CN112577548A - 一种电网设备环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网设备环境监测系统，包括通信连接的监测模组、控制器、云平台和用户终端，还包括电源模块，电源模块用于给监测模组和控制器供电，监测模组包括雨量计、水位计、水分计、位移传感器和图像采集模块，雨量计、水位计、水分计、位移传感器和图像采集模块均通信连接至控制器，能够实时监测电网设备所在的区域的多种地质数据，以对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，从而对可能发生的地质灾害进行预测，预防地质灾害发生，减少生命财产的损失，工作高效，减少了人力投入。

Description

一种电网设备环境监测系统

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种电网设备环境监测系统。

背景技术

电网设备中的变电站及输配电线路常常跨域不同的地形地貌单元、区域地质构造单元、水文地质单元及工程地质单元以及矿区等，变电站、杆塔选址设计囿于前期勘察深度和施工运输条件，部分可能距离灾害点很近或者由于近些年人类活动导致已经处于地质灾害面上。对电网设备而言因为特殊的地形地质条件而易发生的地质灾害主要包括小滑坡、崩塌、采空区塌陷、地裂缝等，具有发育时间较长、过程及不明显、突发性强、破坏性大，防治困难的鲜明特点，其直接危害是导致电网设备受损事故发生，从而对电网和国民经济造成重大损失。特别是近几年来，随着极端天气的增多与环境的恶劣化，人为活动产生的破坏也日益频繁，越来越多的事件正在不断的危害着电网设备的安全运行。现有的地质灾害监测预警手段主要依赖人工巡视，愈是特殊气象条件下人为越难企及，人工巡视人力投入大，工作效率低，因此需要一种能够对电网设备所在的时空域进行实时监测的方案，以对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，从而对可能发生的地质灾害进行预测，预防地质灾害发生，减少生命财产的损失。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种电网设备环境监测系统，能够实时监测电网设备所在的区域的多种地质数据，以对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，从而对可能发生的地质灾害进行预测，预防地质灾害发生，减少生命财产的损失，工作高效，减少了人力投入。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电网设备环境监测系统，包括通信连接的监测模组、控制器、云平台和用户终端，还包括电源模块，所述电源模块用于给所述监测模组和所述控制器供电，所述监测模组包括雨量计、水位计、水分计、位移传感器和图像采集模块，所述雨量计、所述水位计、所述水分计、所述位移传感器和所述图像采集模块均通信连接至所述控制器，所述雨量计用于采集电网设备所在区域的降雨量信息并发送给所述控制器，所述水位计用于采集电网设备所在区域的水位信息并发送给所述控制器，所述水分计用于采集电网设备所在区域的土壤水分信息并发送给所述控制器，所述位移传感器用于采集电网设备所在区域的位移信息并发送给所述控制器，所述图像采集模块用于采集电网设备所在区域的图像信息并发送给所述控制器，所述控制器用于将降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息发送至所述云平台，用户能够通过所述用户终端获取所述云平台中的降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息，且用户能够通过所述用户终端发送指令至所述云平台，所述控制器能够从所述云平台获取指令，并根据指令控制所述雨量计、所述水位计、所述水分计、所述位移传感器和所述图像采集模块工作。

进一步地，所述控制器通过NB模块通信连接至所述云平台，用于向所述云平台发送降雨量信息、水位信息、土壤水分信息和位移信息，并获取所述云平台发送的指令。

进一步地，所述NB模块采用ME3616模块。

进一步地，所述控制器还通过4G模块或5G模块通信连接至所述云平台，用于向所述云平台发送图像信息。

进一步地，还包括壳体，所述壳体具有安装腔，所述控制器和所述电源模块设置于所述安装腔内，所述水分计包括探针，所述探针的上端安装于所述壳体。

进一步地，所述水位计包括压力水位计和/或雷达水位计，所述压力水位计设置于所述探针的下端。

进一步地，还包括倾角传感器，所述倾角传感器设置于所述安装腔内，所述倾角传感器通信连接至所述控制器，用于采集所述探针的倾角信息并发送至所述控制器。

进一步地，所述雨量计、所述水位计、所述水分计、所述位移传感器和所述图像采集模块均设置有GPS模块，所述GPS模块通信连接至所述控制器，分别用于将所述雨量计、所述水位计、所述水分计、所述位移传感器和所述图像采集模块的位置信息发送至所述控制器。

