CN111474495A - 一种基于边缘网关的路灯回路检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于边缘网关的路灯回路检测系统，该系统包括用于检测路灯的电信号的路灯电信号采集设备，根据路灯的电信号和边缘算法分析被测路灯回路的通/断电的边缘网关，以及与边缘网关通信连接的云平台；根据路灯的电信号和边缘算法分析结果实现对被测路灯回路的监控，且为相关路灯管理部门提供了数据支持，进而可以尽可能的减少路灯故障对人身安全和性命的威胁。
Description
技术领域
本发明涉及路灯检测技术领域，特别是涉及一种基于边缘网关的路灯回路检测系统。
背景技术
随着我国城市化进程的不断推进，城市规模不断扩大，路灯的数量也迅速增加，同时在园林绿化、管道铺设等市政工程中开挖路面也经常会破坏路灯电缆，一方面路灯管理维护工作面临更大的压力，另一方面路灯用电安全问题也逐渐凸显。路灯点多面广，一旦漏电就极容易造成严重的人身安全事故。不仅给受害者家庭带来痛苦，政府相关部门也要承担巨额的经济赔偿责任。因路灯漏电而致人伤亡的新闻频频出现在报纸、广播、电视等媒体上，尤其是互联网的普及使得信息的流通更高效，一地出事全国甚至全世界皆知。在百度中搜索“路灯漏电伤人”，竟然返回250万条信息！
而路灯漏电事故的原因是多方面的。有的是路灯灯杆内的电缆绝缘层老化与灯杆搭火；有的是电气光源不合格，如镇流器被击穿导致灯杆带电，或电线接线端子烧毁造成灯杆带电；有的是由于人为破坏造成的灯杆带电；有的是施工质量造成照明设施漏电；还有就是恶劣的自然环境造成的灯杆带电，如雷雨、台风、地震等自然灾害。
路灯作为市政公共设施，漏电时刻威胁着人民群众的生命安全，如何科学有效的解决漏电问题，成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于边缘网关的路灯回路检测系统，能够实时检测路灯的工作状态，并上报相关路灯管理部门，以便于相关路灯管理部门能及时准确的做出处理决策，尽可能的降低路灯对人身安全造成的伤害。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于边缘网关的路灯回路检测系统，所述检测系统包括：
路灯电信号采集设备，连接于被测路灯回路中的每一盏路灯上，用于检测所述路灯的电信号；所述电信号包括所述被测路灯回路的功率、三相电流、保护接地线电流和灯杆漏电流的一种或多种；
边缘网关，通过无线传输方式与所述路灯电信号采集装置通信连接，用于接收所述路灯的电信号，并根据所述路灯的电信号和所述边缘网关中存储的边缘算法分析所述被测路灯回路的通/断电；
云平台，与所述边缘网关通信连接，并用于获取所述边缘网关存储的所述路灯的电信号和边缘算法分析结果，并将所述路灯的电信号和边缘算法分析结果；发送至相关管理者所持的智能终端；同时所述云平台还用于获取相关管理者通过所述智能终端发来的请求指令和控制指令，并传输至所述边缘网关，由所述边缘网关按照所述请求指令获取对应的请求信息，以及按照所述控制指令控制所述被测路灯回路的通/断电；所述请求指令包括所述电信号的采集和选择。
可选的，所述边缘网关包括边缘算法单元；所述边缘算法单元根据漏电分析算法、断路分析算法、短路分析算法和能耗分析算法对获取的所述电信号进行分析，并将边缘算法分析结果发送至所述云平台。
可选的，所述边缘网关还包括处理器以及分别与所述处理器通信连接的存储单元、信息交互单元、报警处理单元和机器学习算法单元；
所述存储单元用于存储供所述处理器调用的所述路灯电信号采集设备采集的数据、数据传输协议和多功能电能表通信规约；
所述信息交互单元用于完成所述边缘网关与物联网控制器的通信、所述边缘网关与所述云平台的通信、以及所述边缘网关与各个数据采集器件的通信；
