一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法与流程

1.本发明涉及中压配电自动化技术领域，具体涉及一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法。


背景技术：

2.随着智能电网技术的发展，环网箱作为城市10kv配网系统的电能分配单元，由于其简单可靠，在城市配网供电网络中大量使用，承担着越来越重要的角色。随着城网改造的不断深入，环网柜、分支箱的数量还在逐年增加，面对数量众多的环网箱，它们的可靠运行，关系着千家万户的可靠用电。
3.目前的环网箱安全封闭性能有限，方法简单，存在以下几个问题：(1)现有的户外环网箱主要依靠普通机械锁进行安全的防护，这就造成不法分子很容易对环网箱造成破坏，影响环网箱的正常使用；(2)在现有的环网箱的管理工作中，还是简单依靠人工对户外环网箱的巡视检查，这样及时性差，同时人工巡检只能简单对环网箱的外观进行巡视检查，对环网箱内部的电气设备以及工作环境的检查并不完全；(3)在现有的运维系统中，都需要将大量数据信息传输至后端的平台，有后端对数据进行处理，大量的数据运算对服务器有了更高的要求，同时数据长时间传输会影响决策的及时性；(4)相比于现有技术中需要远距离将采集的数据传输至后端平台，若传输线路断开，后端平台就无法针对环网箱的紧急状况作出处置，影响环网箱的正常使用。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法，通过本发明，一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法，可以实现环境状态感知、异常侵入报警、人脸识别开锁、远程授权开锁、周界监控等功能，同时将从数据蹭采集到的数据信息就地决策，减少了数据传输的繁琐，同时只将异常数据传输至展现层，更加方便后端的处理，减少了因数据传输中断造成的损失。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，包括环网箱，所述户外环网箱边缘物联在线监测系统系统从下到上依次为数据层、处理层和展现层；
7.所述数据层包括至少一个数据采集传感器，所述数据采集传感器设置于所述环网箱及其下部的电缆井中，所述数据采集传感器包括但不仅限于电子锁、环境监测传感器和环网箱周界防护装置，通过所述数据采集传感器，可以实现对环网箱
8.所述处理层包括边缘处理终端和故障处置装置，所述边缘处理终端将数据层传输过来的数据进行就地分析决策，将决策上报至展现层和/或传输至故障处置装置，进行针对紧急状况的处置，同时所述边缘处理终端能够将异常数据传输至展现层；
9.所述展现层包括运维管理中心，对边缘处理终端上报的异常数据进行运维计划的制定，生成运维任务并派送至运维人员的手持终端设备，由相应的运维人员作出响应。
10.如上所述的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，所述的电子锁采用触发式开关，内置有高强度弹簧推杆，电磁铁能够拉动拉杆所述电子锁内部设有微动开关信号监测，所述微动开关能够实时反馈门锁开关状态，所述电子锁还设有后备电源，能够实现远程开锁和本地蓝牙认证开锁，通过设置有后备电源，可以使实现电子锁在整个环网箱系统没电时，工作人员可以正常开启，进行对环网箱的维修。
11.进一步的，所述电子锁上还设有人脸识别模块，通过人脸识别模块采集到开门人的信息，通过与后台数据库中的身份信息进行对照，进而判断电子锁是正常开启还是非法闯入。
12.如上所述的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，所述的环境监测传感器包括但不仅限于sf6气体传感器、温湿度传感器、水位传感器、箱体震动传感器；所述环境监测传感器与所述边缘处理终端连接，所述环境监测传感器将监测到的数据信号传输至边缘处理终端，所述边缘处理终端对传输来的数据信号进行处理；