进一步地，所述控制器采用TI 16位单片机，工作电压为1.8V～3.6V，具有正常工作模式和低功耗工作模式。

进一步地，所述电源模块包括蓄电池和太阳能板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的监测模组包括雨量计、水位计、水分计、位移传感器和图像采集模块，分别实时采集电网设备所在区域的降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息并发送至控制器，控制器将这些信息发送至云平台，用户通过用户终端获取这些信息，进行分析，能够对对电网设备所在的区域的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施连续、实时、动态的监测，及时获取全面准确的数据，通过对变形因素、相关因素及诱因因素信息的相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，同时揭示电网设备所在的区域的周边实测体滑坡、泥石流、崩塌的规律，对未来可能发生灾害的地段、点做出预测，从而协助供电企业的地质灾害应急预防业务工作能够高效协调地进行，从而预防大面积停电事件发生，减少国家经济与人民生命财产的损失，工作高效，减少了人力投入。

进一步地，由于降雨量信息、水位信息、土壤水分信息和位移信息等属于物理量低速率数据，因此这些数据利用NB模块进行发送，并且利用NB模块获取云平台发送的指令，具有低速率、超低功耗、远距离传输等优点，特别适用于电网设备的特殊安装环境，能够提高待机时间等，提高了本发明工作的可靠性。

进一步地，利用壳体安装控制器、电源模块、倾角传感器和水分计的探针等，并且压力水位计设置于探针的下端，这样实现了多种传感器和模块的集成化，实现了多传感信息的融合，相较于单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特征，经过融合后的传感器信息可提高判断地质灾害的准确性，且有利于整个系统的小型化，使结构更加紧凑，有利于降低成本。

进一步地，电源模块采用蓄电池和太阳能板，这样能使电源模块更长久地供电，能够实现本发明超长时间待机。

附图说明

图1是本发明实施例的结构框图；

图2是本发明实施例的部分结构示意图

图中，100-雨量计、200-水位计、201-压力水位计、300-水分计、301-探针、400-位移传感器、500-图像采集模块、600-GPS模块、700-电源模块、800-控制器、801-NB模块、802-4G模块、803-倾角传感器、804-壳体、805-复位检修窗、900-云平台、1000-用户终端。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

电网设备，例如：杆塔等，经常会安装在野外等环境，野外环境地形条件复杂,地貌类型多样，再加之人为活动，例如采矿等,电网设备所在区域崩塌、滑坡等地质灾害隐患较多，为了实时监测电网设备所在的区域的多种地质数据，本发明实施例提供了一种电网设备环境监测系统，用于对电网设备所在的区域进行地质监测，当然，本发明实施例还可以用于其他情形的地质监测，例如：科学研究、工程建设等方面，并不限于本发明实施例限定的电网设备环境监测。

参见图1，本发明实施例包括通信连接的监测模组、控制器800、云平台900和用户终端1000，监测模组用于实时采集电网设备所在区域的各种地质监测数据并发送给控制器800，控制器800用于将各项数据发送至云平台900进行统计分析，用户通过用户终端1000获取各项数据和统计分析数据等，同时，用户还可以通过用户终端1000经云平台900向控制器800发送指令，控制器800根据指令控制监测模组工作；本发明实施例还包括电源模块700，电源模块700用于给监测模组和控制器800供电。

