CN112462449A - 基于数据融合的智慧线路综合监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于数据融合的智慧线路综合监控系统，包括：感知模块、通信模块、主站模块；所述感知模块用于采集线路参数和环境参数；所述通信模块用于汇集所述感知模块的线路参数和环境参数，并通过网络传输到主站模块；所述主站模块用于对所述感知模块进行控制，并对接收到的线路参数和环境参数进行分析和展示。

Description

基于数据融合的智慧线路综合监控系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是一种基于数据融合的智慧线路综合监控系统。

背景技术

2019年3月，国家电网有限公司针对电力物联网做出了两个阶段的战略安排，计划到2021年初步建成电力物联网，实现业务协同和数据贯通，初步实现统一物联管理，支撑电网业务与新兴业务发展。到2024年建成电力物联网，全面实现业务协同、数据贯通和统一物联管理，全面形成共建共治共享的能源互联网生态圈。2019年7月发布了《智慧物联体系2019年建设方案》，针对输电部分发布了22典型应用场景的设计方案。

随着泛在电力物联网的建设，输电线路将迎来巡检方式的巨大变革，基于各类业务数据融合基础上的智慧巡检将成为主要的巡检方式，而作为智慧巡检核心的综合监控关键技术将朝着数字化、自主化、智能化的方向发展，以保障输电线路的高效运营。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的目的是提供一种基于数据融合的智慧线路综合监控系统，能够对结构化数据和非结构化数据进行融合。

为了实现上述目的，本发明实施例提出了一种基于数据融合的智慧线路综合监控系统，包括：感知模块、通信模块、主站模块；

所述感知模块用于采集线路参数和环境参数；

所述通信模块用于汇集所述感知模块的线路参数和环境参数，并通过网络传输到主站模块；

所述主站模块用于对所述感知模块进行控制，并对接收到的线路参数和环境参数进行分析和展示。

在一些实施例中，其中所述感知模块包括：

导线覆冰监测单元，用于确定架空输电线路本体及其周边环境冰情特征信息，定性、定量分析输电线路覆冰状况，以使所述主站模块预测冰情发展趋势；

微气象监测单元，用于确定输电线路走廊局部气象环境信息，实时监测线路区域温度、湿度、风向、风速、降雨量、气压；

杆塔倾斜监测单元，用于确定感知层杆塔倾斜装置采集的杆塔横向倾斜、纵向倾斜，以使所述主站模块预测倒塔事故；

导线风偏监测单元，用于确定输电线路风偏在线监测装置采集的数据，以使确定对风偏状况进行实时在线监测；

导线温度监测单元，用于确定输电线路导线温度在线监测装置采集的数据，以使所述主站模块依据输电线路动态增容理论模型，对导线或导线连接金具温度进行实时监测；

导线舞动监测单元，用于确定导线舞动监测数据，以使所述主站模块获得有关舞动的基本数据；

分布式故障监测单元，用于确定输电线路异常状态智能诊断装置采集的数据，对线路上正在发生的绝缘子污秽、绝缘子劣化、树障放电、金具浮放电、线路覆冰的异常放电现象进行分类辨识和及时预警；

无人机/巡检机器人，用于接收无人机、巡检机器人在巡检时采集的视频、图像；

红外监测单元，安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，用于监测输电线路周边环境；

高清视频监控单元，安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，用于采集视频、图像。

在一些实施例中，所述网络模块包括汇聚节点和网络通道；

其中所述汇聚节点用于连接所述感知模块，以接收感知模块的各个传感器的数据；

其中所述网络通道用于将汇聚节点接收到的数据发送到主站模块。

在一些实施例中，所述主站模块包括：

服务单元，所述服务单元用于连接所述感知模块以对所述感知模块的各个传感器进行控制。

在一些实施例中，所述主站模块包括：

可视化巡检单元，用于接收高清视频监控单元和无人机/巡检机器人，以将视频、图像展示给巡检人员；

状态监测单元，用于接收导线覆冰监测单元、微气象监测单元、杆塔倾斜监测单元、导线风偏监测单元、导线温度监测单元、导线舞动监测单元、分布式故障监测单元、红外监测单元的监测数据，并对监测数据进行分析和展示；

智能报警单元，用于接入具有边缘计算和图像识别能力的设备产生的报警、事件、图像、线路异常信息、红外监测设备产生的温度报警信息；

智慧巡线单元，用于通过图像识别技术在可视化巡检的基础上智能识别线路缺陷，出发报警；并通过大数据分析技术分析状态监测各类数据的关联关系对对线路状态进行预警；并结合线路缺陷、状态监测预警综合分析输电线路状态，为运维和检修提供决策支持。