13.所述sf6气体传感器通过gpio端口与所述边缘处理终端连接，其能够监测所述环网柜中sf6气体泄露情况，
14.所述温湿度传感器通过i2c接口1与所述边缘处理终端连接，其能够和监测所述环网柜中的温度和湿度的数据信息，
15.所述水位传感器放置在所述环网箱下方的电缆井中，通过gpio端口与所述边缘处理终端连接，能够获取所述电缆井中的水位情况，
16.所述有害气体传感器放置在所述环网箱下方的电缆井中，通过通过gpio端口与所述边缘处理终端连接，能够实时检测电缆井中有害气体的浓度。
17.如上所述的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，所述环网箱周界防护装置包括但不仅限于所述环网箱周界摄像头，智能门禁系统，所述环网箱周界防护装置与所述边缘处理终端连接，
18.如上所述的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，所述边缘处理终端包括核心数据分析单元、电池充放电模块和锂电池，所述所述锂电池与所述电池充放电模块连接，所述电池充放电模块与所述核心数据分析单元和电子锁连接，所述锂电池能够通过所述电池充放电模块为所述核心数据分析单元和电子锁供电。
19.如上所述的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，所述故障处置装置包括单不仅限于灭火装置、排水装置、声光报警装置和风机，所述故障处置装置与所述边缘处理终端连接，其能够接收所述边缘处理终端传输的指令，并进行对紧急情况的处置；
20.进一步的，所述边缘处理终端设有上行通讯支持网口，rs485以及无线蓝牙多种通信方式，通过所述通信方式，所述边缘处理终端能够将异常数据传输至展现层的运维管理中心和/或与现场的运维人员的手持运维终端进行异常数据反馈，
21.一种户外环网箱边缘物联在线监测系统的工作方法，包括如上所述的户外环网箱边缘物联在线监测系统，具体步骤为：
22.s1:数据层采集到环网箱以及环网箱下方电缆井中的环境检监测数据，将数据传输至处理层；
23.s2：处理层接收到数据层传输的数据，就地进行决策，启动故障处置装置，进行对情况的处置，并将异常数据上传至后端展现层；
24.s3：展现层接收到数据层传输的异常数据，生成运维任务，并将运维计划展现在运维人员的移动端设备上，运维人员接收任务进行处理。
25.一种户外环网箱边缘物联在线监测系统的工作方法，处理层对数据层传输的数据的处置，具体的：
26.环网箱的电子锁处在非正常开启时，或通过人脸识别模块判断有非法闯入时，联动声光报警装置，进行对入侵者警告，并将电子锁异常数据和该时间段中环网箱周边监控片段上传至展现层运维管理中心，生成运维任务，派发至运维人员进行处理；
27.环网箱的箱体出现异常震动时，处理层将箱体震动的异常数据传输至展现层的运维管理中心，由运维管理中心的生成运维任务，派发至运维人员进行处理；
28.环网箱中的温湿传感器出现异常数据时，处理层将异常数据传输至展现层，并处理层联动风机进行降温处理或进行干燥处置，当环网箱中环境低于设定的数据阀值时，风机停止工作；
29.环网箱中出现sf6气体泄漏时，处理层将异常数据传输至展现层，并处理层联动风机进行处置，同时展现层的运维管理中心生成运维任务，派发至运维人员进行处置；
30.环网箱下方电缆井中的水位传感器出现异常数据时，处理层将异常数据传输至展现层，同时处理层联动水泵进行排水处理，当水位传感器低于预定阀值时，水泵停止工作。
31.当同一时间段多个相同的异常数据多次发生时，所述展现层的运维中心，针对相应的异常数据制定运维技术，并派发至运维人员的手持终端，运维人员依照运维计划进行处理。
32.本发明的有益效果在于：
33.1、本发明公开的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法，与现有公开的技术相比，设置有边缘处理终端，通过边缘处理终端可以实现对环网箱中的环境监测数据进行及时处理，就地化分析决策，无需将大量数据传输至后端运维中心，对环网箱的异常状态可以做到及时处理。