具体地，监测模组包括雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400和图像采集模块500，雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400和图像采集模块500均通信连接至控制器800，雨量计100用于采集电网设备所在区域的降雨量信息并发送给控制器800，即在降雨时，实时采集降雨的量；水位计200用于采集电网设备所在区域的水位信息并发送给控制器800，即在发生降雨等造成积水时，可采集积水的水位信息；水分计300用于采集电网设备所在区域的土壤水分信息并发送给控制器800，即可采集土壤中的湿度，特别是发生降雨等，采集土壤中含水量；位移传感器400用于采集电网设备所在区域的位移信息并发送给控制器800，即位移传感器400可采集电网设备所在区域的地基沉降、变形等位移信息；图像采集模块500用于采集电网设备所在区域的图像信息并发送给控制器800，即采集电网设备所在区域的环境图像，便于直观了解该区域的情形；控制器800用于将降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息发送至云平台900，用户能够通过用户终端1000获取云平台900中的降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息，且用户能够通过用户终端1000发送指令至云平台900，控制器800能够从云平台900获取指令，并根据指令控制雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400和图像采集模块500工作。

可以理解的是，监测模组包括雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400和图像采集模块500，分别实时采集电网设备所在区域的降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息并发送至控制器800，控制器800将这些信息发送至云平台900，用户通过用户终端1000获取这些信息，进行分析，能够对对电网设备所在的区域的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施连续、实时、动态的监测，及时获取全面准确的数据，通过对变形因素、相关因素及诱因因素信息的相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，同时揭示电网设备所在的区域的周边实测体滑坡、泥石流、崩塌的规律，对未来可能发生灾害的地段、点做出预测，从而协助供电企业的地质灾害应急预防业务工作能够高效协调地进行，从而预防大面积停电事件发生，减少国家经济与人民生命财产的损失，工作高效，减少了人力投入。

具体地，控制器800通过NB模块801通信连接至云平台900，用于向云平台900发送降雨量信息、水位信息、土壤水分信息和位移信息，并获取云平台900发送的指令。由于降雨量信息、水位信息、土壤水分信息和位移信息等属于物理量低速率数据，因此这些数据利用NB模块进行发送，并且利用NB模块获取云平台发送的指令，具有低速率、超低功耗、远距离传输等优点，特别适用于电网设备的特殊安装环境，能够提高待机时间等，提高了本发明工作的可靠性。

优选地，NB模块801采用ME3616模块，采用标准窄带蜂窝联网通信，在NB-IOT制式下，可以提供最大66Kbps上行速率和34Kbps下行速率，采用极小尺寸LCC紧凑型封装，适用于等对于尺寸有严格要求的应用领域，适用于低速率、超低功耗、远距离的物联网应用，特别适用于电网设备的特殊安装环境，支持多网络协议(CoAP、TCP/UDP、MQQT、OMA-LWM2M、oneNET)和多种超低功耗模式(PSM、eDRX)。

具体地，控制器800还通过4G模块802或5G模块通信连接至云平台900，用于向云平台900发送图像信息，因为图像信息为高速数据，占用较宽带宽，因此采用4G模块802或5G模块进行传输，提高本实施例的稳定性和可靠性。优选地，图像采集模块500包括摄像头和/或相机。

具体地，参见图2，本实施例还包括壳体804，壳体804具有安装腔，控制器800和电源模块700设置于安装腔内，水分计300包括探针301，探针301的上端安装于壳体804。

优选地，水位计200包括压力水位计201和/或雷达水位计，压力水位计201设置于探针301的下端。

优选地，本实施例还包括倾角传感器803，倾角传感器803设置于安装腔内，倾角传感器803通信连接至控制器800，用于采集探针301的倾角信息并发送至控制器800。

本实施例利用壳体804安装控制器800、电源模块700、倾角传感器803和水分计300的探针301等，并且压力水位计201设置于探针301的下端，这样实现了多种传感器和模块的集成化，实现了多传感信息的融合，相较于单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特征，经过融合后的传感器信息可提高判断地质灾害的准确性，且有利于整个结构的小型化，使结构更加紧凑，有利于降低成本。

优选地，壳体804具有与安装腔连通的复位检修窗805，通过复位检修窗805可对安装腔内的部件进行安装检修、以及复位等操作，复位检修窗805盖设有盖板，盖板与壳体804活动连接，用于封闭或打开安装腔，盖板封闭时使安装腔密闭，保证部件的安全性以及避免灰尘等杂物进入，盖板打开时，便于安装检修、以及复位等操作。

