CN112304283A - 基于北斗和4g双模通信的杆塔状态智能监测终端及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，包括一壳体、设置在壳体表面的4G天线和北斗天线、设置在壳体内部的传感器、处理器。处理器中设定有监测周期，处理器根据监测周期定时启动传感器。传感器启动后连续采集杆塔的多个倾斜角度数据并发送至处理器。处理器中设定有数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值。处理器判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若超过第二阈值，处理器立即发送预警信息至通信模块，所述预警信息包括倾斜角度数据；否则，处理器根据数据传输周期定时发送倾斜角度数据至通信模块。通信模块将接收到的数据通过4G天线或北斗天线发送至远程监控平台。
Description
技术领域
本发明涉及基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端及方法，属于电力设备监测技术领域。
背景技术
杆塔是电力系统输电线路的重要基础结构，实时了解杆塔的状态，对于保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。以往单纯依靠人力对杆塔进行定期巡检及人为观测的方式，不仅工作效率低下、操作不方便、人工和维护成本巨大，而且很难发现杆塔的隐蔽性故障。
因而近些年输电线路杆塔智能监测技术迅速发展。其中，利用传感器与移动通信技术实现杆塔状态在线监测的技术方案经济有效，已经开始在电力行业进行大量开发和推广。其工作原理为：采用传感器将测量的杆塔参数转换为数字信号，然后通过通信网络传输给后台的计算机系统，利用计算机系统将在线采集到的数字信号进行分析及转换处理。
但目前在线监测系统的通信技术普遍采用GSM、GPRS等公众网络无线通信进行实时数据的传输，但国内相当大一部分的输电线路处于环境复杂、位置偏远、公共网络没有覆盖或者网络不稳定的区域，无法使用公众网络完成在线监测功能。
专利号CN205751206U的《一种基于北斗技术的电力铁塔变形监测装置》中，北斗卫星信号接收天线接收北斗卫星信号，并通过北斗卫星信号处理板将地表定位观测数据传输给微处理器。倾角测量装置作为前端数据采集系统，完成地下位移数据的采集，并通过总线将采集的数据传输给微处理器。微处理器对接收到的数据进行处理，计算出铁塔的实时状态信息，并通过无线通信模块和无线公网信号发射天线将铁塔的实时状态信息完整无误地传输到远程监测平台。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端及方法，通过4G网络及北斗数据传输双模通信，实现公共网络无法覆盖或者信号不稳定区域内杆塔信息的采集和处理工作。
本发明的技术方案如下：
技术方案一：
基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，包括：一壳体、设置在壳体表面的4G天线和北斗天线、设置在壳体内部的传感器、处理器、4G通信模块、北斗通信模块、电源模块。所述电源模块分别与传感器、处理器、4G通信模块、北斗通信模块电连接。
所述传感器与处理器电连接。处理器中设定有监测周期，处理器根据监测周期定时启动传感器。传感器启动后连续采集杆塔的多个倾斜角度数据并发送至处理器。
处理器中设定有数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值。处理器判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若超过第二阈值，处理器立即发送预警信息至通信模块，所述预警信息包括倾斜角度数据；否则，处理器根据数据传输周期定时发送倾斜角度数据至通信模块。
所述处理器分别与4G通信模块、北斗通信模块电连接。处理器根据4G通信模块反馈的4G信号值选择使用4G通信模块或北斗通信模块。
所述4G通信模块与4G天线电连接；4G通信模块通过4G天线将接收到的数据发送至远程监控平台。所述北斗通信模块与北斗天线电连接；北斗通信模块将接收到的数据通过北斗天线发送至远程监控平台。
进一步的，处理器根据倾斜角度值，调整数据传输周期，具体步骤为：
预设一用于调整数据传输周期的第一阈值。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均不超过第一阈值，则延长数据传输周期。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均超过第一阈值，则缩短数据传输周期。
