CN112818998A - 一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，具有这样的特征，包括多个故障监测端，分别设置在架空线路的多个预定位置上，用于对架空线路绝缘子的故障情况进行监测，具有采集部、信息处理部以及故障监测端传输部，采集部用于获取绝缘子的图像信息以及位置信息，信息处理部用于对图像信息进行处理、判断绝缘子是否发生故障以及产生故障信息，故障监测端传输部将位置信息和故障信息进行输出；以及中控端，具有中控端传输部和显示部，中控端传输部与多个故障监测端传输部通信连接，接收各个故障监测端传输的故障信息和位置信息，显示部显示故障信息和位置信息；其中，故障监测端传输部和中控端传输部通过Lora通信技术实现通信连接。

Description

一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展，我国对能源的需求越来越大，超高压大容量电力线路大幅扩建。电力系统最重要的任务是提供高质量和可靠性的电力，而电力传输必须依靠高压输电线路，它的安全稳定运行直接影响到电力系统的可靠性。
输电线路要将巨大的电流从发电厂送到远方用户，必须具有两个基本条件，一是为传输电流的导线提供机械支撑；二是防止电流对地形成通道接地，而架空线路绝缘子就具备这两种基本功能，所以架空线路绝缘子在输电线路中占有重要地位。然而，架空线路绝缘子在高压输电线路中又是极易损坏的一个重要元件。
在输电线路中一旦有架空线路绝缘子破损，就会丧失绝缘能力，导致供电中断，严重时甚至造成电网解裂，给国民经济造成严重损失。因此必须对架空线路绝缘子进行监测，保证线路运行状况得到及时反馈。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统。
本发明提供了一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，具有这样的特征，包括：多个故障监测端，分别设置在架空线路的多个预定位置上，用于分别对各个预定位置处的架空线路绝缘子的故障情况进行监测，具有采集部、信息处理部以及故障监测端传输部，采集部用于获取绝缘子的图像信息以及故障点的位置信息，信息处理部用于对图像信息进行处理、判断绝缘子是否发生故障以及产生故障信息，故障监测端传输部将位置信息和故障信息进行输出；以及中控端，具有中控端传输部和显示部，中控端传输部与多个故障监测端传输部通信连接，接收各个故障监测端传输的故障信息和位置信息，显示部显示故障信息和位置信息；其中，故障监测端传输部和中控端传输部通过Lora通信技术实现通信连接。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，采集部包括北斗定位单元以及图像采集单元，北斗定位单元用于获取绝缘子的位置信息，图像采集单元用于获取绝缘子的图像信息。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，信息处理部包括特征提取单元以及故障识别单元，特征提取单元用于提取绝缘子的图像特征信息，故障识别单元用于通过图像特征信息判断绝缘子是否故障。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，图像特征提取单元的特征提取过程包括通过OpenCV软件对图像采集单元采集的图像进行预处理，得到架空线路绝缘子的特征区域，最后通过对典型形状描述的比较，完成对架空线路绝缘子的特征提取。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，故障识别单元采用边缘检测算法对架空线路绝缘子表面破损情况进行检测，以及采用灰度值变化模式匹配法对架空线路绝缘子边缘缺口破损情况进行检测。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，中控端传输部与多个故障监测端传输部按照多节点网络组网方式连接。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，多节点网络组网方式采用网络拓扑结构。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，多节点网络组网采用广度优先搜索方法进行组网，用来增加通信距离；广度优先搜索方法组网包括由中控端发送第一指令至相邻节点的故障监测端传输部，接收到第一指令的故障监测端传输部与中控端直接通信，并向下一个节点的故障监测端传输部发送第二指令，接收到第二指令的故障监测端传输部与发送第二指令的故障监测端传输部直接通信，间接与中控端通信，并向再下一个节点发送第三指令，按照此方式逐级向下发送指令，直到所有节点加入组网。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，架空线路绝缘子故障监测系统的监测过程包括步骤S1，将多个故障监测端安装在架空线路的多个预定位置上；S2，对故障监测端供电后初始化数据，故障监测端进入组网模式，开始自动组网，组网完成后架空线路绝缘子故障监测系统进行通信；S3，当中控端收到组网完成信号后进入正常工作模式，采集部定时提取架空线路绝缘子的图像信息，并由信息处理部进行特征提取以及进行故障识别后判断是否存在故障；S4，若信息处理部判断存在故障，则故障监测端收集故障信息并通过采集部获取故障点的位置信息，将故障信息和位置信息一起通过S2的通信网络逐级传输至中控端；S5，中控端接收并显示故障信息和位置信息。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，故障识别单元采用边缘检测算法对架空线路绝缘子表面破损情况进行检测，以及采用灰度值变化模式匹配法对架空线路绝缘子边缘缺口破损情况进行检测。