具体地，雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400和图像采集模块500均设置有GPS模块600，GPS模块600通信连接至控制器800，分别用于将雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400和图像采集模块500的位置信息发送至控制器800，从而可以获取监测部件的地理位置信息，实现精确监测。

优选地，雨量计100包括量雨筒以及重量传感器或位置传感器等，以获取降雨的重量或体积得到雨量信息；位移传感器包括红外位移传感器或激光位移传感器等，安装于电网设备所在区域的土壤表面，用于获取土壤的表面位移信息，即土层沉降或变形等位移信息。

优选地，控制器800采用TI 16位单片机，工作电压为1.8V～3.6V，具有正常工作模式和低功耗工作模式，具体有四种低功耗工作模式：LPM1、LPM2、LPM3和LPM4,且可以方便的在各种工作模式之间切换，在电源电压为3V时,各种模式的工作电流分别为：AM：340uA；LPM1：70uA；LPM2：17uA；LPM3：2uA；LPM4：0.1uA。另外，控制器800可以设置中断、定时机制，在正常状态时，即电网设备所在区域未有降雨、地震等情况时，控制器800处于低功耗工作模式LPM4，也即休眠状态；在发生降雨、地震等情况下，监测模组会发送中断信号给控制器800，以唤醒控制器800切换为正常工作模式或低功耗工作模式LPM1、低功耗工作模式LPM2、低功耗工作模式LPM3进行各项地质数据的采集发送，且在出现异常信息报警情形下，控制器800可以控制图像采集模块500实时采集电网设备所在区域的图像信息，并启动4G模块802或5G模块进行高速信息传输，或者，用户通过用户终端1000经云平台900发送图像采集指令，控制器800获取图像采集指令后控制图像采集模块500采集图像信息，以充分保证系统的低功耗，长时间待机。

优选地，云平台900可以选用华为云平台、电信云平台、阿里云平台或OneNet移动物联网云平台等，数据通过NB模块801发送至云平台900，用户通过用户终端1000从云平台900获取数据进行数据统计分析。用户终端1000具有应用app，应用app具有组织架构管理、角色管理、权限管理、用户管理、密码策略配置、首页自定义、模块自定义、文档上传、修改密码、视频图像采集呈现、分屏、存储、调用、分析等功能，能够实现隐患源分类与统计、隐患排查、落实的管控措施和智能监控、以及系统监测及数据分析，即前端采集的雨量、水位、土壤水分、GPS等后台分类呈现及存储，并可以实现基本的数据分析，实现异常告警等功能；另外还能呈现隐患治理的进度与安排、隐患治理的成绩和输电线路安全培训的相关内容等。

优选地，电源模块700包括蓄电池和太阳能板，利用太阳能板对蓄电池进行充电，这样能使电源模块700更长久地供电，能够实现超长时间待机。蓄电池选用19000mAH/3.7V锂电池，电池的使用寿命不小于3年。

下面对本发明实施例的工作过程进行描述：

在正常状态下，控制器800处于休眠状态；若出现降雨、地震等情况时，监测模组会发送中断信号给控制器800，以唤醒控制器800切换为正常工作模式或低功耗工作模式LPM1、低功耗工作模式LPM2、低功耗工作模式LPM3，从而控制器800控制雨量计100、水位计200、水分计300、位移传感器400、GPS模块600、倾角传感器803、NB模块801等部件正常工作，实时采集各项数据，并发送给控制器800，控制器800利用NB模块801将数据发送至云平台900，用户通过用户终端1000获取云平台900数据；若有数据到达控制器800设定的阈值，则控制器800向云平台900发送预警信息，控制器800控制图像采集模块500和4G模块802或5G模块工作，或者用户根据预警信息选择发送指令给控制器800，控制图像采集模块500采集图像信息。

