CN110763269A - 一种变电站环境安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变电站环境安全监控系统，该系统包括：环境监测装置、变电站智能控制终端、环境调节装置和远程监控平台；环境监测装置实时采集变电站室内环境信息，并将采集的环境信息传输至变电站智能控制终端；变电站智能控制终端处理环境信息，并根据处理后的环境信息向环境调节装置发送相应的控制指令；环境调节装置根据接收到的控制指令，控制相应的环境调节设备运作；远程监控平台实时接收变电站智能控制终端处理后的环境信息并进行远程监控。通过环境监测装置可以获取监测区域内的环境信息，由变电站智能控制终端对采集的环境信息进行分析，确定变电站室内环境是否达到安全指标，进而可以控制环境调节装置工作，调节变电站室内环境。

Description

一种变电站环境安全监控系统
技术领域
本发明涉及变电站环境安全监控技术领域，具体涉及一种变电站环境安全监控系统。
背景技术
高温、潮湿、进水、灰尘堆积、毒气聚集、氧气稀薄等诸多问题使变电站的设备正常运行和工作人员安全受到极大的威胁，爬电、闪络、人员中毒、高温跳闸、进水等安全问题时有发生。因此，需要对变电站环境安全进行监测，传统的监测方法主要是以人工方式为主，无法自动实时的进行监测与管理，对于出现紧急安全问题也无法及时报警，因此，需要一种新的变电站环境安全监控系统来更好地对变电站环境安全进行监测，以便及时监测到变电站环境变化，并迅速作出处理，将损失降到最小。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种变电站环境安全监控系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种变电站环境安全监控系统，该系统包括：基于无线传感器网络的环境监测装置、变电站智能控制终端、环境调节装置和远程监控平台；
所述环境监测装置，部署在监测区域内，其用于实时采集变电站室内环境信息，并将采集的环境信息传输至所述变电站智能控制终端；
所述变电站智能控制终端，用于处理所述环境信息，并根据处理后的环境信息向所述环境调节装置发送相应的控制指令；
所述环境调节装置，用于根据接收到的控制指令，控制相应的环境调节设备运作以改善当前变电站室内环境；
所述远程监控平台，与所述变电站智能控制终端通信连接，其用于实时接收所述变电站智能控制终端处理后的环境信息并进行远程监控。
在一种可选的实施方式中，在所述变电站智能控制终端中，所述的根据处理后的环境信息向所述环境调节装置发送相应的控制指令，具体是：当处理后的环境信息超过预设的标准环境阈值时，此时判定当前变电站室内环境异常，所述变电站智能控制终端根据异常结果向所述环境调节装置发送相应的控制指令。
在一种可选的实施方式中，该系统还包括：报警装置，所述报警装置与所述变电站智能控制终端相连，其用于在所述变电站室内环境异常时进行报警。
在一种可选的实施方式中，所述报警装置包括：语音播报模块和灯光警示模块。
在一种可选的实施方式中，该系统还包括：与所述变电站智能控制终端通信连接的移动终端。
在一种可选的实施方式中，所述环境调节装置包括：空调机、排风扇、除湿机、除尘器、空气净化器中的一种或者多种。
在一种可选的实施方式中，所述环境监测装置包括多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点部署在监测区域内，所述传感器节点通过自组织方式构成一个无线传感器网络；所述传感器节点用于实时采集变电站室内环境信息，所述汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的环境信息并传输至所述变电站智能控制终端。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点包括：温度传感器、湿度传感器、甲醛传感器、氧含量传感器、粉尘传感器、烟雾传感器中的一种或者多种。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点为可充电式传感器节点。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点构成的无线传感器网络为分簇网络结构；所述传感器节点在网络启动时刻进行分簇，从而确定多个传感器节点作为簇首节点，其余传感器节点计算自身加入到各簇首节点的入簇概率值，从而选择加入到入簇概率值最大的簇首节点中，成为该簇首节点的簇成员节点，其中，传感器节点加入到簇首节点的入簇概率值的计算式子为：