34.2、本发明公开的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法，在环网箱整个监测系统中，设置有紧急处置装置，同时电子锁，人脸识别，柜体震动，箱体周界防护等环境传感器协同工作，共同对户外环网箱的环境状态进行监控。
35.3、本发明公开的一种户外环网箱边缘物联在线监测系统及工作方法，通过采用边缘处理终端对采集到的数据进行处理，并将异常数据传输至展现层，可以更有助于后端展现层根据异常数据出现的频率制定最合理的运维计划，派发至运维人员，进行巡检，同时在一定程度上也可以避免通讯线路出现问题时，依旧可以对环网箱中的异常情况进行处置。
附图说明
36.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
37.在附图中：
38.图1为本发明一种户外环网箱边缘物联在线监测系统流程图；
39.图2为本发明中各模块的连接示意图；
具体实施方式
40.下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
41.本发明中提及的方位“前后”、“左右”等，仅用来表达相对的位置关系，而不受实际应用中任何具体方向参照的约束。
42.实施例
43.参见图1，一种户外环网箱边缘物联在线监测系统，包括环网箱，所述户外环网箱边缘物联在线监测系统系统从下到上依次为数据层、处理层和展现层；
44.在本实施例中，所述数据层包括数据采集传感器，所述数据采集传感器设置于所述环网箱及其下部的电缆井中，所述数据采集传感器包括电子锁、环境监测传感器和环网箱周界防护装置，通过所述数据采集传感器，可以实现对环网箱周边环境的监测。
45.进一步的，所述电子锁采用触发式开关，内置有高强度弹簧推杆，电磁铁能够拉动拉杆，启动扭弹簧，靠扭弹簧的力把锁扣和门弹开，同时所述电子锁内部设有微动开关信号监测，所述微动开关能够实时反馈门锁开关状态，同时相比于现有的机械锁，不在所述环网箱箱体上设有锁扣，减少了故意破拆的可能性，同时所述电子锁还设有后备电源，能够实现远程开锁和本地蓝牙认证开锁，通过设置的后备电源，可以保证电子锁在整个环网箱系统没电时，工作人员可以正常开启，进行对环网箱的维修。
46.进一步的，所述的环境监测传感器包括sf6气体传感器、温湿度传感器、水位传感器、箱体震动传感器和有害气体传感器，所述环境监测传感器与所述边缘处理终端连接，所述环境监测传感器将监测到的数据信号传输至边缘处理终端，所述边缘处理终端对传输来的数据信号进行处理。
47.进一步的，所述sf6气体传感器能够监测所述环网柜中sf6气体泄露情况, 所述sf6气体传感器的型号为hd-t7oo,所述hd-t700气体传感器，采用原装进口电化学式传感器，具有精度高、响应快、选择性好、重量轻、体积小、性能稳定可靠等特点，电化学传感器通常是由浸没在电解液中三个电极(工作电极、参比电极、基准电极)构成，其中sf6气体在工作电极上发生反应，产生的电流通过基准电极构成回路，参比电极为工作电极提供合适的偏置，传感器通过参比电极与工作电极的催化剂实现选择性反应，回路产生的电流与气体的浓度成正比没把传感器监测电流信号传递给变送电路进行处理放大，在以标准电流信号的形式输出，实现对sf6气体的监测。
48.进一步的，所述温湿度传感器能够和监测所述环网柜中的温度和湿度的数据信息，所述温湿度传感器的型号为dht11,所述dht11温湿度传感器是一种有已校准数字信号输出的温湿度传感器，其精度为湿度
±
5％rh，温度为
±
2℃，里程湿度为5％～95％rh,温度为-10～ 60℃，满足环网箱中温湿度监测所需。
49.进一步的，所述水位传感器放置在所述环网箱下方的电缆井中，能够获取所述电缆井中的水位情况，所述水位传感器的型号为mpm4700w,所述mpm4700w型水位传感器，是一款不锈钢设计全密封潜入式智能化液位测量仪表，选用高稳定、高可靠压阻式oem压力传感器以及高精度的智能化变送器处理电路，采用精密数字化温度补偿技术及非线性修正技术，是一款高精度液位测量产品，满足环网箱下部电缆井中的水位监测需求。
