CN112379383B - 基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统及方法，该系统包括监控报警装置、监控前端、数据中心和监控终端，监控报警装置根据输电线路通道林木所处位置及监测需要，安装于距离通道林木最近点的输电线路导线上，监控前端安装在输电线路杆塔上。本发明采用基于北斗卫星精确定位技术，能够实时监测林木与输电导线的距离，在监控前端即可完成监测区域内林木与输电导线实施距离判断，不必将大量的视频信息上传至数据中心，处理时效性较高，降低了系统功耗，有效防止通道林木对输电线路距离不足引起的跳闸，并且可以根据监测数分析树木生长速度规律，对林木的生长高度进行预测，有效指导输电线路通道林木的清理工作。
Description
技术领域
本发明属于输电线路通道林木的巡视、监测、预警及防控技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统及方法。
背景技术
输电线路区域跨度较大、周边地形条件复杂、大多处于高山峻岭，通道内树木丛生，高大林木严重影响输电线路的安全运行。近年来，随着生态环境的不断改善，输电线路通道内林木覆盖率越来越高，尤其大量速生树种的栽种，树线矛盾日益突出，由于输电线路通道林木点多面广，再加上导线与林木距离观测受观测角度、观测手段等限制，往往观测距离偏差较大，使得林木管控较为困难。
当前输电线路通道林木的监测多采用人工巡视观测的方式，巡视周期较长，费时费力，效率低下，观测结果偏差较大。如果利用无人机搭载三维激光雷达扫描，数据量非常大，而且不能做到实时监测的目的；因此，设计一种基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统，能够实时监测通道林木对导线的实时距离，还能通过检测数据分析林木生长速度，从根本上解决输电线路通道林木监测问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统及方法。本发明采用基于北斗卫星精确定位技术，探测范围广、定位精度高；通过精确的定位技术，能够实时监测林木与输电导线的距离，在监控前端即可完成监测区域内林木与输电导线实施距离判断，不必将大量的视频信息上传至数据中心，处理时效性较高，降低了系统功耗，有效防止通道林木对输电线路距离不足引起的跳闸，并且可以根据监测数分析树木生长速度规律，对林木的生长高度进行预测，有效指导输电线路通道林木的清理工作。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统，包括：林木监控报警装置、监控前端、数据中心和监控终端；
林木监控报警装置安装于林木所处位置最近的输电线路导线上；
监控前端安装在输电线路杆塔上；
林木监控报警装置包括摄像头、位置信息处理模块、第一电源模块、第一无线传输模块、三维激光雷达扫描探头；第一位置信息处理模块包括用于提取输电导线位置信息的微处理器和与该微处理器相连用于记录时间信息的时钟芯片；摄像头与第一位置信息处理模块电连接，第一位置信息处理模块与第一无线传输模块电连接，三维激光雷达扫描探头与位置信息处理模块电连接；第一电源模块分别与摄像头、位置信息处理模块、第一无线传输模块和三维激光雷达扫描探头电连接并为其提供电源；摄像头用于监控线路通道林木情况；三维激光雷达扫描探头用于扫描林木点云从而确定林木与导线的距离；
监控前端包括数据处理模块、第二电源模块、GPRS通信模块和第二无线传输模块；数据处理模块与GPRS通信模块、第二无线传输模块分别电连接，第二电源模块分别与数据处理模块、GPRS通信模块和第二无线传输模块电连接并为其提供电源；
监控前端与林木监控报警装置通过第二无线传输模块、第一无线传输模块无线连接；监控前端与数据中心通过GPRS通信模块连接，数据中心与监控终端连接。
进一步，优选的是，林木监控报警装置通过北斗授时由时钟芯片获取时间同步信息。
进一步，优选的是，第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用微功率无线传输模块。
进一步，优选的是，第一电源模块包括耦合取电电源模块和可充电锂电池，耦合取电电源模块利用电流互感取能为可充电锂电池充电。
进一步，优选的是，第二电源模块为可充电锂电池。
进一步，优选的是，第二电源模块包括太阳能电池板、充电模块和充电蓄电池，太阳能电池板与充电模块电连接，充电模块与可充电蓄电池电连接，充电模块为充电蓄电池充电。
进一步，优选的是，在输电线路通道内有速生林木的位置最近的输电导线上安装一台或者多台林木监控报警装置。
进一步，优选的是，在输电导线上，每30米安装1台监控报警装置。
进一步，优选的是，监控终端包括计算机和手机移动终端，计算机和手机移动终端通过互联网主动访问和控制监控前端及数据中心以查询或调取监测信息，手机移动终端还用于接收数据中心发送的预警信息。
本申请同时提供一种基于北斗卫星精确定位的输电线路通道林木监测方法，采用基于北斗卫星精确定位的输电线路通道林木监测系统，包括以下步骤：
步骤（1）：通过北斗卫星，林木监控报警装置的位置信息处理模块获取输电线路实时所处位置，摄像头获取线路通道林木情况，三维激光雷达扫描探头扫描林木点云数据；通道林木情况信息、林木点云数据及输电线路实时所处位置信息通过第一无线传输模块发送给监控前端；监控前端对收到的信息进行处理，通过三维激光雷达扫描探头扫描林木点云数据，可以得到与导线最近的林木位置点，输电线路实时所处位置点与该林木位置点之间的距离，即为林木距离输电导线的实时距离；