进一步的，所述4G通信模块、北斗通信模块、4G天线、北斗天线均在完成数据传输后进入休眠状态。若发送的数据为预警信息，则延时一段时间后再进入休眠状态。
进一步的，所述远程监控平台的接收端设有一协议转换模块，用于将接收到的北斗短报文转换为远程监控平台可识别的数据格式。
进一步的，还包括一安全加密模块；
所述安全加密模块与处理器电连接；所述处理器将倾斜角度数据发送至安全加密模块，安全加密模块对倾斜角度数据进行加密并将加密后的倾斜角度数据返回至处理器。
技术方案二：
基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测方法，包括以下步骤：
预设一监测周期。每个监测周期连续采集杆塔的多个倾斜角度数据。
预设数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值。
判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若倾斜角度值超过第二阈值，则通过4G通信协议或北斗短报文协议将预警信息发送至远程监控平台。所述预警信息包括倾斜角度数据。
否则，根据数据传输周期，进一步判断是否到达发送倾斜角度数据的时间节点，若到达，通过4G通信协议或北斗短报文协议将倾斜角度数据发送至远程监控平台。
进一步的，还包括根据倾斜角度值，调整数据传输周期，具体步骤为：
预设一用于调整数据传输周期的第一阈值。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均不超过第一阈值，则延长数据传输周期。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均超过第一阈值，则缩短数据传输周期。
进一步的，所述倾斜角度数据的接收端将接收到的北斗短报文转换为远程监控平台可识别的数据格式。
进一步的，还包括对所述倾斜角度数据进行加密，发送加密后的数据至远程监控平台。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过4G网络及北斗数据传输双模通信方式，实现公共网络无法覆盖或者信号不稳定区域内杆塔信息的采集和处理工作。
2、本发明根据倾斜角度值，动态调整数据传输周期，极大降低了功耗(经测试发现，能降低至原来的20％)，同时降低电网系统网络的通信流量，减轻远程监控平台的负担。
3、本发明只对远程监控平台数据接收的算法进行少量改造，实现对多个北斗短报文的接收与转换，提高了实用性。
4、本发明通过安全加密模块，提高数据传输的安全性。
附图说明
图1为本发明中所述监测终端的组成图，图中标有数据流向；
图2为本发明中所述监测方法的流程图；
图3为本发明中所述监测终端与远程监控平台的通信示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
参见图1，基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，包括一壳体、设置在壳体表面的4G天线和北斗天线、设置在壳体内部的传感器、处理器、4G通信模块、北斗通信模块、电源模块。所述电源模块分别与传感器、处理器、4G通信模块、北斗通信模块电连接。
所述传感器与处理器电连接。处理器中设定有监测周期，处理器根据监测周期定时启动传感器；传感器启动后连续采集杆塔的多个倾斜角度数据(采集杆塔顺线和横向两个方向的倾斜角度)并发送至处理器。
处理器中设定有数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值。处理器判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若超过第二阈值，处理器立即发送预警信息至通信模块，所述预警信息包括倾斜角度数据；否则，处理器根据数据传输周期定时发送倾斜角度数据至通信模块。
所述处理器分别与4G通信模块、北斗通信模块电连接。处理器根据4G通信模块反馈的4G信号值选择使用4G通信模块或北斗通信模块。当4G信号稳定时，选择4G通信模块。若当前地区未被4G网络覆盖或4G信号不稳定，选择北斗通信模块。
所述4G通信模块与4G天线电连接；4G通信模块通过4G天线将接收到的数据发送至远程监控平台。本实施例中的4G通信模块支持大部分通信标准，包括TD-LTE、FDO-LTE、WCDMA、TD-SCDMA、GSM/GPRS/EDGE等。不需要进行任何修改即可接入到标准协议的远程监控平台。
所述北斗通信模块与北斗天线电连接；北斗通信模块将接收到的数据通过北斗天线发送至远程监控平台。