在一些实施例中，所述主站模块包括：

数据存储单元，用于存储结构化数据和非结构化数据，其中结构化数据包含设备基础数据、设备运行状态、设备报警信息、杆塔倾斜、微气象数据，结构化数据存储在Postgresql9.2和海量数据库中；非结构化数据包括视频、录像、图像数据。

在一些实施例中，所述主站模块包括：智能巡检单元，用于进行智能巡检；其中所述智能巡检单元包括：

巡检地图子单元，用于在地图上显示线路的走向，杆塔的位置信息；单击杆塔能够浏览实时视频、图像、线路状态监测信息；

视频巡检子单元，用于实现巡检地图、实时视频、录像管理；

图像巡检子单元，用于实现巡检地图、图片巡检、主动抓拍、计划抓拍；其中所述图像巡检子单元支持红外图像拍摄；

无人机巡检子单元，用于连接无人机以接收无人机以短视频的方式实时的回传巡视画面；并将短视频进行连续播放以实现无人机巡检的实时监控。

在一些实施例中，所述主站模块包括：智能分析单元，用于实现通道隐患查询、事件报警、红外报警、线路故障报警、杆塔缺陷库管理。

在一些实施例中，所述主站模块包括：线路状态监测单元，用于接收杆塔倾斜、微气象、微风振动、导线温度、风偏数据，并以看板的形式展示实时数据，单击具体的数据项时显示该数据的变化趋势。

在一些实施例中，所述主站模块包括：智能联动抓拍单元，用于在线路状态发生异常时，自动触发联动策略，调用摄像头抓拍指定位置的图片，与相应的报警关联。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种基于数据融合的智慧线路综合监控系统，构建结构化数据和非结构化数据(视频、图像)的统一业务模型，是智慧线路综合监控系统的基础，使各类业务数据融合，统一进行数据分析，最终实现动态增容预测、覆冰预测、微风振动监测、地质灾害预测、线路故障诊断等功能，提升输电线路的智能巡检水平，减少运维成本、保证输电线路的稳定、可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的原理图；

图2为本发明实施例的系统逻辑框图；

图3为本发明实施例的系统技术架构图。

具体实施方式

为了说明本发明的一种基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。

本发明实施例的技术方案的原理如图1所示的，实现原理如图1，感知层设备数据汇聚到汇聚节点(通信机箱)，通信机箱借助专用的通信网络将数据上传至监控中心，监控中心主站系统将数据融合处理，最终实现智慧线路综合监控系统应用。

本发明实施例的系统总体架构如图2所示的，从数据和应用的角度，系统包括三部分:感知模块(也称为感知层)、通信模块(也称为通信层)、主站模块(也称为主站层)，其中感知层实现各个杆塔和线路的信息采集，包括视频信息和数据信息；通信层实现信息传输，包括汇聚各个感知设备采集到的信息，通过电力光纤、专网、4G/5G等通讯方式接入到电力数据专网，将数据信息接入到主站系统中；主站层实现各类结构化和非结构化的数据接收、处理、存储、分发及展示。

感知层

感知层主要负责采集、汇聚、分析输电线路实际环境中的实时数据(包括防山火有关监测数据、防外力破坏有关数据、杆塔状态数据、微气象数据、导线运营数据等)，无人机、巡检机器人通过网络层直接将数据上送到主站层，实现智慧线路感知层多种传感器的接入和数据融合，整体分析监控杆塔运行健康状态，综合巡视。

安装在线路杆塔上的传感器、装置类型有：

(1)导线覆冰监测

接入架空输电线路本体及其周边环境冰情特征信息，定性、定量分析输电线路覆冰状况并预测冰情发展趋势。

(2)微气象监测

接入输电线路走廊局部气象环境信息，实时监测线路区域温度、湿度、风向、风速、降雨量、气压等气象参数。

(3)杆塔倾斜监测

接入感知层杆塔倾斜装置采集的杆塔横向倾斜、纵向倾斜等数据和报警信息，预防倒塔事故的发生。

(4)导线风偏监测

接入输电线路风偏在线监测装置采集的数据，实现对风偏状况的实时在线监测，可以有效的预防风偏引起的相间闪络、金属夹具损坏、线路跳闸停电、拉倒杆塔、导线折断等损失和事故。

(5)导线温度监测

接入输电线路导线温度在线监测装置采集的数据，依据输电线路动态增容理论模型，对导线或导线连接金具温度进行实时监测。

(6)导线舞动监测

接入导线舞动监测数据，获得有关舞动的基本数据，为舞动理论研究、防止舞动方案等提供数据支撑。预防跳闸、导线电弧烧伤、金具损坏断裂、导线断股、塔材和螺丝变形、断线、倒塔等事故。

