一种基于物联网的电力缆线监控方法、系统及存储介质与流程

一种基于物联网的电力缆线监控方法、系统及存储介质
1.技术领域：本发明涉及供变电领域，特别是涉及一种基于物联网的电力缆线监控方法、系统及存储介质。
2.

背景技术：
自2016年陕西330千伏南郊变主变烧损事故，以及2018年“4.7”天山换流站着火事件以来，国网以及政府各级部门对于防止变电站火灾十分重视。结合变电站运维管理相关规定，本项目以提高变电站电缆沟环境的感知力、遇到紧急情况的处置力为目的进行的系统开发，着力利用物联网、云平台、大数据分析等新的技术手段解决变电站电缆沟环境监测的问题。
3.电缆沟作为电缆铺设的管道，起作至关重要的作用，但由于电缆沟处于地下，巡查难度较大，在日常的运营管理中，很容易被忽略，另根据中国电机工程学会的一项调查统计，电缆故障70%以上主要原因由于外力破坏，产品质量，施工安装，受潮，自然灾害，动物侵蚀等原因造成。电缆沟环境综合监控系统的研究，利用物联网技术，实现全天24小时监控，及时发现电缆破坏的潜在因素，并进行人工或者自动干预，比如外力破坏，受潮，动物侵蚀等几个影响因素，从而延长电缆使用寿命，降低事故风险。经调查，现有的电缆沟环境参数的获取主要采取人工巡检方式，根据五通相关规定电缆沟需定期进行检查，若采取人工方式收集电缆沟数据，耗费人力成本，并且不能做到实时监测，收集到的数据没有做到有效分析利用，对运维决策缺乏有效支持。
4.

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，基于物联网lora技术对电缆沟关键结点的环境参数进行采集，如发现任何超出标准的值，及时发出预警信号，提醒相关人员及时处理。并将收集到的数据进行分析，自动生成报表和趋势图，还可以通过大数据分析，为运维决策提供理论依据，对风险点做出预警和预判的基于物联网的电力缆线监控方法、系统及存储介质。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的一种技术方案是：一种基于物联网的电力缆线监控方法，通过传感器对缆线及缆线环境信息进行采集，通过无线模块传输到终端后，进行大数据综合分析，生成相应的直观图并进行报警；其具体为：把至少两个传感器模块安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行采集；传感器模块采用lora技术网络把采集到的信息传输到中转模块，上位机接收到至少两个中转模块传输的信息后进行大数据综合分析，对信息进行显示并进行报警或预警；大数据综合分析的步骤为：数据信息与相应的预设阀值进行比较，判断是否存在事故的发生，并进行报警；数据信息自动按照类别生成相应报表、趋势图、直方图，进行储存的同时并在显示器上进行显示；数据信息与调取的以往数据信息进行结合分析，为运维决策提供理论依据，辨识
缆线运行中的潜在事故风险，对风险点做出预警和预判，并进行预警提示。
6.进一步的，所述传感器模块对信息的采集为定时采集或实时采集，所述传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块。
7.进一步的，所述缆线环境温湿度采集模块用于检测缆线环境的环境温度、湿度；电缆温度采集模块用于采集线缆的红外温度；烟雾告警模块用于对缆线环境中的烟雾进行检测；水浸检测模块用于对缆线环境中的水位情况进行检测；防小动物检测模块用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测。
8.进一步的，上位机与相关的应急处置系统进行自动联动。
9.为解决上述技术问题，本发明提供的另一种技术方案是：一种基于物联网的电力缆线监控系统，其特征是：包括传感器模块、中转模块和终端控制器；传感器模块：安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行定时采集或实时采集，并采用lora无线通信把采集到的数据信息定时或实时传输到中转模块；中转模块：接收相应范围内的任一传感器模块定时或实时发送的数据信息，对数据进行编号加密后定时或实时发送到终端控制器；终端控制器：对中转模块传输的信息进行接收，把数据信息与相应的阀值进行比较，判断是否存在事故的发生，并进行报警；把数据信息自动按照类别生成相应报表和趋势图，进行储存的同时并在显示器上进行显示；把数据信息与调取的以往数据信息进行结合，对风险点做出预警和预判，并进行预警提示；并通过有线或无线与相关的应急处置系统进行自动联动。
10.进一步的，所述传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块；缆线环境温湿度采集模块：用于检测缆线环境的环境温度、湿度；电缆温度采集模块：用于采集线缆的红外温度；烟雾告警模块：用于对缆线环境中的烟雾进行检测；水浸检测模块：用于对缆线环境中的水位情况进行检测；防小动物检测模块：用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测。
11.进一步的，所述终端控制器与人机交互设备连接。