所述报警处理单元用于根据所述边缘算法分析结果进行报警处理；
所述机器学习算法单元用于根据积累的数据对所述边缘算法单元进行机器学习，实现所述边缘算法单元的升级。
可选的，所述信息交互单元包括网络接口和数据采集接口，所述网络接口和所述数据采集接口均与所述处理器连接，用于各种数据的传输。
可选的，所述数据采集接口包括电表采集模块、回路采集模块、温度采集模块和协调器；
所述电表采集模块与所述电表/功率计连接，用于获取功率数据；
所述回路采集模块通过继电器输入输出接口与被测路灯回路连接，用于采集保护接地线电流和三相电流；
所述温度采集模块与设于三相电线的温度传感器连接，用于采集三相电线温度；
所述协调器分别与每一路灯的物联网控制器连接，用于获取每一所述路灯物联网控制器采集的路灯电信号。
可选的，所述边缘网关还包括定时器和计时器。
可选的，所述云平台包括管控中心模块以及分别与所述管控中心模块连接的边缘网关交互模块、报警管理模块、数据管理模块、算法升级模块和数据存储管理模块；
所述边缘网关交互模块与所述边缘网关通信连接，用于实现与所述边缘网关的数据通信；
所述数据管理模块用于根据所述管控中心模块的控制指令管理元数据、历史数据、报表和日志；
所述数据存储管理模块用于管理存储于所述云平台内的数据，所述数据包括元数据、历史数据、报表和日志；
所述算法升级模块用于根据所述云平台内积累的数据对所述边缘网关内的漏电分析算法、短路分析算法、断路分析算法和能耗分析算法进行优化升级；
所述报警管理模块根据所述报警处理模块的处理结果进行相应的报警。
可选的，所述云平台还包括应用管理模块，所述应用管理模块与所述管控中心模块连接，所述应用管理模块用于管理智能终端的应用访问和数据交互。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于边缘网关的路灯回路检测系统包括用于检测路灯的电信号的路灯电信号采集设备，根据路灯的电信号和断路判定方法控制被测路灯回路的通/断电的边缘网关，以及与边缘网关通信连接的云平台；根据路灯的电信号和断路判定结果实现对被测路灯回路的监控，且为相关路灯管理部门提供了数据支持，进而可以尽可能的减少路灯故障对人身安全和性命的威胁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于边缘网关的路灯回路检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于边缘网关的路灯回路检测系统中边缘网关的结构框图；
图3为本发明实施例提供的基于边缘网关的路灯回路检测系统中云平台的结构框图；
图4为本发明实施例提供的路灯回路漏电检测系统中边缘网关连接路灯的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的路灯回路漏电检测系统中保护接地线电流检测装置连接结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供的基于边缘网关的路灯回路检测系统包括路灯电信号采集设备1、边缘网关2和云平台3。
其中，路灯电信号采集设备1，连接于被测路灯回路Lm中的每一盏路灯Lmn上，用于检测所述路灯Lmn的电信号；所述电信号包括所述被测路灯回路Lm的功率、三相电流、保护接地线电流和灯杆漏电流的一种或多种；
边缘网关2，通过无线传输方式与所述路灯电信号采集装置1通信连接，用于接收所述路灯的电信号，并根据所述路灯的电信号和所述边缘网关2中存储的边缘算法分析所述被测路灯回路Lm的通/断电；
云平台3，与所述边缘网关2通信连接，并用于获取所述边缘网关2存储的所述路灯的电信号和边缘算法分析结果，并将所述路灯的电信号和边缘算法分析结果；发送至相关管理者所持的智能终端；同时所述云平台3还用于获取相关管理者通过所述智能终端发来的请求指令和控制指令，并传输至所述边缘网关2，由所述边缘网关2按照所述请求指令获取对应的请求信息，以及按照所述控制指令控制所述被测路灯回路Lm的通/断电；所述请求指令包括所述电信号的采集和选择。