本实施的有益效果在于，通过4G网络及北斗数据传输双模通信方式，实现公共网络无法覆盖或者信号不稳定区域内杆塔信息的采集和处理工作。
实施例二
进一步的，处理器根据倾斜角度值，调整数据传输周期，具体步骤为：
预设一用于调整数据传输周期的第一阈值。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均不超过第一阈值，则延长数据传输周期(比如，由1小时延长为2小时)。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均超过第一阈值，则缩短数据传输周期。以50m以下杆塔为例，第一阈值设置为0.02。顺线和横向两个方向的倾斜角度均为2°，经三角函数计算转换为无单位的数值0.05。0.05>0.02，则将数据传输周期从2小时缩短为1小时。
进一步的，4G通信模块、北斗通信模块、4G天线、北斗天线均在完成数据传输后进入休眠状态以降低功耗。若发送的数据为预警信息，则延时一段时间后(比如延时1分钟)后再进入休眠状态。
北斗短报文模块的增加极大的提高了终端的功耗，增加了对电池容量的要求，进而也增加了终端的体积和成本。本实施例的进步之处根据倾斜角度值，动态调整数据传输周期，极大降低了功耗(经测试发现，能降低至原来的20％)，同时降低电网系统网络的通信流量，减轻远程监控平台的负担。
实施例三
进一步的，参见图3，北斗通信模块会将倾斜角度数据封装为北斗短报文，其使用的通信协议与远程监控平台不兼容。故在远程监控平台的接收端设置一协议转换模块，将多个北斗短报文转换为远程监控平台可识别的数据格式。
本实施例的进步之处在于只对远程监控平台数据接收的算法进行少量改造，实现对多个北斗短报文的接收与转换，提高了实用性。
实施例四
进一步的，还包括一安全加密模块。所述安全加密模块与处理器电连接，所述处理器将倾斜角度值至发送至安全加密模块；安全加密模块对倾斜角度值进行加密(SM1加密算法、SM2加密算法、SM3加密算法等)，并将加密后的倾斜角度值返回处理器。
本实施例的进步之处在于通过安全加密模块，提高数据传输的安全性。
实施例五
参见图2，基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测方法，包括以下步骤：
预设一监测周期。每个监测周期连续采集杆塔的多个倾斜角度数据(倾斜角度又分为顺线和横向两个方向)。
预设数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值。
判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若倾斜角度值超过第二阈值，则通过4G通信协议或北斗短报文协议将预警信息发送至远程监控平台。所述预警信息包括倾斜角度数据。
否则，根据数据传输周期，进一步判断是否到达发送倾斜角度数据的时间节点，若到达，通过4G通信协议或北斗短报文协议将倾斜角度数据发送至远程监控平台。4G通信协议包括TD-LTE、FDO-LTE、WCDMA、TD-SCDMA、GSM/GPRS/EDGE等，不需要进行任何修改即可接入到标准协议的远程监控平台。
当4G信号稳定时，选择4G通信协议。若当前地区未被4G网络覆盖或4G信号不稳定，选择北斗短报文协议。
本实施的有益效果在于，通过4G网络及北斗数据传输双模通信方式，实现公共网络无法覆盖或者信号不稳定区域内杆塔信息的采集和处理工作。
实施例六
进一步的，参见图3，还包括根据倾斜角度值，调整数据传输周期，具体步骤为：
预设一用于调整数据传输周期的第一阈值。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均不超过第一阈值，则延长数据传输周期。若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均超过第一阈值，则缩短数据传输周期。以50m以下杆塔为例，第一阈值设置为0.02。顺线和横向两个方向的倾斜角度均为2°，经三角函数计算转换为无单位的数值0.05。0.05>0.02，则将数据传输周期从2小时缩短为1小时。
实施例七
进一步的，所述倾斜角度数据的接收端将接收到的北斗短报文转换为远程监控平台可识别的数据格式。
本实施例的进步之处在于只对远程监控平台数据接收的算法进行少量改造，实现对多个北斗短报文的接收与转换，提高了实用性
实施例八
进一步的，还包括对所述倾斜角度数据进行加密(SM1加密算法、SM2加密算法、SM3加密算法等)，发送加密后的数据至远程监控平台。