12.为解决上述技术问题，本发明提供的另一种技术方案是：一种基于物联网的电力缆线监控系统的计算机可读存储介质，其特征是：计算机可读存储介质存储有能够被处理器运行的程序指令，程序指令用于实现上述任一基于物联网的电力缆线监控方法的步骤。
13.本发明的有益效果是：1、本发明基于物联网lora技术对电缆沟关键结点的环境参数进行采集，如发现任何超出标准的值，及时发出预警信号，提醒相关人员及时处理。并将收集到的数据进行分析，自动生成报表和趋势图，还可以通过大数据分析，为运维决策提供理论依据，对风险点做出预警和预判。
14.2、本发明采用多传感器融合集成计算，传感器数据智能识别，实时监控电缆沟内各项环境参数，比如积水，烟雾，铺设电缆表面温度，小动物入侵等情况，并且结合运算结果，给出准确可靠的异常告警，并及时使用短信或上位机报警通知相关人员进行处理；并将
采集到的数据，采用大数据分析理论，给出相关数据的预判，提前做出运维决策；同时，积极探索了lora技术在变电站数据采集和监控中的应用，利用lora技术传输速率高，传输数据量大的特点，实现远程实时视频查看电缆沟内状况,为后期采用5g技术进行多站级联打基础。
15.3、本发明通过各类传感器将环境数据收集到中转模块之中，由中转模块发送到后台服务器中，并在后台管理软件中实现数据的存储与分析，根据运行规范进行数据处理、判断运行状态，最终通过上位机中转模块的形式呈现；同时，还可以将相关报警信息在最短的时间内提供给相关的工作人员，以解决现场劳动强度大、效率低等问题。
16.附图说明：图1为基于物联网的电力缆线监控方法的流程图；图2为基于物联网的电力缆线监控系统的结构示意图；图3为传感器模块中集成主控板的电路图。
17.图4为基于物联网的电力缆线监控存储介质的框架示意图。
18.具体实施方式：实施例：参见图1、图2、图3和图4。
19.基于物联网的电力缆线监控方法、系统及存储介质，基于物联网lora的缆线（电缆、光缆）监控系统，通过在线实时采集电缆沟内的环境数据、电缆温度、电缆沟内的环境温湿度、烟感、是否浸水以及是否小动物入侵(老鼠等)等数据，通过lora网络传输信息至上位机，辨识电缆运行中的潜在事故风险。最后，通知相关维护人员进行关注、处理。同时，系统可与相关的处置系统进行自动联动进行预处置，如防汛挡板等，保证电缆沟内设备安全运行，提高了运维人员工作效率，减少了劳动时间。
20.下面结合附图和实施例对本技术进行详细描述。
21.如图1所示，提供了一种基于物联网的电力缆线监控方法，其具体为：s1：把至少两个传感器模块安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行采集；s2：传感器模块采用lora技术网络把采集到的信息传输到中转模块，上位机接收到至少两个中转模块传输的信息后进行大数据综合分析，对信息进行显示并进行报警或预警。
22.lora是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是是诸多lpwan通信技术中的一种，提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，lora主要在ism频段运行，主要包括433、868、915mhz等。lora的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖多达十几公里。实际应用中，在一个给定的位置，传输距离在很大程度上取决于环境或障碍物。因此，在500kv变电站中应用，除了传输距离意外，还可以免于物理布线，具有很明显的优势。
23.其中s1中，缆线环境包括管道、电缆沟、露天环境等，优选为电缆沟；传感器模块通过固定装置进行固定安装（固定装置为螺栓、铆钉、螺钉等紧固部件），传感器模块需要与电缆沟的底部具有一定的高度，防止电缆沟进水对传感器模块造成损坏。
24.其中s1中，传感器模块对信息的采集为定时采集或实时采集（定时采集或实时采集的实施时人工预先后台进行确定），传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警
模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块。
25.其中，缆线环境温湿度采集模块用于检测缆线环境的环境温度、湿度；模块采用集成温湿度监测主控板、胶体电池、终端为一体的设计，对电缆沟内的环境温度、湿度进行定时采集，数据通过lora网关传送到服务器，由服务器判断后，生成数据报表，如果超过限值，则推送告警信息至管理平台。
26.电缆温度采集模块用于采集线缆的红外温度；模块采用集成微型红外测温机芯、胶体电池、lora终端为一体的设计，定时对电缆敷设较多的地方，与旧电缆较多的位置进行红外温度采集，通过lora网关将测温数据传送到服务器，发现异常温度，服务器推送告警信息至管理平台。
27.烟雾告警模块用于对缆线环境中的烟雾进行检测；模块采用集成烟雾监测告警主控板、胶体电池、lora终端为一体的设计，对电缆沟内进行烟雾检测，如发现异常，立即触发蜂鸣声光告警，数据通过lora网关传送到服务器，发现异常温度，服务器推送告警信息至管理平台。
28.水浸检测模块用于对缆线环境中的水位情况进行检测；模块采用集成水位监测告警主控板、胶体电池、lora终端为一体的设计，采集电缆沟水位情况，如发现异常，推送告警信息至管理平台。