本发明实施例是基于物联网+的电网设备防汛减灾监测系统，通过物联网硬件技术、物联网云平台技术，将地质信息收集至云平台900，用户终端1000应用软件从云平台900获取数据进行数据统计分析，能够对电网设备所在时空域的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施连续、实事、动态的监测，及时获取全面准确的数据，通过对变形因素、相关因素及诱因因素信息的相关分析处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，同时揭示电网设备所在区域周边实测体滑坡、泥石流、崩塌的规律，对未来可能发生灾害的地段、点做出预测，从而协助相关管理部门的地质灾害业务工作能够高效协调地进行，从而预防地质灾害发生，减少生命财产的损失，从而产生巨大的社会效益和经济效益，工作高效，人力投入较少。

Claims (10)

1.一种电网设备环境监测系统，其特征在于，包括通信连接的监测模组、控制器(800)、云平台(900)和用户终端(1000)，还包括电源模块(700)，所述电源模块(700)用于给所述监测模组和所述控制器(800)供电，所述监测模组包括雨量计(100)、水位计(200)、水分计(300)、位移传感器(400)和图像采集模块(500)，所述雨量计(100)、所述水位计(200)、所述水分计(300)、所述位移传感器(400)和所述图像采集模块(500)均通信连接至所述控制器(800)，所述雨量计(100)用于采集电网设备所在区域的降雨量信息并发送给所述控制器(800)，所述水位计(200)用于采集电网设备所在区域的水位信息并发送给所述控制器(800)，所述水分计(300)用于采集电网设备所在区域的土壤水分信息并发送给所述控制器(800)，所述位移传感器(400)用于采集电网设备所在区域的位移信息并发送给所述控制器(800)，所述图像采集模块(500)用于采集电网设备所在区域的图像信息并发送给所述控制器(800)，所述控制器(800)用于将降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息发送至所述云平台(900)，用户能够通过所述用户终端(1000)获取所述云平台(900)中的降雨量信息、水位信息、土壤水分信息、位移信息和图像信息，且用户能够通过所述用户终端(1000)发送指令至所述云平台(900)，所述控制器(800)能够从所述云平台(900)获取指令，并根据指令控制所述雨量计(100)、所述水位计(200)、所述水分计(300)、所述位移传感器(400)和所述图像采集模块(500)工作。

2.根据权利要求1所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述控制器(800)通过NB模块(801)通信连接至所述云平台(900)，用于向所述云平台(900)发送降雨量信息、水位信息、土壤水分信息和位移信息，并获取所述云平台(900)发送的指令。

3.根据权利要求2所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述NB模块(801)采用ME3616模块。

4.根据权利要求2所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述控制器(800)还通过4G模块(802)或5G模块通信连接至所述云平台(900)，用于向所述云平台(900)发送图像信息。

5.根据权利要求1所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，还包括壳体(804)，所述壳体(804)具有安装腔，所述控制器(800)和所述电源模块(700)设置于所述安装腔内，所述水分计(300)包括探针(301)，所述探针(301)的上端安装于所述壳体(804)。

6.根据权利要求5所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述水位计(200)包括压力水位计(201)和/或雷达水位计，所述压力水位计(201)设置于所述探针(301)的下端。

7.根据权利要求5所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，还包括倾角传感器(803)，所述倾角传感器(803)设置于所述安装腔内，所述倾角传感器(803)通信连接至所述控制器(800)，用于采集所述探针(301)的倾角信息并发送至所述控制器(800)。

8.根据权利要求1-7所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述雨量计(100)、所述水位计(200)、所述水分计(300)、所述位移传感器(400)和所述图像采集模块(500)均设置有GPS模块(600)，所述GPS模块(600)通信连接至所述控制器(800)，分别用于将所述雨量计(100)、所述水位计(200)、所述水分计(300)、所述位移传感器(400)和所述图像采集模块(500)的位置信息发送至所述控制器(800)。

9.根据权利要求1-7所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述控制器(800)采用TI 16位单片机，工作电压为1.8V～3.6V，具有正常工作模式和低功耗工作模式。

10.根据权利要求1-7所述的一种电网设备环境监测系统，其特征在于，所述电源模块(700)包括蓄电池和太阳能板。

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