Figure BDA0002221354150000021
式中，P(i,chm)为传感器节点i加入到簇首节点chm的入簇概率值，n(chm)为当前簇首节点chm的簇成员节点数，N(chm)为簇首节点chm所允许的最大簇成员数，sgn(f)为符号函数，当f≥0时为1，反之，为0，d(i,chm)为传感器节点i与簇首节点chm之间的空间距离，dmax(chm)为簇首节点chm的最大感知半径，E1(i,chm)为传感器节点i与簇首节点chm之间在进行数据传输时所需消耗的能量值，t0为设定的簇成员节点将单位数据传输至其簇首节点的时长阈值，t(i,chm)为传感器节点i将单位数据传输至簇首节点chm所需时长，为传感器节点i将单位数据传输至各簇首节点所需的平均时长，α为路径损耗因子。
本发明提供了一种变电站环境安全监控系统，通过环境监测装置可以获取监测区域内的环境信息，由变电站智能控制终端对采集的环境信息进行分析，确定变电站室内环境是否达到安全指标，进而可以控制环境调节装置工作，调节变电站室内环境，使得变电站室内环境满足安全指标。本发明基于无线传感器网络的环境监测装置采集环境信息并进行传输，无需布线，智能便捷。且在变电站室内环境异常时，可控制环境调节装置工作以改善当前变电站室内环境，实现了对变电站室内环境的自动化监测及调节，无需工作人员从旁协助。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种变电站环境安全监控系统的框架结构图。
附图标记：环境监测装置1、变电站智能控制终端2、环境调节装置3、远程监控平台4、报警装置5、移动终端6。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了一种变电站环境安全监控系统，该系统包括：基于无线传感器网络的环境监测装置1、变电站智能控制终端2、环境调节装置3和远程监控平台4。
其中，环境监测装置1部署在监测区域内，其用于实时采集变电站室内环境信息，并将采集的环境信息传输至变电站智能控制终端2；变电站智能控制终端2处理接收到的环境信息，并根据处理后的环境信息向环境调节装置3发送相应的控制指令；具体地，当处理后的环境信息超过预设的标准环境阈值时，此时，变电站智能控制终端2判定当前变电站室内环境异常，变电站智能控制终端2根据该异常结果向环境调节装置3发送相应的控制指令；环境调节装置3根据接收到的控制指令，控制相应的环境调节设备运作以改善当前变电站室内环境，以使其变电站室内环境满足预设的标准环境阈值；远程监控平台4，与变电站智能控制终端2通信连接，其用于实时接收变电站智能控制终端2处理后的环境信息并进行远程监控，以使维护人员通过远程监控平台4可以了解到变电站室内环境情况，无需维护人员亲自去进行维护。在一种能够实现的实施方式中，上述环境信息包括：变电站室内空气湿度、空气温度、变电站室内粉尘浓度等。
在一种可选的实施方式中，该变电站环境安全监控系统还包括：报警装置5，该报警装置5与变电站智能控制终端2相连，其用于在变电站室内环境异常时，变电站智能控制终端2发送报警指令至该报警装置5，以使该报警装置5进行报警，以提醒维修人员。优选地，该报警装置5包括语音播报模块和灯光警示模块。当变电站智能控制终端2驱动报警装置5进行报警时，可以通过语音播报模块进行播报，已提醒维修人员，还可以通过灯光闪烁方式提醒维修人员。
在另一种可选的实施方式中，该变电站环境安全监控系统还包括：与该变电站智能控制终端2通信连接的移动终端6，通过该移动终端6，可便于维修人员随时随地地通过该移动终端6获取该变电站智能控制终端2处理后的环境信息，便于实现对变电站室内环境的远程监控。该移动终端6可以是手机、平板或者笔记本电脑等。
在一种可选的实施方式中，该环境调节装置3包括：空调机、排风扇、除湿机、除尘器、空气净化器中的一种或者多种。
当变电站智能控制终端2判定当前变电站室内环境异常时，变电站智能控制终端2根据该异常结果生成相应的控制指令，环境调节装置3接收到控制指令后，可以驱动对应的环境调节设备进行工作。例如，当变电站智能控制终端2判定变电站室内温度超过预设的标准室内温度阈值时，该变电站智能控制终端2向环境调节装置3发送调控空调机工作的控制指令，该环境调节装置3接收到该控制指令后，可驱动空调机进行运作，以降低变电站室内温度。