本实施例的进步之处在于对传输的数据进行安全加密，提高数据传输的安全性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，其特征在于，包括一壳体、设置在壳体表面的4G天线和北斗天线、设置在壳体内部的传感器、处理器、4G通信模块、北斗通信模块、电源模块；所述电源模块分别与传感器、处理器、4G通信模块、北斗通信模块电连接；
所述传感器与处理器电连接；处理器中设定有监测周期，处理器根据监测周期定时启动传感器；传感器启动后连续采集杆塔的多个倾斜角度数据并发送至处理器；
处理器中设定有数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值；处理器判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若超过第二阈值，处理器立即发送预警信息至通信模块，所述预警信息包括倾斜角度数据；否则，处理器根据数据传输周期定时发送倾斜角度数据至通信模块；
所述处理器分别与4G通信模块、北斗通信模块电连接，处理器根据4G通信模块反馈的4G信号值选择使用4G通信模块或北斗通信模块；
所述4G通信模块与4G天线电连接；4G通信模块通过4G天线将接收到的数据发送至远程监控平台；所述北斗通信模块与北斗天线电连接；北斗通信模块将接收到的数据通过北斗天线发送至远程监控平台。
2.根据权利要求1所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，其特征在于，处理器根据倾斜角度值，调整数据传输周期，具体步骤为：
预设一用于调整数据传输周期的第一阈值；若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均不超过第一阈值，则延长数据传输周期；若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均超过第一阈值，则缩短数据传输周期。
3.根据权利要求2所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，其特征在于，所述4G通信模块、北斗通信模块、4G天线、北斗天线均在完成数据传输后进入休眠状态；若发送的数据为预警信息，则延时一段时间后再进入休眠状态。
4.根据权利要求1所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，其特征在于，所述远程监控平台的接收端设有一协议转换模块，用于将接收到的北斗短报文转换为远程监控平台可识别的数据格式。
5.根据权利要求1所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测终端，其特征在于，还包括一安全加密模块；
所述安全加密模块与处理器电连接；所述处理器将倾斜角度数据发送至安全加密模块，安全加密模块对倾斜角度数据进行加密并将加密后的倾斜角度数据返回至处理器。
6.基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测方法，其特征在于，包括以下步骤为：
预设一监测周期；每个监测周期连续采集杆塔的多个倾斜角度数据；
预设数据传输周期和用于判断是否需要预警的第二阈值；
判断倾斜角度值是否超过第二阈值，若倾斜角度值超过第二阈值，则通过4G通信协议或北斗短报文协议将预警信息发送至远程监控平台，所述预警信息包括倾斜角度数据；
否则，根据数据传输周期，进一步判断是否到达发送倾斜角度数据的时间节点；若到达，通过4G通信协议或北斗短报文协议将倾斜角度数据发送至远程监控平台。
7.根据权利要求6所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测方法，其特征在于，还包括根据倾斜角度值，调整数据传输周期，具体步骤为：
预设一用于调整数据传输周期的第一阈值；若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均不超过第一阈值，则延长数据传输周期；若在一个监测周期内连续采集到的多个倾斜角度数据均超过第一阈值，则缩短数据传输周期。
8.根据权利要求6所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测方法，其特征在于，所述倾斜角度数据的接收端将接收到的北斗短报文转换为远程监控平台可识别的数据格式。
9.根据权利要求6所述的基于北斗和4G双模通信的杆塔状态智能监测方法，其特征在于，还包括对所述倾斜角度数据进行加密，发送加密后的数据至远程监控平台。
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