步骤（2）：监控前端内预先设定有林木距输电导线管控距离范围的不同管控距离的预警阀值，根据林木距离输电导线的实时距离与预警阈值作比较，然后做出相应的预警；规程规定导线对树木的最小安全距离值，按不同电压等级取值优选为：800kV为9m、500kV为7m、220kV4m、110kV为3.5m、35kV为3.5m。
步骤（3）：当线路通道内的林木与导线最小距离小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值时，判断为紧急树障隐患。所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字的形式发给电力相关负责人，同时将预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；
步骤（4）：当线路通道内的林木与导线最小距离大于规程规定导线对树木的最小安全距离，且小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值+3m，判断为重大树障隐患。所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；
步骤（5）：当线路通道内的林木与导线最小距离大于规程规定导线对树木的最小安全距离值+3m，且小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值+9m，且达不到重大隐患标准，判断为一般树障隐患。所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字的形式推送至监控终端。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
目前，当前输电线路通道林木的监测多采用人工巡视观测的方式，巡视周期较长，费时费力，效率低下，尤其受观测视角的影响，观测结果偏差较大。如果利用无人机搭载三维激光雷达扫描，数据量非常大。另外，如果应用安装于杆塔上的视频监测系统，距离杆塔较远的林木就无法清晰准确的观测，而装置电源通常采用太阳能发电的方式受天气影响较大，往往因电量过度消耗，导致整个外破监测系统经常处于停运状态。监测视频及照片信息需要实时传输到后台系统，数据量巨大，传输速度较慢，数据通讯费用较高。
本发明采用基于北斗卫星精确定位技术，应用三维激光雷达扫描确定输电线路通道林木实时位置，能够确通道林木与输电导线的精确距离，根据不同的管控要求发相应的预警信息，并同时将预警信息发送给电力部门相关人员，能够做到实时监测实时预警。不必将大量的视频信息上传至数据中心，处理时效性较高，节约了数据通信费，降低了系统功耗。
根据输电线路树障隐患分级原则及管控要求，当线路通道林木判断为紧急树障隐患时，需要在1天内采取管控措施；当线路通道林木判断为重大树障隐患时，需要在7天内采取管控措施；当线路通道林木判断为一般树障隐患时，需要在30天内采取管控措施；本发明采用不同隐患等级报送信息及时性和信息量有所差异，既能满足管控时限的要求，又能合理优化人力资源、信息资源等，真正达到分层分级管控的目的。
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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统构架图；
图2为本发明系统中林木监控报警装置结构示意图；
图3为本发明系统中监控前端结构示意图；
图4为基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法流程图；
其中，1、林木监控报警装置；2、监控前端；3、数据中心；4、监控终端；11、摄像头；12、位置信息处理模块；13、第一电源模块；14、第一无线传输模块；15、三维激光雷达扫描探头；21、数据处理模块；22、第二电源模块；23、GPRS通信模块；24、第二无线传输模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1~3所示，基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统，包括：林木监控报警装置1、监控前端2、数据中心3和监控终端4；
林木监控报警装置1安装于林木所处位置最近的输电线路导线上；
监控前端2安装在输电线路杆塔上；
林木监控报警装置1包括摄像头11、位置信息处理模块12、第一电源模块13、第一无线传输模块14、三维激光雷达扫描探头15；
第一位置信息处理模块12包括用于提取输电导线位置信息的微处理器和与该微处理器相连用于记录时间信息的时钟芯片；
摄像头11与第一无线传输模块14电连接，第一位置信息处理模块12与第一无线传输模块14电连接，三维激光雷达扫描探头15与位置信息处理模块12电连接；第一电源模块13分别与摄像头11、位置信息处理模块12、第一无线传输模块14和三维激光雷达扫描探头15电连接，为其提供电源；摄像头11用于监控线路通道林木情况；三维激光雷达扫描探头15用于扫描林木点云从而确定林木与导线的距离；
监控前端2包括数据处理模块21、第二电源模块22、GPRS通信模块23和第二无线传输模块24；数据处理模块21与GPRS通信模块23、第二无线传输模块24分别电连接，第二电源模块22分别与数据处理模块21、GPRS通信模块23和第二无线传输模块24电连接，为其提供电源；
监控前端2与林木监控报警装置1通过第二无线传输模块24、第一无线传输模块14无线连接；监控前端2与数据中心3通过GPRS通信模块23连接，数据中心3与监控终端4连接；