在一种可选的实施方式中，环境监测装置1包括多个传感器节点和汇聚节点，该传感器节点部署在监测区域内，传感器节点通过自组织方式构成一个无线传感器网络；传感器节点用于实时采集变电站室内环境信息，汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的环境信息并传输至变电站智能控制终端2。
在一种可选的实施方式中，传感器节点包括：温度传感器、湿度传感器、甲醛传感器、氧含量传感器、粉尘传感器、烟雾传感器中的一种或者多种。
在一种可选的实施方式中，该传感器节点为可充电式传感器节点。
在一种可选的实施方式中，传感器节点构成的无线传感器网络为分簇网络结构；该传感器节点在网络启动时刻进行分簇，从而确定多个传感器节点作为簇首节点，其余传感器节点计算自身加入到各簇首节点的入簇概率值，从而选择加入到入簇概率值最大的簇首节点中，成为该簇首节点的簇成员节点，其中，传感器节点加入到簇首节点的入簇概率值的计算式子为：
Figure BDA0002221354150000041
式中，P(i,chm)为传感器节点i加入到簇首节点chm的入簇概率值，n(chm)为当前簇首节点chm的簇成员节点数，N(chm)为簇首节点chm所允许的最大簇成员数，sgn(f)为符号函数，当f≥0时为1，反之，为0，d(i,chm)为传感器节点i与簇首节点chm之间的空间距离，dmax(chm)为簇首节点chm的最大感知半径，E1(i,chm)为传感器节点i与簇首节点chm之间在进行数据传输时所需消耗的能量值，t0为设定的簇成员节点将单位数据传输至其簇首节点的时长阈值，t(i,chm)为传感器节点i将单位数据传输至簇首节点chm所需时长，
Figure BDA0002221354150000042
为传感器节点i将单位数据传输至各簇首节点所需的平均时长，α为路径损耗因子。具体地，
Figure BDA0002221354150000043
式中，X为簇首节点数，t(i,chx)为传感器节点i将单位数据传输至簇首节点chx所需时长。
在上述实施方式中，通过分别计算传感器节点加入到各簇首节点的入簇概率值，入簇概率值越大，代表着传感器节点更容易加入到对应的簇首节点中。在计算传感器节点的入簇概率值时，不仅考虑了待加入簇首节点中已有的簇成员数、传感器节点与簇首节点之间空间距离的影响、传感器节点与簇首节点进行数据传输时所需消耗的能量值以及传感器节点与簇首节点传输单位数据所需时长的影响，从而能够选择出能够继续容纳簇成员节点的、能量损耗低的簇首节点加入。均衡了整个无线传感器网络的能耗，避免了传感器网络由于能量消耗过快而过早的需要对其传感器节点进行充电。
在一种可选的实施方式中，簇首节点是采用分簇路由算法进行确定的，具体是：
(1)簇首节点进行全网广播竞选簇首的消息，各传感器节点接收到竞选簇首的消息后，计算自身能够当选为簇首节点的竞争力值，并将计算得到的竞争力值传输至汇聚节点；汇聚节点将接收到的各传感器节点的竞争力值降序排列，选择排序靠前的Ne个传感器节点作为备选簇首节点；其中，传感器节点能够当选为簇首节点的竞争力值可通过下式计算得到：
Figure BDA0002221354150000051
式中，Q(j)为传感器节点能够当选为簇首节点的竞争力值，bj为初始状态时传感器节点j的综合性能指标，其与传感器节点本身的性能参数有关，Rmax(j)、Rmin(j)分别为传感器节点j的最大感知区域半径和最小感知区域半径，Kmax(j)、Kmin(j)分别为传感器节点j的最大感知区域内传感器节点数和其最小感知区域内传感器节点数，E1(kl)为传感器节点kl传输单位数据至传感器节点j所需能量值，传感器节点kl指的是传感器节点j的最大感知区域内的传感器节点，E1(ka)为传感器节点ka传输单位数据至传感器节点j所需能量值，传感器节点ka指的是传感器节点j的最小感知区域内的传感器节点，α为路径损耗因子，其与变电站室内环境条件有关，d(kl,j)为传感器节点kl与传感器节点j之间的空间距离，d(ka,j)为传感器节点ka与传感器节点j之间的空间距离；
(2)计算任意两个备选簇首节点之间的关联度值，若两者的关联度值大于设定的关联度阈值，则从中选择概率值大的备选簇首节点作为真正的簇首节点，而另一备选簇首节点则恢复成普通节点；遍历所有备选簇首节点，确定最终簇首节点,若两者的关联度值不大于设定的关联度阈值，则该两个备选簇首节点均作为真正的簇首节点。