(7)分布式故障监测装置

接入输电线路异常状态智能诊断装置采集的数据，对线路上正在发生的绝缘子污秽、绝缘子劣化、树障放电、金具浮放电、线路覆冰5种典型异常放电现象进行分类辨识和及时预警，能够做到将故障防患于未然，对提高线路安全运行水平、缓解运维工作强度具有重要意义。

(8)无人机/巡检机器人

接入无人机、巡检机器人巡检采集的视频、图像，并与智慧线路综合监控系统进行融合。

(9)红外监测装置

安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，监测输电线路周边环境，通过温度变化监测山火隐患。

(10)高清视频监控装置

高清视频监测装置安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，每基杆塔可以安装多套高清视频监测装置。

网络层

网络层由电力无线专网、电力APN通道、电力光纤网等通信通道及相关网络设备组成，为输电线路运维提供高可靠、高安全、高带宽的数据传输通道。汇聚节点对所有传感器和装置的数据进行汇总，统一上送到监控中心，汇聚节点也称为通信机箱。

主站层

主站层包括服务子层，服务子层是主站层的分支，用于实现与感知层设备连接，对所有设备进行集中管理，实现结构化数据和非结构化数据的全采集，并对数据进行的分析，同时为主站层应用提供支撑。

其中，主站层将智慧线路的应用场景分为可视化巡检、状态监测、智慧巡线三个综合性业务，具体如下：

(1)可视化巡检

可视化巡检通过视频、图像两种方式进行，为巡检人员提供最直观的巡检手段，掌握线路运行状态。视频和图像的来源包括在杆塔上安装的视频监控装置、图像监拍装置，无人机、机器人巡检时回传的视频或图像。适用于线路较短或杆塔数量较少的应用场景，不需要耗费大量的人力资源。

(2)状态监测

通过对微气象、杆塔倾斜、导线覆冰、导线风偏、导线温度、导线舞动、红外监测等数据进行监测，分析线路可能发生的危害。适用于线路较短或杆塔数量较少的应用场景，不需要耗费大量的人力资源。

(3)智能报警

接入具有边缘计算、图像识别装置产生的报警、事件、图像、线路异常等信息以及红外监测设备产生的温度报警信息。

(4)智慧巡线

通过图像识别技术在可视化巡检的基础上智能识别线路缺陷，出发报警；通过大数据分析技术分析状态监测各类数据的关联关系对对线路状态进行预警；结合线路缺陷、状态监测预警综合分析输电线路状态，为运维和检修提供决策支持。

智慧巡线实现了线路缺陷和运行故障的精确定位，将运维和检修人员从大量的数据中解脱出来，提升线路运行的安全性和经济性。

本发明实施例的技术架构如图3所示的，技术架构图描述了输电线路通道可视化系统技术路线及数据的接入、存储、展示、控制等过程的实现细节。

数据存储：数据分类为结构化数据和非结构化数据，其中结构化数据包含设备基础数据、设备运行状态、设备报警信息、杆塔倾斜、微气象等数据，结构化数据存储在Postgresql9.2和海量数据库中；非结构化数据包括视频、录像、图像等。

设备接入和控制：服务层实现了与感知层设备连接，对所有设备进行集中管理，实现结构化数据和非结构化数据的全采集，并对数据进行的分析，并为主站层提供支撑。

本发明实施例的系统，其功能架构为：系统采用微服务架构开发，集中部署的模式，主要是用于定时自动或手动对特高压线路进行远程巡检、数据接入，包含相关数据的分析、处理、图片存储、展示等功能，具体如下：

1、智能巡检

(1)巡检地图

在地图上显示线路的走向，杆塔的位置信息。单击杆塔能够浏览实时视频、图像、线路状态监测等信息。

(2)视频巡检

包括巡检地图、实时视频、录像管理等视频巡检功能。

(3)图像巡检

包括巡检地图、图片巡检、主动抓拍、计划抓拍等图片巡检功能；支持红外图像抓拍。

(4)无人机巡检

支持与无人机巡检集成，无人机以短视频的方式实时回传巡视画面，主站系统连续播放短视频，最终实现无人机巡检的实时监控。

2、智能分析

实现了包括通道隐患查询、事件报警、红外报警、线路故障报警、杆塔缺陷库管理等功能。

3、线路状态监测

接入杆塔倾斜、微气象、微风振动、导线温度、风偏等数据，并以看板的形式展示实时数据，单击具体的数据项，可查看该数据的变化趋势。

4、智能联动抓拍

当线路状态发生异常时，自动触发联动策略，调用摄像头抓拍指定位置的图片，与相应的报警关联。

5运维管理：

(1)设备管理：该模块用于记录和查询设备参数，主要包括杆塔编号、经度、纬度等信息。

(2)配置工具：支持摄像头配置信息，如登录密码、ip地址、端口号、抓拍计划等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，包括：感知模块、通信模块、主站模块；