在本发明提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，中控端传输部和故障监测端传输部均包含Lora数传模块。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，由于故障监测端定时对架空线路绝缘子的破损情况进行监测并通过Lora通信技术即时反馈故障情况至中控端，所以本发明所涉及的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统具有定时远程监测架空线路绝缘子故障情况的功能，保证了线路运行状况的及时反馈。
附图说明
图1是本发明的实施例中基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统的系统示意图；
图2是本发明的实施例中基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统的系统细化示意图；
图3是本发明的实施例中基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统的网络拓扑结构图；以及
图4是本发明的实施例中基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所涉及的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统作具体阐述。
如图1－3所示，本实施例中，基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统100包括多个故障监测段10和中控端20。
多个故障监测端10分别设置在架空线路的多个预定位置上，用于分别对各个预定位置处的架空线路绝缘子的故障情况进行监测，架空线路绝缘子的故障情况即架空线路绝缘子的破损情况。故障监测端10包括采集部11、信息处理部12以及故障监测端传输部13。
采集部11包括北斗定位单元111和图像采集单元112。北斗定位单元111用于获取故障点的位置信息。图像采集单元112包括摄像机，该摄像机与信息处理部12相连，用于获取绝缘子的图像信息。
信息处理部12包括图像特征提取单元121和故障识别单元122。
图像特征提取单元121用于对图像信息进行处理，图像信息处理的步骤包括：
步骤SA1，用OpenCV软件对图像采集单元112获取的图像进行灰度处理以生成灰度图像。
步骤SA2，采用中值滤波以去除噪声，对去除噪声后的图像进行图像分割，得到架空线路绝缘子的特征区域。
步骤SA3，对特征区域进行形态学处理、区域标记和轮廓跟踪，以得到架空线路绝缘子的轮廓。
步骤SA4，通过对典型形状描述的比较，以特征的不变性作为选择的标准，确定圆形度、细长度、占空比、长短径比和Tchebichef不变矩作为特征向量，完成对架空线路绝缘子的特征提取，重点区分破损部分与背景物的差别。
故障识别单元122用于判断绝缘子是否发生故障，采用canny算子对架空线路绝缘子表面破损情况进行检测，以及采用纵向切线灰度值变化模式匹配法对架空线路绝缘子边缘缺口破损情况进行检测。
故障监测端传输部13将位置信息和故障信息进行输出。
中控端20具有中控端传输部21和显示部22。
中控端传输部21与多个故障监测端传输部13按照多节点网络组网方式通过Lora通信技术实现通信连接，接收各个故障监测端10传输的故障信息和位置信息。
多节点网络组网方式采用网络拓扑结构，且故障监测端传输部13和中控端传输部21均包括Lora数传模块。多节点网络组网采用广度优先搜索方法进行组网，用来增加通信距离。广度优先搜索方法组网的步骤包括：
步骤SB1，由中控端20发送第一指令至相邻节点的故障监测端传输部13。
步骤SB2，接收到第一指令的故障监测端传输部13与中控端20直接通信，并向下一个节点的故障监测端传输部13发送第二指令。
步骤SB3，接收到第二指令的故障监测端传输部13与发送第二指令的故障监测端传输部13直接通信，间接与中控端20通信，并向再下一个节点发送第三指令，按照此方式逐级向下发送指令，直到所有节点加入组网。
显示部22显示故障信息和位置信息。
如图4所示，基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统100的监测过程包括：
步骤SC1，将多个故障监测端10安装在架空线路的多个预定位置上，并将多个故障监测端10的图像采集单元112分别对准对应预定位置的架空线路绝缘子。
步骤SC2，对故障监测端10供电后初始化数据，故障监测端10进入组网模式，开始自动组网，组网完成后基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统进行通信。
步骤SC3，当中控端20收到组网完成信号后进入正常工作模式，图像采集单元112定时提取架空线路绝缘子的图像信息，并由图像特征提取单元121进行特征提取和故障识别单元122进行故障识别后判断是否存在故障。
步骤SC4，若故障识别单元122判断存在故障，则故障监测端10收集故障信息并通过北斗定位单元111获取故障点的位置信息，将故障信息和位置信息一起通过S2的通信网络逐级传输至中控端20。