50.进一步的，所述有害气体传感器的型号为trh-q-01,所述有害气体传感器设置在所述环网箱下方的电缆井中，通过电缆井中的水位传感器和有害气体传感器，可以时刻监测到电缆井中的工作环境，防止环网箱内部的正常环境出现异常，同时可以保证进入环网箱中维修人员的人身安全。
51.进一步的，所述箱体震动传感器，放置在所述环网箱内壁上，能够监测环网箱整体的震动情况，实现对环网箱整个箱体的监控，以防出现外界破坏等情况。
52.进一步的，所述环网箱周界防护装置还包括所述环网箱的周界摄像头，所述环网箱周界防护装置与所述边缘处理终端连接，所述周界摄像头、人脸识别模块和箱体震动模块协同工作，实现环网箱整体的安全防护工作，通过人脸识别模块判断是否有非工作人员闯入，通过箱体震动模块判断箱体是否处在异常破坏状态，同时调动环网箱周界摄像头异常时段的监控图像，上传至展现层，用于非法闯入证据。
53.所述周界防护装置的型号为ds-2cd2356ef，可以对所述环网箱周边环境实时监测，发现有非法闯入时，能够将该时段视频资料上传至展现层，作为证据保存。
54.在本实施例中，所述处理层包括边缘处理终端和故障处置装置，所述边缘处理终端将数据层传输过来的数据进行就地分析决策，将决策上报至展现层和/或传输至故障处置装置，进行针对紧急状况的处置，同时所述边缘处理终端能够将异常数据传输至展现层，通过设置有故障处置装置，一些影响较小的环境异常比如环网箱中温度过高，湿度过等异常状况，无需通过运维人员解决，通过故障处置装置即可消除，可以大大节省运维平台的使用成本，展现层的只需针对比较严重的异常状况进行运维任务的生成，并由运维人员进行巡检完成。
55.进一步的，所述边缘处理终端包括核心数据分析单元、电池充放电模块和锂电池，所述所述锂电池与所述电池充放电模块连接，所述电池充放电模块与所述核心数据分析单元和电子锁连接，所述电池充放电模块的型号为tp4056，所述 tp4056是一款完整的单节锂离子电池，采用恒定电流/恒定电压线性充电器，其底部带有散热片的sop8封装与较少的外部元件数目，所述tp4056能够限制充电电流，限制最高充电电压，同时便于携带式应用，所述锂电池能够通过所述电池充放电模块为所述核心数据分析单元和电子锁供电，同时电子锁反馈的数据信息能够通过所述的电池充放电模块tp4056传输至所述核心数据分析单元，同时与所述箱体震动传感器、所述周界摄像头协同工作，实现对环网箱的周边环境的安全防护。
56.参加图2，所述核心数据处理单元的型号为scm701,所述scm701芯片，采用 cortex-a7架构单芯4核处理器、主频1.2ghz,外围集成2gb ddr3h和8gb flash 存储器，为整个监测系统奠定了一个基础，所述核心数据处理单元通过usb端口与所述人脸识别模块、周界防护装置连接，所述核心数据处理单元通过gpio端口与所述sf6气体传感器、水位传感器、有害气体传感器和电池充放电模块连接。
57.在本实施例中，所述故障处置装置包括灭火装置、位于电缆井中的排水装置、声光报警装置和风机，所述故障处置装置与所述边缘处理终端连接，其能够接收所述边缘处理终端传输的指令，并及时进行对紧急情况的处置。
58.进一步的，所述灭火装置的型号为ffx-acd-0.3gqk,所述灭火装置有超细干粉灭火剂、驱动介质、灭火剂贮罐和电引发组件组成，能够有效对环网箱中的产生明火进行扑
灭。
59.进一步的，所述排水装置为水泵，通过设置在电缆井低洼处的水泵完成电缆井中积水的处理，防止积水影响电缆的安全，同时也可以防止积水进入电缆井中。
60.进一步的，所述核心数据处理单元设有上行通讯支持网口，rs485以及蓝牙通信多种通信方式，通过所述通信方式，所述边缘处理终端能够将异常数据传输至展现层的运维管理中心和/或与现场的运维人员的手持运维终端进行异常数据反馈，帮助运维人员针对异常数据进行处理。
61.所述rs485通信使用的收发器型号为max485,所述max485是低功耗收发器，器件具有一个驱动器和一个接收器，具有优先频率驱动器，可以减少emi，并降低由不恰当的终端匹配电缆引起的反射，实现最高250kbps的无差错数据传输。