在一种可选的实施方式中，两个备选簇首节点之间的关联度值的计算式子为：
Figure BDA0002221354150000052
Figure BDA0002221354150000053
式中，REL(ha,hb)为备选簇首ha和备选簇首hb之间的关联度值，d(ha,hb)为备选簇首ha和备选簇首hb之间的空间距离，R(ha)、R(hb)分别为备选簇首ha和备选簇首hb的感知半径，分别为备选簇首ha和备选簇首hb感知区域内传感器节点数，
Figure BDA0002221354150000055
分别为备选簇首ha和备选簇首hb的感知区域面积，为备选簇首ha和备选簇首hb公共感知区域内的传感器节点数。
如果传感器节点直接与汇聚节点进行通信，一方面由于传输距离的影响，可能会出现距离汇聚节点较远的传感器节点能量损耗过快，而过早的需要进行充电，不适合当前追求的节能的主题，因此，本发明实施例先确定簇首节点，使得作为簇成员节点首先将数据传输至簇首节点，然后由簇首节点汇聚后转发至汇聚节点，从而避免所有传感器节点直接与汇聚节点通信，降低了在进行数据传输时的能耗。在上述实施方式中，首先计算传感器节点的竞争力值，确定备选簇首，然后在计算任意两个备选簇首之间的关联度值，进而确定真正的簇首节点，在计算传感器节点的竞争力值，考虑了传感器节点本身的最大感知区域内传感器节点数、最小感知区域内传感器节点数，还考虑了对其最大感知区域内传感器节点与传感器节点之间进行数据传输时所需的能量值，以及对其最小感知区内传感器节点与传感器节点之间进行数据传输时所需能耗值，从而使得所需能量值小的传感器节点竞争力更强，更容易当选为备选簇首。在计算任意两个备选簇首节点之间的关联度值，不仅考虑了距离因素的影响，还考虑了备选簇首节点感知区域内传感器节点数以及感知区域面积因素的影响，从而能够更准确地反映出两个备选簇首节点之间的关联程度，进而便于确定真正的簇首，从而便于后续的分簇，得到一个结构合理、能量损耗低的分簇结构的无线传感器网络。
由于无线传感器网络中的传感器节点在进行数据采集和数据传输时需要不断的消耗能量，若不及时对传感器节点进行充电，传感器节点会因为自身能量耗尽而不能进行数据采集和数据传输，因此需要利用移动充电模块定期地对传感器节点进行充电。
在一种可选的实施方式中，各传感器节点周期性地计算自身的饥饿度，当其自身的饥饿度大于预设的饥饿度阈值时，此时，则该传感器节点向移动充电模块发送充电请求，该移动充电模块接收到充电请求后，及时地移动到该传感器节点位置，为该传感器节点进行充电，以保证整个无线传感器网络运行的稳定性。其中，传感器节点的饥饿度值的计算式子为：
Figure BDA0002221354150000061
式中，Hu(sv)为传感器节点sv的饥饿度值，Eres(sv)为传感器节点sv的当前剩余能量值，E2(sv)为传感器节点sv发送充电请求所需能量值，R3(sv)为过去一段时间内传感器节点sv的平均能耗率，t1为移动充电模块接收到充电请求所需的时间，t2为移动充电模块移动到该传感器节点sv所需的时间，Eth(sv)为传感器节点sv能够正常工作的最低能量阈值。
由于传感器节点在感知数据和传输数据过程中需要不断消耗能量，一旦传感器节点低于其正常工作下所需的最低能量阈值时，将导致其不能正常工作，严重的情况下可能会导致该系统监测的准确性，因此，需要周期性地计算各传感器节点的饥饿度，一旦其饥饿度低于设定的饥饿度阈值时，则需要通知移动充电模块及时移动到该传感器节点位置，以为该传感器节点进行充电，在计算传感器节点的饥饿度时，不仅考虑了传感器节点的当前剩余能量值，还考虑其发送充电请求所需能量值，以及发出充电请求到移动充电模块移动到该传感器节点的这段时间的能耗情况，使得计算的传感器节点的饥饿度更接近于实际情况，避免了在移动充电模块还没有移动到该传感器节点时该传感器节点能量耗尽情况的出现，保证了整个无线传感器网络的稳定运行。
本发明提供了一种变电站环境安全监控系统，通过环境监测装置可以获取监测区域内的环境信息，由变电站智能控制终端对采集的环境信息进行分析，确定变电站室内环境是否达到安全指标，进而可以控制环境调节装置工作，调节变电站室内环境，使得变电站室内环境满足安全指标。本发明基于无线传感器网络的环境监测装置采集环境信息并进行传输，无需布线，智能便捷。且在变电站室内环境异常时，可控制环境调节装置工作以改善当前变电站室内环境，实现了对变电站室内环境的自动化监测及调节，无需工作人员从旁协助。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种变电站环境安全监控系统，其特征在于，包括：基于无线传感器网络的环境监测装置、变电站智能控制终端、环境调节装置和远程监控平台；