路灯电信号采集设备1在路灯安装部署完成后，其任意一个回路线缆长度、线缆截面积、线缆类型、线缆电阻率、所带路灯个数、路灯负载的功耗等等参数，都写入控制该回路的边缘网关2；系统调试时矫正空载时三相电流INA、INB、INC，将校准的参数输入边缘网关部署。
一个智慧照明项目会有数十个以上的边缘网关，云平台会将边缘网关的处理结果以报警的形式反馈给管理人员，管理人员结合经验和云平台里分析算法去处理该报警。
本路灯回路检测系统是基于边缘网关处理技术，漏电、断电、短路等判断分析主要是边缘网关内置的边缘算法来处理分析，边缘网关根据预置的处理策略结合分析结果，给出回路控制处理策略上报至云平台，并将采集的相关有效数据发送给云平台。
这样如果发现漏电等异常情况，边缘网关能够在0.1秒完成分析和处理，能够保证发现异常在0.1秒内给有效的处理策略，实现的及时有效的处理路灯回路异常。而如果是在云平台端进行处理分析，网络延时为1到2秒的时间，数据的传入和传出一来一回需要2到4秒，如有异常情况发生，等待云平台下发处理结果，可能不测的情况都已经发生，严重影响了异常或事故的处理效率。
注：人体在通过电流的时候还能自主的摆脱带电体的电流大小：感知电流大小为5毫安，男人为16毫安，女性为10毫安；一般保护人身安全的漏电流开关大小定为30毫安，动作时间是0.1秒。
如图2所示，本实施例中，该边缘网关2包括边缘算法单元；所述边缘算法单元根据漏电分析算法、断路分析算法、短路分析算法和能耗分析算法对获取的所述电信号进行分析，并将边缘算法分析结果发送至所述云平台。
其中，边缘算法单元包括处理器以及分别与所述处理器通信连接的处理器以及分别与所述处理器通信连接的存储单元、信息交互单元、报警处理单元和机器学习算法单元；
所述存储单元用于存储供所述处理器调用的所述路灯电信号采集设备采集的数据、数据传输协议和多功能电能表通信规约；其中，数据传输协议包括MQTT(消息队列遥测传输)协议、Ethernet(以太网)协议和OTA(空中下载技术)；多功能电能表通信规约为DLT645。该存储单元包括代码存储器、数据存储器和随机存储器；代码存储器用于存储边缘算法和机器学习算法的代码，以及控制该边缘网关中各个单元协调工作的代码。
所述信息交互单元用于完成所述边缘网关与物联网控制器的通信、所述边缘网关与所述云平台的通信、以及所述边缘网关与各个数据采集器件的通信；
所述报警处理单元用于根据所述边缘算法分析结果进行报警处理；
所述机器学习算法单元用于根据积累的数据对所述边缘算法单元进行机器学习，实现所述边缘算法单元的升级；
该信息交互单元包括网络接口和数据采集接口，所述网络接口和所述数据采集接口均与所述处理器连接，用于各种数据的传输。
所述数据采集接口包括电表采集模块、回路采集模块、温度采集模块和协调器；
所述电表采集模块与所述电表/功率计连接，用于获取功率数据；
所述回路采集模块通过继电器输入输出接口与被测路灯回路Lm连接，用于采集保护接地线电流和三相电流；
温度采集模块与设于三相电线的温度传感器连接，用于采集三相电线温度；
所述协调器分别与每一路灯物联网控制器连接，用于获取每一所述路灯物联网控制器采集的路灯电信号。
为了实现定时和计时，所述边缘网关还包括定时器和计时器。
如图3所示，所述云平台3包括管控中心模块以及分别与所述管控中心模块连接的边缘网关交互模块、报警管理模块、数据管理模块、算法升级模块和数据存储管理模块；
所述边缘网关交互模块与所述边缘网关通信连接，用于实现与所述边缘网关的数据通信；
所述数据管理模块用于根据所述管控中心模块的控制指令管理元数据、历史数据、报表和日志；