所述感知模块用于采集线路参数和环境参数；

所述通信模块用于汇集所述感知模块的线路参数和环境参数，并通过网络传输到主站模块；

所述主站模块用于对所述感知模块进行控制，并对接收到的线路参数和环境参数进行分析和展示。

2.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，其中所述感知模块包括：

导线覆冰监测单元，用于确定架空输电线路本体及其周边环境冰情特征信息，定性、定量分析输电线路覆冰状况，以使所述主站模块预测冰情发展趋势；

微气象监测单元，用于确定输电线路走廊局部气象环境信息，实时监测线路区域温度、湿度、风向、风速、降雨量、气压；

杆塔倾斜监测单元，用于确定感知层杆塔倾斜装置采集的杆塔横向倾斜、纵向倾斜，以使所述主站模块预测倒塔事故；

导线风偏监测单元，用于确定输电线路风偏在线监测装置采集的数据，以使确定对风偏状况进行实时在线监测；

导线温度监测单元，用于确定输电线路导线温度在线监测装置采集的数据，以使所述主站模块依据输电线路动态增容理论模型，对导线或导线连接金具温度进行实时监测；

导线舞动监测单元，用于确定导线舞动监测数据，以使所述主站模块获得有关舞动的基本数据；

分布式故障监测单元，用于确定输电线路异常状态智能诊断装置采集的数据，对线路上正在发生的绝缘子污秽、绝缘子劣化、树障放电、金具浮放电、线路覆冰的异常放电现象进行分类辨识和及时预警；

无人机/巡检机器人，用于接收无人机、巡检机器人在巡检时采集的视频、图像；

红外监测单元，安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，用于监测输电线路周边环境；

高清视频监控单元，安装在铁塔下横担以下塔身内部或杆塔主材，用于采集视频、图像。

3.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述网络模块包括汇聚节点和网络通道；

其中所述汇聚节点用于连接所述感知模块，以接收感知模块的各个传感器的数据；

其中所述网络通道用于将汇聚节点接收到的数据发送到主站模块。

4.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：

服务单元，所述服务单元用于连接所述感知模块以对所述感知模块的各个传感器进行控制。

5.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：

可视化巡检单元，用于接收高清视频监控单元和无人机/巡检机器人，以将视频、图像展示给巡检人员；

状态监测单元，用于接收导线覆冰监测单元、微气象监测单元、杆塔倾斜监测单元、导线风偏监测单元、导线温度监测单元、导线舞动监测单元、分布式故障监测单元、红外监测单元的监测数据，并对监测数据进行分析和展示；

智能报警单元，用于接入具有边缘计算和图像识别能力的设备产生的报警、事件、图像、线路异常信息、红外监测设备产生的温度报警信息；

智慧巡线单元，用于通过图像识别技术在可视化巡检的基础上智能识别线路缺陷，出发报警；并通过大数据分析技术分析状态监测各类数据的关联关系对对线路状态进行预警；并结合线路缺陷、状态监测预警综合分析输电线路状态，为运维和检修提供决策支持。

6.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：

数据存储单元，用于存储结构化数据和非结构化数据，其中结构化数据包含设备基础数据、设备运行状态、设备报警信息、杆塔倾斜、微气象数据，结构化数据存储在Postgresql9.2和海量数据库中；非结构化数据包括视频、录像、图像数据。

7.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：智能巡检单元，用于进行智能巡检；其中所述智能巡检单元包括：

巡检地图子单元，用于在地图上显示线路的走向，杆塔的位置信息；单击杆塔能够浏览实时视频、图像、线路状态监测信息；

视频巡检子单元，用于实现巡检地图、实时视频、录像管理；

图像巡检子单元，用于实现巡检地图、图片巡检、主动抓拍、计划抓拍；其中所述图像巡检子单元支持红外图像拍摄；

无人机巡检子单元，用于连接无人机以接收无人机以短视频的方式实时的回传巡视画面；并将短视频进行连续播放以实现无人机巡检的实时监控。

8.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：智能分析单元，用于实现通道隐患查询、事件报警、红外报警、线路故障报警、杆塔缺陷库管理。

9.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：线路状态监测单元，用于接收杆塔倾斜、微气象、微风振动、导线温度、风偏数据，并以看板的形式展示实时数据，单击具体的数据项时显示该数据的变化趋势。

10.根据权利要求1所述的基于数据融合的智慧线路综合监控系统，其特征在于，所述主站模块包括：智能联动抓拍单元，用于在线路状态发生异常时，自动触发联动策略，调用摄像头抓拍指定位置的图片，与相应的报警关联。

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