，分布式图像6安装在4个拉力传感器3和4个倾角传感器4斜上方、用于记录4个绝缘子串及导线的图像；后台监控中心1与信息汇集主机2通信，用于展示实时信息并保存历史数据、分析覆冰隐患并发出预警及联动。
信息汇集主机2安装在杆塔上，通过有线、无线方式收集各种传感器采集的数据，并通过自身4G模块传输给后台监控中心1；拉力传感器3与绝缘子串组装固定，连接杆塔本体与导线、地线，能够准确检测导致发生断线、倒塔风险的导线载荷数据，并通过RS485传给信息汇集主机2；倾角传感器4通过一体化支架水平安装固定在拉力传感器3外部，与拉力传感器3形成一组监测单元，用于检测导线综合载荷变化时，对应的导线绝缘子串顺向角度变化情况，并通过RS485传给信息汇集主机2；分布式图像6安装于每个绝缘子串挂点(即每组拉力倾角监测单元)斜上方及导线方向，等间隔记录多个绝缘子串及导线的图像，当有覆冰时，可完整记录其形成过程，并通过蓝牙、WiFi方式传给信息汇集主机2。
后台监控中心1的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，包括数据标准化处理、覆冰系数计算、预警及联动判断。
(1)数据标准化处理：
根据公式(1)、公式(2)标准化处理4个拉力传感器3、4个倾角传感器4的数据X’、Y’，
Xa’＝(Xa-Xmin)/(Xmax-Xmin) (1)
X’＝(X1+X2+X3+X4)/N (2)
其中，Xmin＝12T,Xmax13T，a＝1、2、3、4，计算得到4个拉力传感器3的标准化数据X’； Xmin＝0°,Xmax＝10°，a＝1、2、3、4，计算得到4个倾角传感器4的标准化数据Y’。
(2)覆冰系数计算：
根据公式(3)计算4个拉力传感器3、4个倾角传感器4的覆冰系数x、y，
4x＝X’*B (3)
其中，B＝0.65，计算得到4个拉力传感器3的覆冰系数x；B＝0.04，计算得到4个倾角传感器4的覆冰系数y。
根据公式(4)计算微气象传感器5的覆冰系数z，
z＝Z温度+Z风速+Z湿度 (4)
其中，温度在-10～0℃范围内Z温度＝0.06，否则Z温度＝0；风速在0～10m/s范围内Z风速＝0.04，否则Z风速＝0；湿度在85％以上范围内Z湿度＝0.05，否则Z湿度＝0；
应当注意的是，拉力权值+倾角权值+温度权值+风速权值+湿度权值＝1。
据公式(4)计算覆冰系数F，
F＝(x+y+z)*100％ (4)
在此，选取经验值作为不同传感器信息的默认覆冰权值，后续可根据现场运行情况微调。
(3)预警及联动判断
当F≤第一阈值，不发出预警；
当第一阈值<F≤第二阈值，发出普通预警，提示关注该点位气象变化；
当40％<F≤50％，发出隐患预警，提示重点关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像6进行图像监拍；
当50％<F≤70％，发出重点预警，提示密切关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像 6进行视频监拍；
当70％≤F,发出覆冰告警，提示进行现场除冰，并联动分布式图像6进行视频监拍。
在此，选取经验值第一阈值＝30％，第二阈值＝40％，第三阈值＝50％，第四阈值＝70％，后续可根据现场运行情况微调。
实施例2
如图2所示，本发明所述基于多信息融合的覆冰监测预警系统，包括前端装置和后台监控中心1，前端装置包括信息汇集主机2、3个拉力传感器3、3个倾角传感器4、微气象传感器5、分布式图像6，信息汇集主机2安装在杆塔上，用于收集3个拉力传感器3、3个倾角传感器4、微气象传感器5、分布式图像6数据并传输给后台监控中心1；3个拉力传感器3 固定在3个绝缘子串上、连接杆塔与导线、地线，3个倾角传感器4水平安装在3个拉力传感器3外部，微气象传感器5安装在杆塔上、用于检测温度、风速、湿度，分布式图像6安装在3个拉力传感器3和3个倾角传感器4斜上方、用于记录3个绝缘子串及导线的图像；后台监控中心1与信息汇集主机2通信，用于展示实时信息并保存历史数据、分析覆冰隐患并发出预警及联动。
信息汇集主机2安装在杆塔上，通过有线、无线方式收集各种传感器采集的数据，并通过自身3G模块传输给后台监控中心1；拉力传感器3与绝缘子串组装固定，连接杆塔本体与导线、地线，能够准确检测导致发生断线、倒塔风险的导线载荷数据，并通过RS385传给信息汇集主机2；倾角传感器4通过一体化支架水平安装固定在拉力传感器3外部，与拉力传感器3形成一组监测单元，用于检测导线综合载荷变化时，对应的导线绝缘子串顺向角度变化情况，并通过RS385传给信息汇集主机2；分布式图像6安装于每个绝缘子串挂点(即每组拉力倾角监测单元)斜上方及导线方向，等间隔记录多个绝缘子串及导线的图像，当有覆冰时，可完整记录其形成过程，并通过蓝牙、WiFi方式传给信息汇集主机2。
后台监控中心1的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，包括数据标准化处理、覆冰系数计算、预警及联动判断。
(1)数据标准化处理：
根据公式(1)、公式(2)标准化处理3个拉力传感器3、3个倾角传感器4的数据X’、Y’，
Xa’＝(Xa-Xmin)/(Xmax-Xmin) (1)
X’＝(X1+X2+X3)/N (2)
其中，Xmin＝12T,Xmax13T，a＝1、2、3，计算得到3个拉力传感器3的标准化数据X’；Xmin＝0°,Xmax＝10°，a＝1、2、3，计算得到3个倾角传感器4的标准化数据Y’。
(2)覆冰系数计算：