所述数据存储管理模块用于管理存储于所述云平台3内的数据，所述数据包括元数据、历史数据、报表和日志；
所述算法升级模块用于根据所述云平台内积累的数据对所述边缘网关内的漏电分析算法、短路分析算法、断路分析算法和能耗分析算法进行优化升级。
初期边缘网关预置的分析算法比较粗糙，但是随着云平台端数据的积累，可以在云平台上对这些边缘算法进行优化升级，并将这些优化升级的算法下发给各个边缘网关，取代边缘网关里原有相关的分析算法。
所述报警管理模块根据所述报警处理模块的处理结果进行相应的报警。
当需要相关管理者利用其所持智能终端发出控制指令和数据请求时，云平台3还包括应用管理模块，所述应用管理模块与所述管控中心模块连接，所述应用管理模块用于管理智能终端的应用访问和数据交互。
需要说明的是，本实施例中，路灯电信号采集设备1可以是采集被测路灯回路Lm的功率的电表/功率计、三相电流表、保护接地线电流采集装置和灯杆漏电流采集装置中的一种或多种；且具体的断路判定方法如下：
一、当路灯电信号采集设备1包括电表/功率计、三相电流表和线缆温度传感器时：
当所述被测路灯回路Lm先通电，且路灯还没有开灯时，采集回路上的三相电流分别是IA、IB、IC和三相线缆的温度tA、tB、tC，此线缆的电阻率为ρ，导线电阻温度系数为a，回路长度为L，截面积为S，此三相线缆的阻值RA、RB、RC为：
RA＝(1+a*tA)*ρL/S；
RB＝(1+a*tB)*ρL/S；
RC＝(1+a*tC)*ρL/S；
线损功率PL为：PL＝IA 2*RA+IB 2*RB+IC 2*RC；
回路的功耗Pt是：PtL1＝PcL11+PcL12+PcL13+……+PcL1n+PL；其中，PtL1表示第一条被测路灯回路L1的功率损耗，PcL1n表示第一条被测路灯回路L1中的第n个路灯L1n的控制器+LED电源+LED灯的功率损耗；
1)当所述功率计采集的第一条被测路灯回路L1的功率P<PtL1,且P<90％PtL1,IA+IB+IC<INA+INB+INC+ICL11+ICL12+ICL13+……+ICL1n时，第一条被测路灯回路L1存在断路的可能，所述边缘网关2根据路灯L1n入网情况，结合路灯L1n在回路上位置的分布数据、以及访问应答数据和边缘网关2预置的断路判定算法，给出最终判定结果，并上报云平台3及关联的管理者，管理者接警后通过实际检测给出检测结果，并在系统里将处理结果上传，系统自动将处理结果发给对应边缘网关2，为边缘网关2的边缘计算和机器学习提供有效数据支撑。
2)当P>105％PtL1时，采集三相电流IA、IB、IC，获取控制器的空载电流IcL和回路电流误差β，执行电流比较流程：
(1)当(1+β)*I+0.01<IA+IB+IC<(1+β)*I+0.03，其中I为线路正常时电流，I＝INA+INB+INC+IcL11+IcL12+IcL13+……+IcL1n；则：
上报所述边缘网关2，所述边缘网关2根据预置设置来确定是否自动关闭回路，并以报警的形式上报云平台3及关联的管理者，以供管理者及时做出处理方案以及处理反馈上报云平台3。
(2)当IA+IB+IC>(1+β)*I+0.03，则：
所述边缘网关2立即关闭回路，并以报警的形式上报云平台3及关联的管理者，以供管理者及时做出处理方案以及处理反馈上报云平台3。
需要说明的是，本文中的“预置设置”是指已建立的多种漏电控制处理模型，即根据边缘算法和实时采集到的数据分析的结果，将该结果导入相应的漏电控制处理模型。
二、当路灯电信号采集设备1包括保护接地线电流检测装置时：
如图5所示，保护接地线电流检测装置，连接于三相五线供电系统中的保护接地线上，并与所述边缘网关2通信连接，用于检测三相五线供电系统中保护接地线上的电流，并将所述保护接地线电流传输至所述边缘网关2；