步骤SC5，中控端20接收并显示故障信息和位置信息。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，由于故障监测端定时对架空线路绝缘子的破损情况进行监测并通过Lora通信技术即时反馈故障情况至中控端，所以本发明所涉及的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统具有定时远程监测架空线路绝缘子故障情况的功能，保证了线路运行状况的及时反馈。
本实施例提供的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，因为中控端传输部与多个故障监测端传输部按照网络拓扑结构的多节点网络组网方式连接，从而采用广度优先搜索方法进行组网，增加了故障监测端和中控端之间的通信距离，所以本发明所涉及的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统的应用不受架空线路长度限制，保证了实用性。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，用于对架空线路上绝缘子的故障情况进行监测，其特征在于，包括：
多个故障监测端，分别设置在所述架空线路的多个预定位置上，用于分别对各个所述预定位置处的架空线路绝缘子的故障情况进行监测，具有采集部、信息处理部以及故障监测端传输部，所述采集部用于获取绝缘子的图像信息以及故障点的位置信息，所述信息处理部用于对所述图像信息进行处理、判断所述绝缘子是否发生故障以及产生故障信息，所述故障监测端传输部将所述位置信息和所述故障信息进行输出；以及
中控端，具有中控端传输部和显示部，所述中控端传输部与多个所述故障监测端传输部通信连接，接收各个所述故障监测端传输的所述故障信息和所述位置信息，所述显示部显示所述故障信息和所述位置信息；
其中，所述故障监测端传输部和所述中控端传输部通过Lora通信技术实现通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述采集部包括北斗定位单元以及图像采集单元，所述北斗定位单元用于获取绝缘子的位置信息，所述图像采集单元用于获取绝缘子的图像信息。
3.根据权利要求1所述的基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述信息处理部包括特征提取单元以及故障识别单元，所述特征提取单元用于提取绝缘子的图像特征信息，所述故障识别单元用于通过所述图像特征信息判断绝缘子是否故障。
4.根据权利要求3所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统一种架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述图像特征提取单元的特征提取过程包括：通过OpenCV软件对所述图像采集单元采集的图像进行预处理，得到架空线路绝缘子的特征区域，最后通过对典型形状描述的比较，完成对架空线路绝缘子的特征提取。
5.根据权利要求3所的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统一种架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述故障识别单元采用边缘检测算法对架空线路绝缘子表面破损情况进行检测，以及采用灰度值变化模式匹配法对架空线路绝缘子边缘缺口破损情况进行检测。
6.根据权利要求1所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述中控端传输部与多个所述故障监测端传输部按照多节点网络组网方式连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述多节点网络组网方式采用网络拓扑结构。
8.根据权利要求6所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述多节点网络组网采用广度优先搜索方法进行组网，用来增加通信距离；
所述广度优先搜索方法组网包括，由所述中控端发送第一指令至相邻节点的所述故障监测端传输部，接收到第一指令的所述故障监测端传输部与中控端直接通信，并向下一个节点的所述故障监测端传输部发送第二指令，接收到第二指令的所述故障监测端传输部与发送第二指令的所述故障监测端传输部直接通信，间接与中控端通信，并向再下一个节点发送第三指令，按照此方式逐级向下发送指令，直到所有节点加入组网。
9.根据权利要求1所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统一种架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述架空线路绝缘子故障监测系统的监测过程包括步骤，
S1，将多个所述故障监测端安装在所述架空线路的多个预定位置上；
S2，对所述故障监测端供电后初始化数据，所述故障监测端进入组网模式，开始自动组网，组网完成后所述架空线路绝缘子故障监测系统进行通信；
S3，当所述中控端收到组网完成信号后进入正常工作模式，所述采集部定时提取架空线路绝缘子的图像信息，并由所述信息处理部进行特征提取以及进行故障识别后判断是否存在故障；
S4，若所述信息处理部判断存在故障，则所述故障监测端收集故障信息并通过所述采集部获取故障点的位置信息，将所述故障信息和所述位置信息一起通过S2所述的通信网络逐级传输至中控端；
S5，中控端接收并显示所述故障信息和所述位置信息。
10.根据权利要求1所述的一种基于Lora通信的架空线路绝缘子故障监测系统，其特征在于：
其中，所述中控端传输部和故障监测端传输部均包含Lora数传模块。
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