29.防小动物检测模块用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测；模块采用防入侵监测的夜视摄像头，实时监测电缆沟小动物入侵，如发现异常，推送告警信息至管理平台。
30.其中s2中，如图1所示，大数据综合分析的步骤为：s21：数据信息与相应的预设阀值进行比较，判断是否存在事故的发生，并进行报警；基于传感器理论、技术解决电缆沟水情火情实时远程监测问题。实时报警至上位机，同时利用lora技术进行无线报警至上位机，提醒运维人员关注。为电缆沟运行环境提供了实时监测的可能，及时处理突发情况；报警通过蜂鸣声光告警的同时，还与人员携带的移动终端发报警消息，便于及时对人员进行提醒；阀值的设定为人工通过后台进行设定，其设定的依据根据缆线的安装及放置条件进行确定（具体的有相应的标准，还可以根据实际情况进行灵活调整）。
31.s22：数据信息自动按照类别生成相应报表、趋势图、直方图，进行储存的同时并在显示器上进行显示；将收集到的数据进行分析，自动生成报表、趋势图、直方图，同时，显示器为显示屏或者投影仪，其进行显示的时候需要人员通过人机交互设备进行选择性显示；人机交互设备为键盘、鼠标、麦克风、扩音器和打印机等与电脑连接的常用办公设备；类别的分类依据同型号缆线或相同的铺设环境进行分类。
32.s23：数据信息与调取的以往数据信息进行结合分析，为运维决策提供理论依据，辨识缆线运行中的潜在事故风险，对风险点做出预警和预判，并进行预警提示。在系统的平台下进行电缆沟水情、火情小动物入侵等历史情况记录，并针对历史数据进行预测，例如哪个地方温度上升、某个地方小动物频繁出现等，为运维管理层提供信息支撑；预警通过在显示器上自动弹出警示信息的方式进行，同时并对生成的报表、趋势图、直方图中对应部分进行显著处理（字体加粗、颜色加深）。
33.其中s1或s2中，上位机与相关的应急处置系统进行自动联动，如防汛挡板等，保证电缆沟内设备安全运行，提高了运维人员工作效率，减少了劳动时间。
34.如图2所示，提供了一种基于物联网的电力缆线监控系统，包括传感器模块、中转模块和终端控制器；传感器模块：安装在缆线及缆线附近，对缆线及缆线环境信息进行定时采集或实时采集，并采用lora无线通信把采集到的数据信息定时或实时传输到中转模块；其中如图3所示，传感器模块包括缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块。
35.缆线环境温湿度采集模块：用于检测缆线环境的环境温度、湿度；模块采用集成温湿度监测主控板、胶体电池、终端为一体的设计，对电缆沟内的环境温度、湿度进行定时采集，数据通过lora网关传送到服务器，由服务器判断后，生成数据报表，如果超过限值，则推送告警信息至管理平台。
36.缆线温度采集模块：用于采集线缆的红外温度；模块采用集成微型红外测温机芯、胶体电池、lora终端为一体的设计，定时对电缆敷设较多的地方，与旧电缆较多的位置进行红外温度采集，通过lora网关将测温数据传送到服务器，发现异常温度，服务器推送告警信息至管理平台。
37.烟雾告警模块：用于对缆线环境中的烟雾进行检测；模块采用集成烟雾监测告警主控板、胶体电池、lora终端为一体的设计，对电缆沟内进行烟雾检测，如发现异常，立即触发蜂鸣声光告警，数据通过lora网关传送到服务器，发现异常温度，服务器推送告警信息至管理平台。
38.水浸检测模块：用于对缆线环境中的水位情况进行检测；模块采用集成水位监测告警主控板、胶体电池、lora终端为一体的设计，采集电缆沟水位情况，如发现异常，推送告警信息至管理平台。
39.防小动物检测模块：用于对缆线环境中的动物进入情况进行检测；模块采用防入侵监测的、夜视摄像头，实时监测电缆沟小动物入侵，如发现异常，推送告警信息至管理平台。
40.缆线环境温湿度采集模块、烟雾告警模块、水浸检测模块、防小动物检测模块和缆线温度采集模块均采用集成主板，其集成主板的电路布局相同，各模块之间的不同之处为所连接的传感器不同，具体的为温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、红外传感器、水位传感器和夜视摄像头，胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，最简单的做法，是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池，其为集成主板进行供电，保证其正常运行，同时在电量低于阀值时能够向终端控制器发送提示信息（传感器模块编号、位置、所检测的信息类型、电量不足、预计续航时间）。
41.中转模块：接收相应范围内的任一传感器模块定时或实时发送的数据信息，对数据进行编号加密后定时或实时发送到终端控制器。
42.其中，范围的划分可以按照行政区域划分也可以根据实际情况进行人工划分（行政区域划分为街道、社区、自然村等行政区域，具体采用哪种行政区域划分依据行政区域中线缆的数量进行确定，保证区域内传感器模块的连接数量低于中转模块的最大接入量，同时，还应当保留一定余量，便于后期线缆维护），其人工划分为依据线缆的类型用途（线路名称）、传感器模块的数量（中转模块与传感器模块连接的最大数量）进行确定。