所述边缘网关2将所述保护接地线电流与所述边缘网关2内存储的保护接地线电流阈值范围进行比较，根据比较结果控制所述被测路灯回路Lm的通/断电；该实施方式具体的断路判定方法如下：
当所述保护接地线电流5mA<IPE<10mA，边缘网关2实时检测，并将检测的数据以报警的形式上报云平台3及关联的管理者，以供管理者及时做出处理方案；
当所述保护接地线电流10mA<IPE<30mA，边缘网关2实时检测，所述边缘网关2根据预置设置来确定是否自动关闭回路，并以报警的形式上报云平台3及关联的管理者，以供管理者及时做出处理方案以及处理反馈上报云平台3。
当所述保护接地线电流30mA<IPE，所述边缘网关2立即自动切断负载电源，并则上报所述边缘网关2立即关闭回路，以供管理者及时做出处理方案以及处理反馈上报云平台3。
三、当路灯电信号采集设备1为灯杆漏电流采集装置11和路灯物联网控制器12时：
该灯杆漏电流采集装置11在本实施例中采用的是连接于所述路灯物联网控制器12的电流采集接口的电流采集线111，所述电流采集线111连接于所述路灯Lmn的灯杆上，如图4所示，所述被测路灯回路Lm中所有的所述路灯物联网控制器12的相对接地线121均连接于一绝对接地线122上，且所述绝对接电线连接所述边缘网关2的相对接地线21。
路灯物联网控制器12，设置于每一盏路灯Lmn上，且与所述灯杆漏电流采集装置11通信连接，用于接收所述灯杆的漏电流；所述路灯物联网控制器12通过无线传输方式与所述边缘网关2通信连接，所述边缘网关2将所述灯杆的漏电流与所述边缘网关2中存储的漏电流阈值进行比较，根据比较结果控制所述被测路灯回路Lm的通/断电。该实施方式具体的断路判定方法如下：
当所述灯杆的漏电流ILP<5mA时，所述路灯物联网控制器12定时检测，并将检测的数据上传至所述边缘网关2和云平台3，以历史数据的形式存储起来，用于之后的数据分析；
当所述灯杆的漏电流5mA<ILP<10mA时，所述路灯物联网控制器12实时检测，并将检测的数据以报警的形式上报所述边缘网关2、云平台3及关联的管理者，以供管理者及时做出处理方案；其中关联的管理者持有智能终端4，关联的管理者通过智能终端4查看警情信息和发出请求指令和控制指令，当然云平台3也可以发出请求指令和控制指令，具体情况视关联的管理者的工作位置而定。
当所述灯杆的漏电流10mA<ILP<30mA时，所述路灯物联网控制器12实时检测，并将检测的数据以报警的形式上报所述边缘网关2、云平台及关联的管理者，且所述路灯物联网控制器12自动切断负载电源；如果切断负载电源灯杆上的漏电流ILP大幅度降低，所述路灯物联网控制器12直接上报故障原因；如果切断负载电源灯杆上的漏电流ILP没有变化，则上报所述边缘网关2，所述边缘网关2根据预置设置来确定是否自动关闭回路，并以报警的形式上报云平台及关联的管理者，以供管理者及时做出处理方案以及处理反馈上报云平台。
当所述灯杆的漏电流ILP>30mA时，所述路灯物联网控制器12实时检测，且立即自动切断负载电源；如果切断负载电源灯杆上的漏电流ILP在10mA和30mA之间，则上报所述边缘网关2、云平台及关联的管理者，所述边缘网关2根据预置设置来确定是否自动关闭回路；如果切断负载电源灯杆上的漏电流ILP没有变化，则上报所述边缘网关2，所述边缘网关2立即关闭回路，以供管理者及时做出处理方案以及处理反馈上报云平台3。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：
路灯电信号采集设备，连接于被测路灯回路中的每一盏路灯上，用于检测所述路灯的电信号；所述电信号包括所述被测路灯回路的功率、三相电流、保护接地线电流和灯杆漏电流的一种或多种；
边缘网关，通过无线传输方式与所述路灯电信号采集装置通信连接，用于接收所述路灯的电信号，并根据所述路灯的电信号和所述边缘网关中存储的边缘算法分析所述被测路灯回路的通/断电；