根据公式(3)计算3个拉力传感器3、3个倾角传感器4的覆冰系数x、y，
4x＝X’*B (3)
其中，B＝0.65，计算得到4个拉力传感器3的覆冰系数x；B＝0.04，计算得到4个倾角传感器4的覆冰系数y。
根据公式(4)计算微气象传感器5的覆冰系数z，
z＝Z温度+Z风速+Z湿度 (4)
其中，温度在-10～0℃范围内Z温度＝0.06，否则Z温度＝0；风速在0～10m/s范围内Z风速＝0.04，否则Z风速＝0；湿度在85％以上范围内Z湿度＝0.05，否则Z湿度＝0；
应当注意的是，拉力权值+倾角权值+温度权值+风速权值+湿度权值＝1。
据公式(4)计算覆冰系数F，
F＝(x+y+z)*100％ (4)
在此，选取经验值作为不同传感器信息的默认覆冰权值，后续可根据现场运行情况微调。
(3)预警及联动判断
当F≤第一阈值，不发出预警；
当第一阈值<F≤第二阈值，发出普通预警，提示关注该点位气象变化；
当40％<F≤50％，发出隐患预警，提示重点关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像 6进行图像监拍；
当50％<F≤70％，发出重点预警，提示密切关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像 6进行视频监拍；
当70％≤F,发出覆冰告警，提示进行现场除冰，并联动分布式图像6进行视频监拍。
在此，选取经验值第一阈值＝30％，第二阈值＝40％，第三阈值＝50％，第四阈值＝70％，后续可根据现场运行情况微调。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种基于多信息融合的覆冰监测预警系统，其特征在于：包括前端装置和后台监控中心(1)，前端装置包括信息汇集主机(2)、N个拉力传感器(3)、N个倾角传感器(4)、微气象传感器(5)、分布式图像(6)，信息汇集主机(2)安装在杆塔上，用于收集N个拉力传感器(3)、N个倾角传感器(4)、微气象传感器(5)、分布式图像(6)数据并传输给后台监控中心(1)；N个拉力传感器(3)固定在N个绝缘子串上、连接杆塔与导线、地线，N个倾角传感器(4)水平安装在N个拉力传感器(3)外部，微气象传感器(5)安装在杆塔上、用于检测温度、风速、湿度，分布式图像(6)安装在N个拉力传感器(3)和N个倾角传感器(4)斜上方、用于记录N个绝缘子串及导线的图像；后台监控中心(1)与信息汇集主机(2)通信，用于展示实时信息并保存历史数据、分析覆冰隐患并发出预警及联动；其中，N为整数且N≥3。
2.根据权利要求1所述基于多信息融合的覆冰监测预警系统，其特征在于：N＝4。
3.一种基于多信息融合的覆冰监测预警方法，应用于权利要求1或2所述的后台监控中心(1)，其特征在于：包括数据标准化处理、覆冰系数计算、预警及联动判断。
4.根据权利要求3所述的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，其特征在于：根据公式(1)、公式(2)标准化处理N个拉力传感器(3)、N个倾角传感器(4)的数据X’、Y’，
Xa’＝(Xa-Xmin)/(Xmax-Xmin) (1)
X’＝(X1+X2+…+Xn)/N (2)
其中，Xmin为N个拉力传感器(3)或N个倾角传感器(4)额定载荷,Xmax为N个拉力传感器(3)或N个倾角传感器(4)隐患载荷，a＝1、2、…、n。
5.根据权利要求4所述的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，其特征在于：根据公式(3)计算N个拉力传感器(3)、N个倾角传感器(4)的覆冰系数x、y，
x＝X’*B (3)
其中，B为拉力权值或倾角权值。
6.根据权利要求5所述的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，其特征在于：根据公式(4)计算微气象传感器(5)的覆冰系数z，
z＝Z温度+Z风速+Z湿度 (4)
其中，温度在温度阈值范围内Z温度＝温度权值，否则Z温度＝0；风速在风速阈值范围内Z风速＝风速权值，否则Z风速＝0；湿度在湿度阈值范围内Z湿度＝湿度权值，否则Z湿度＝0；
且，拉力权值+倾角权值+温度权值+风速权值+湿度权值＝1。
7.根据权利要求6所述的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，其特征在于：据公式(4)计算覆冰系数F，
F＝(x+y+z)*100％ (4)。
8.根据权利要求7所述的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，其特征在于：
当F≤第一阈值，不发出预警；
当第一阈值<F≤第二阈值，发出普通预警，提示关注该点位气象变化；
当40％<F≤50％，发出隐患预警，提示重点关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像(6)进行图像监拍；
当50％<F≤70％，发出重点预警，提示密切关注该点位覆冰情况，并联动分布式图像(6)进行视频监拍；
当70％≤F,发出覆冰告警，提示进行现场除冰，并联动分布式图像(6)进行视频监拍。
9.根据权利要求8所述的基于多信息融合的覆冰监测预警方法，其特征在于：第一阈值＝30％，第二阈值＝40％，第三阈值＝50％，第四阈值＝70％。
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