所述环境监测装置，部署在监测区域内，其用于实时采集变电站室内环境信息，并将采集的环境信息传输至所述变电站智能控制终端；
所述变电站智能控制终端，用于处理所述环境信息，并根据处理后的环境信息向所述环境调节装置发送相应的控制指令；
所述环境调节装置，用于根据接收到的控制指令，控制相应的环境调节设备运作以改善当前变电站室内环境；
所述远程监控平台，与所述变电站智能控制终端通信连接，其用于实时接收所述变电站智能控制终端处理后的环境信息并进行远程监控。
2.根据权利要求1所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，在所述变电站智能控制终端中，所述的根据处理后的环境信息向所述环境调节装置发送相应的控制指令，具体是：当处理后的环境信息超过预设的标准环境阈值时，此时判定当前变电站室内环境异常，所述变电站智能控制终端根据异常结果向所述环境调节装置发送相应的控制指令。
3.根据权利要求2所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，还包括：报警装置，所述报警装置与所述变电站智能控制终端相连，其用于在所述变电站室内环境异常时进行报警。
4.根据权利要求3所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，所述报警装置包括：语音播报模块和灯光警示模块。
5.根据权利要求2所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，还包括：与所述变电站智能控制终端通信连接的移动终端。
6.根据权利要求1所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，所述环境调节装置包括：空调机、排风扇、除湿机、除尘器、空气净化器中的一种或者多种。
7.根据权利要求1所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，所述环境监测装置包括多个传感器节点和汇聚节点，所述传感器节点部署在监测区域内，所述传感器节点通过自组织方式构成一个无线传感器网络；所述传感器节点用于实时采集变电站室内环境信息，所述汇聚节点用于汇聚各传感器节点采集的环境信息并传输至所述变电站智能控制终端。
8.根据权利要求7所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，所述传感器节点包括：温度传感器、湿度传感器、甲醛传感器、氧含量传感器、粉尘传感器、烟雾传感器中的一种或者多种。
9.根据权利要求7所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，所述传感器节点为可充电式传感器节点。
10.根据权利要求7所述的变电站环境安全监控系统，其特征在于，所述传感器节点构成的无线传感器网络为分簇网络结构；所述传感器节点在网络启动时刻进行分簇，从而确定多个传感器节点作为簇首节点，其余传感器节点计算自身加入到各簇首节点的入簇概率值，从而选择加入到入簇概率值最大的簇首节点中，成为该簇首节点的簇成员节点，其中，传感器节点加入到簇首节点的入簇概率值的计算式子为：
Figure FDA0002221354140000021
式中，P(i,chm)为传感器节点i加入到簇首节点chm的入簇概率值，n(chm)为当前簇首节点chm的簇成员节点数，N(chm)为簇首节点chm所允许的最大簇成员数，sgn(f)为符号函数，当f≥0时为1，反之，为0，d(i,chm)为传感器节点i与簇首节点chm之间的空间距离，dmax(chm)为簇首节点chm的最大感知半径，E1(i,chm)为传感器节点i与簇首节点chm之间在进行数据传输时所需消耗的能量值，t0为设定的簇成员节点将单位数据传输至其簇首节点的时长阈值，t(i,chm)为传感器节点i将单位数据传输至簇首节点chm所需时长，
Figure FDA0002221354140000022
为传感器节点i将单位数据传输至各簇首节点所需的平均时长，α为路径损耗因子。
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