林木监控报警装置1通过位置信息处理模块12确定导线每一时刻所处的位置，通过三维激光雷达扫描探头15确定林木的位置，通过摄像头11获取线路通道林木情况，然后把信息传输到监控前端2；监控前端2收到林木监控报警装置1发来的信息，通过数据处理模块判断导线与林木最近距离，并与设定阀值作比较，然后把信息传输到数据中心3；数据中心3储存信息，并分配信息到监控终端4；相关工作人员通过监控终端4获得监测数据和信息。
其中，林木监控报警装置1通过北斗授时由时钟芯片获取时间同步信息。
第一无线传输模块14和第二无线传输模块24均采用微功率无线传输模块。
第一电源模块13包括耦合取电电源模块和可充电锂电池，耦合取电电源模块利用电流互感取为可充电锂电池充电。
第二电源模块22为可充电锂电池。
第二电源模块22包括太阳能电池板、充电模块和充电蓄电池，太阳能电池板与充电模块电连接，充电模块与可充电蓄电池电连接，充电模块为充电蓄电池充电。
在输电线路通道内有速生林木的位置最近的输电导线上安装一台或者多台林木监控报警装置1。
在输电导线上，每30米安装1台监控报警装置1。
监控终端4包括计算机和手机移动终端，计算机和手机移动终端通过互联网主动访问和控制监控前端2及数据中心3以查询或调取监测信息，手机移动终端还用于接收数据中心3发送的预警信息。
如图4所示，一种基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，采用上述基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统，包括以下步骤：
步骤（1）：通过北斗卫星，林木监控报警装置的位置信息处理模块获取输电线路实时所处位置，摄像头获取线路通道林木情况，三维激光雷达扫描探头扫描林木点云数据；通道林木情况信息、林木点云数据及输电线路实时所处位置信息通过第一无线传输模块发送给监控前端；监控前端对收到的信息进行处理，通过三维激光雷达扫描探头扫描林木点云数据，可以得到与导线最近的林木位置点，输电线路实时所处位置点与该林木位置点之间的距离，即为林木距离输电导线的实时距离；
步骤（2）：监控前端内预先设定有林木距输电导线管控距离范围的不同管控距离的预警阀值，根据林木距离输电导线的实时距离与预警阈值作比较，然后做出相应的预警（规程规定导线对树木的最小安全距离值，按不同电压等级取值：800kV为9m、500kV为7m、220kV4m、110kV为3.5m、35kV为3.5m）；
步骤（3）：当线路通道内的林木与导线最小距离小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值时，判断为紧急树障隐患。所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字的形式发给电力相关负责人，同时将预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；
步骤（4）：当线路通道内的林木与导线最小距离大于规程规定导线对树木的最小安全距离，且小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值+3m，判断为重大树障隐患。所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；
步骤（5）：当线路通道内的林木与导线最小距离大于规程规定导线对树木的最小安全距离值+3m，且小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值+9m，判断为一般树障隐患。所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字的形式推送至监控终端。
应用实例
基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统安装于某500kV输电线路，用于监测通道林木与导线距离情况。林木监控报警装置获取输电线路实时所处位置，三维激光雷达扫描探头扫描林木点云数据信息，摄像头获取线路通道林木情况，并发送到监控前端，监控前端对收到的信息进行处理，得到林木距离输电导线的实时距离；如果该距离小于等于9m，则为紧急树障隐患，此预警信息以文字的形式发给电力相关负责人，同时将预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；如果该距离大于9m，且小于等于12m，则为重大树障隐患，此预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；如果该距离大于12m，且小于等于18m，则为一般树障隐患，此预警信息以文字的形式推送至监控终端。
根据输电线路树障隐患分级原则及管控要求，当线路通道林木判断为紧急树障隐患时，需要在1天内采取管控措施；当线路通道林木判断为重大树障隐患时，需要在7天内采取管控措施；当线路通道林木判断为一般树障隐患时，需要在30天内采取管控措施；本发明采用不同隐患等级报送信息及时性和信息量有所差异，既能满足管控时限的要求，又能合理优化人力资源、信息资源等，真正达到分层分级管控的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，采用基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统，