43.其中，数据加密是为提高信息系统和数据的安全性和保密性，防止秘密数据被外
部破译而采用的主要技术手段之一。数据传输加密技术的目的是对传输中的数据流加密，通常有线路加密与端
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端加密两种。线路加密侧重在线路上而不考虑信源与信宿，是对保密信息通过各线路采用不同的加密密钥提供安全保护。端
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端加密指信息由发送端自动加密，并且由tcp/ip进行数据包封装，然后作为不可阅读和不可识别的数据穿过互联网，当这些信息到达目的地，将被自动重组、解密，而成为可读的数据。
44.其中，编号是对传感器模块所采集的信息进行采集进行编号，其与传感器模块的编号相对应，便于后期数据处理中，能够根据编号查询相应区域的数据，并能够对比编号对传感器模块的状态进行确定（编号丢失、编号重复等异常情况）。
45.终端控制器：对中转模块传输的信息进行接收，把数据信息与相应的阀值进行比较，判断是否存在事故的发生，并进行报警；把数据信息自动按照类别生成相应报表和趋势图，进行储存的同时并在显示器上进行显示；把数据信息与调取的以往数据信息进行结合，对风险点做出预警和预判，并进行预警提示；并通过有线或无线与相关的应急处置系统进行自动联动。
46.其中，数据信息与相应的预设阀值进行比较，判断是否存在事故的发生，并进行报警；基于传感器理论、技术解决电缆沟水情火情实时远程监测问题。实时报警至上位机，同时利用lora技术进行无线报警至上位机，提醒运维人员关注。为电缆沟运行环境提供了实时监测的可能，及时处理突发情况；报警通过蜂鸣声光告警的同时，还与人员携带的移动终端发报警消息，便于及时对人员进行提醒。
47.其中，数据信息自动按照类别生成相应报表、趋势图、直方图，进行储存的同时并在显示器上进行显示；将收集到的数据进行分析，自动生成报表、趋势图、直方图，同时，显示器为显示屏或者投影仪，其进行显示的时候需要人员通过人机交互设备进行选择性显示；人机交互设备为键盘、鼠标、麦克风、扩音器和打印机等与电脑连接的常用办公设备。
48.其中，数据信息与调取的以往数据信息进行结合分析，为运维决策提供理论依据，辨识缆线运行中的潜在事故风险，对风险点做出预警和预判，并进行预警提示。在系统的平台下进行电缆沟水情、火情小动物入侵等历史情况记录，并针对历史数据进行预测，例如哪个地方温度上升、某个地方小动物频繁出现等，为运维管理层提供信息支撑；预警通过在显示器上自动弹出警示信息的方式进行，同时并对生成的报表、趋势图、直方图中对应部分进行显著处理（字体加粗、颜色加深）。
49.其中，上位机与相关的应急处置系统进行自动联动，如防汛挡板等，保证电缆沟内设备安全运行，提高了运维人员工作效率，减少了劳动时间。
50.终端控制器还可以称为cpu（central processing unit，中央处理单元）。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器还可以是通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor, dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit, asic）、现场可编程门阵列（field
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programmable gate array, fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。另外，处理器可以由集成电路芯片共同实现。
51.其中，终端控制器与人机交互设备连接；人机交互设备为键盘、鼠标、麦克风、扩音器和打印机等与电脑连接的常用办公设备。
52.如图4所示，提供了一种基于物联网的电力缆线监控系统的计算机可读存储介质：计算机可读存储介质存储有能够被处理器运行的程序指令，程序指令用于实现上述任一基于物联网的电力缆线监控方法的步骤。
53.本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。
54.上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。
55.在本技术所提供的详细说明中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。
56.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
57.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本技术各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read
‑
only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
58.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。