云平台，与所述边缘网关通信连接，并用于获取所述边缘网关存储的所述路灯的电信号和边缘算法分析结果，并将所述路灯的电信号和边缘算法分析结果；发送至相关管理者所持的智能终端；同时所述云平台还用于获取相关管理者通过所述智能终端发来的请求指令和控制指令，并传输至所述边缘网关，由所述边缘网关按照所述请求指令获取对应的请求信息，以及按照所述控制指令控制所述被测路灯回路的通/断电；所述请求指令包括所述电信号的采集和选择。
2.根据权利要求1所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述边缘网关包括边缘算法单元；所述边缘算法单元根据漏电分析算法、断路分析算法、短路分析算法和能耗分析算法对获取的所述电信号进行分析，并将边缘算法分析结果发送至所述云平台。
3.根据权利要求2所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述边缘网关还包括处理器以及分别与所述处理器通信连接的存储单元、信息交互单元、报警处理单元和机器学习算法单元；
所述存储单元用于存储供所述处理器调用的所述路灯电信号采集设备采集的数据、数据传输协议和多功能电能表通信规约；
所述信息交互单元用于完成所述边缘网关与物联网控制器的通信、所述边缘网关与所述云平台的通信、以及所述边缘网关与各个数据采集器件的通信；
所述报警处理单元用于根据所述边缘算法分析结果进行报警处理；
所述机器学习算法单元用于根据积累的数据对所述边缘算法单元进行机器学习，实现所述边缘算法单元的升级。
4.根据权利要求3所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述信息交互单元包括网络接口和数据采集接口，所述网络接口和所述数据采集接口均与所述处理器连接，用于各种数据的传输。
5.根据权利要求4所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述数据采集接口包括电表采集模块、回路采集模块、温度采集模块和协调器；
所述电表采集模块与所述电表/功率计连接，用于获取功率数据；
所述回路采集模块通过继电器输入输出接口与被测路灯回路连接，用于采集保护接地线电流和三相电流；
所述温度采集模块与设于三相电线的温度传感器连接，用于采集三相电线温度；
所述协调器分别与每一路灯的物联网控制器连接，用于获取每一所述路灯物联网控制器采集的路灯电信号。
6.根据权利要求2-5任一项所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述边缘网关还包括定时器和计时器。
7.根据权利要求1所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述云平台包括管控中心模块以及分别与所述管控中心模块连接的边缘网关交互模块、报警管理模块、数据管理模块、算法升级模块和数据存储管理模块；
所述边缘网关交互模块与所述边缘网关通信连接，用于实现与所述边缘网关的数据通信；
所述数据管理模块用于根据所述管控中心模块的控制指令管理元数据、历史数据、报表和日志；
所述数据存储管理模块用于管理存储于所述云平台内的数据，所述数据包括元数据、历史数据、报表和日志；
所述算法升级模块用于根据所述云平台内积累的数据对所述边缘网关内的漏电分析算法、短路分析算法、断路分析算法和能耗分析算法进行优化升级；
所述报警管理模块根据所述报警处理模块的处理结果进行相应的报警。
8.根据权利要求7所述的基于边缘网关的路灯回路检测系统，其特征在于，所述云平台还包括应用管理模块，所述应用管理模块与所述管控中心模块连接，所述应用管理模块用于管理智能终端的应用访问和数据交互。
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