所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测系统，包括：林木监控报警装置（1）、监控前端（2）、数据中心（3）和监控终端（4）；
林木监控报警装置（1）安装于林木所处位置最近的输电线路导线上；
监控前端（2）安装在输电线路杆塔上；
林木监控报警装置（1）包括摄像头（11）、位置信息处理模块（12）、第一电源模块（13）、第一无线传输模块（14）、三维激光雷达扫描探头（15）；
位置信息处理模块（12）包括用于提取输电导线位置信息的微处理器和与该微处理器相连用于记录时间信息的时钟芯片；
摄像头（11）与第一无线传输模块（14）电连接，位置信息处理模块（12）与第一无线传输模块（14）电连接，三维激光雷达扫描探头（15）与位置信息处理模块（12）电连接；第一电源模块（13）分别与摄像头（11）、位置信息处理模块（12）、第一无线传输模块（14）和三维激光雷达扫描探头（15）电连接，为其提供电源；摄像头（11）用于监控线路通道林木情况；三维激光雷达扫描探头（15）用于扫描林木点云从而确定林木与导线的距离；
监控前端（2）包括数据处理模块（21）、第二电源模块（22）、GPRS通信模块（23）和第二无线传输模块（24）；数据处理模块（21）与GPRS通信模块（23）、第二无线传输模块（24）分别电连接，第二电源模块（22）分别与数据处理模块（21）、GPRS通信模块（23）和第二无线传输模块（24）电连接，为其提供电源；
监控前端（2）与林木监控报警装置（1）通过第二无线传输模块（24）、第一无线传输模块（14）无线连接；监控前端（2）与数据中心（3）通过GPRS通信模块（23）连接，数据中心（3）与监控终端（4）连接；
所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法包括以下步骤：
步骤（1）：通过北斗卫星，林木监控报警装置的位置信息处理模块获取输电线路实时所处位置，摄像头获取线路通道林木情况，三维激光雷达扫描探头扫描林木点云数据；通道林木情况信息、林木点云数据及输电线路实时所处位置信息通过第一无线传输模块发送给监控前端；监控前端对收到的信息进行处理，得到通道林木距离输电导线的实时距离；
步骤（2）：监控前端内预先设定有林木距输电导线管控距离范围的不同管控距离的预警阈值，根据林木距离输电导线的实时距离与预警阈值作比较，然后做出相应的预警；
步骤（3）：当线路通道内的林木与导线最小距离小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值时，判断为紧急树障隐患；所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字的形式发给电力相关负责人，同时将预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；
步骤（4）：当线路通道内的林木与导线最小距离大于规程规定导线对树木的最小安全距离，且小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值+3m，判断为重大树障隐患；所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字、图片和视频的形式推送至监控终端；
步骤（5）：当线路通道内的林木与导线最小距离大于规程规定导线对树木的最小安全距离值+3m，且小于等于规程规定导线对树木的最小安全距离值+9m，判断为一般树障隐患；所述监控前端将林木信息通过所述GPRS通信模块上传至数据中心，数据中心将接收到的预警信息以文字的形式推送至监控终端；
监控终端（4）包括计算机和手机移动终端，计算机和手机移动终端通过互联网主动访问和控制监控前端（2）及数据中心（3）以查询或调取监测信息，手机移动终端还用于接收数据中心（3）发送的预警信息。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，林木监控报警装置（1）通过北斗授时由时钟芯片获取时间同步信息。
3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，第一无线传输模块（14）和第二无线传输模块（24）均采用微功率无线传输模块。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，第一电源模块（13）包括耦合取电电源模块和可充电锂电池，耦合取电电源模块利用电流互感取电为可充电锂电池充电。
5.根据权利要求1所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，第二电源模块（22）为可充电锂电池。
6.根据权利要求1所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，第二电源模块（22）包括太阳能电池板、充电模块和充电蓄电池，太阳能电池板与充电模块电连接，充电模块与可充电蓄电池电连接，充电模块为充电蓄电池充电。
7.根据权利要求1所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，在输电线路通道内有速生林木的位置最近的输电导线上安装一台或者多台林木监控报警装置（1）。
8.根据权利要求7所述的基于北斗卫星技术的输电线路通道林木监测方法，其特征在于，在输电导线上，每30米安装1台林木监控报警装置（1）。
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