62.所述蓝牙通信使用的型号为n52832，所述n52832是一款小体积、低功耗专为数据传输设计的蓝牙模块，模块采用nrf52832射频芯片，支持蓝牙4.2和蓝牙5.0，芯片自带高性能arm cortex-m4内核，并拥有uart、i2c、spi等丰富的外设资源，方便进行多方位开发。
63.在本实施例中，所述核心数据处理单元通过spi接口1端口连接有esam安全模块，所述esam模块的型号为sc1166y，可以针对采集数据实现安全存储，数据的加密和解密，双向身份认证，存取权限控制，线路加密传输等安全控制功能。
64.在本实施例中，所述展现层包括运维管理中心，对边缘处理终端上报的异常数据进行运维计划的制定，生成运维任务并派送至运维人员的手持终端设备，由相应的运维人员作出响应。
65.一种户外环网箱边缘物联在线监测系统的工作方法，包括如上所述的户外环网箱边缘物联在线监测系统，具体步骤为：
66.s1:数据层采集到环网箱以及环网箱下方电缆井中的环境检监测数据，将数据传输至处理层；
67.s2：处理层接收到数据层传输的数据，就地进行决策，启动故障处置装置，进行对情况的处置，并将异常数据上传至后端展现层；
68.s3：展现层接收到数据层传输的异常数据，生成运维任务，并将运维计划展现在运维人员的移动端设备上，运维人员接收任务进行处理。
69.一种户外环网箱边缘物联在线监测系统的工作方法，处理层对数据层传输的数据的处置，具体的：
70.环网箱的电子锁处在非正常开启时，或通过人脸识别模块判断有外人非法闯入时，联动声光报警装置，进行对入侵者警告驱逐，并将电子锁异常数据和该时间段中环网箱周边监控片段上传至展现层运维管理中心，生成紧急运维任务，派发至距离环网箱最近的运维人员进行紧急处理。
71.环网箱的箱体出现异常震动时，被数据层的箱体震动传感器感知，同时联合周边防护装置该时段的视频资料判断是否有外人破坏箱体，若无外人破坏，则处理层将箱体震动的异常数据传输至展现层的运维管理中心，由运维管理中心的生成紧急运维任务，派发至运维人员进行处理，若有外人破坏柜体，则联动声光报警装置，对破坏者进行警告驱逐，同时上床至运维管理中心，生成运维任务，有运维人员进行处理。
72.环网箱中的温湿传感器出现异常数据时，传感器采集到的数据大于预设的数据阀
值时，处理层将异常数据传输至展现层，展现层将数据进行存储，并处理层联动风机进行降温处理或进行干燥处置，当环网箱中环境低于设定的数据阀值时，风机停止工作，若温度过高，并且环网箱中的烟雾传感器采集到的环网箱中出现烟雾信号，则可以判定环网箱中出现火灾，联动灭火装置进行火灾处置，同时，将数据上传至运维管理中心，有运维管理中心进行报警，同时生成运维计划，派发至最近的运维人员进行处置。
73.环网箱中出现sf6气体泄漏时，处理层将异常数据传输至展现层，并处理层联动风机进行处置，同时展现层的运维管理中心生成运维任务，派发至运维人员进行紧急处置。
74.环网箱下方电缆井中的水位传感器出现异常数据时，处理层将异常数据传输至展现层，同时处理层联动排水装置进行排水处理，当水位传感器感应到水位低于预定阀值时，水泵停止排水工作。
75.当同一时间段多个相同的异常数据多次发生时，所述展现层的运维中心，针对相应的异常数据制定对应的运维任务，并派发至运维人员的手持终端，运维人员依照运维任务进行处理针对异常数据进行巡检，保证环网箱的正常使用，异常数据以下述为例：(1)在短时间内环网箱中的温度一直过高，但又没有火灾产生，证明环网箱中可能出现某些异常问题；(2)在一段时间中，环网箱下方的电缆井中持续保证高水位，但又在排水装置的排水范围之中，这就会使排水装置一直处于工作中，可以证明环网箱下方的电缆井中出现异常漏水的情况；因此展现层的运维中心根据异常数据短时间内重复出现制定相应的运维计划，派发至运维人员进行处理。
76.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。