一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测系统及方法与流程

1.本发明涉及输电线路安全监测技术领域，特别是涉及一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测系统及方法。


背景技术：

2.在电力供电网络中输电线路承担着发电至用户负载端的传输电力的作用，是整个电力供电网络中重要组成部分，输电线路的运行稳定与否直接决定用户用电质量，目前远距离输电线路主要为架空输配电线路，而架空输配电线路主要由导线、避雷线、金具、绝缘子、杆塔、拉线和基础等组成，其中杆塔作为承载输电线路的主要支撑件，杆塔的稳定性决定输电线路的安全性及可持续性，因此在针对输电线路巡检阶段，杆塔的安全状态是重要的考量参数，但是仅针对单杆抽检，具有一定的随机性，若大范围普查，则需要大量的人力，耗时长，并且统计数据不具有时效性，对于分析预测输电线路运行趋势误差较大。


技术实现要素：

3.针对目前针对输电线路巡检仅针对单杆抽检，具有一定的随机性，若大范围普查，则需要大量的人力，耗时长，并且统计数据不具有时效性，对于分析预测输电线路运行趋势误差较大的技术问题，本技术提出了一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测系统及方法。
4.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：本技术公开了一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测系统，包括若干个监测区域，所述监测区域内分布有若干个杆塔，所述杆塔上分别设置有用于采集杆塔安全状态参数的数据采集终端，所述监测区域内的若干个数据采集终端均与数据接收终端通讯连接，所述数据接收终端与所述监控中心通讯连接，所述监控中心分别与所述若干个告警主机和移动终端通讯连接。
5.优选地，所述监控中心包括边缘计算主机、后台服务器和数据库，所述边缘计算主机与所述后台服务器通讯连接，所述后台服务器上搭建有数据库；所述边缘计算主机与所述数据接收终端通讯连接，所述后台服务器与所述若干个告警主机和所述移动终端通讯连接。
6.优选地，所述数据采集终端包括第一太阳能电池板、太阳能蓄电池和第一mcu，所述第一太阳能电池板与所述太阳能蓄电池电连接，所述太阳能蓄电池与所述第一mcu电连接，所述第一mcu分别与a/d板卡和第一通讯板卡电连接，所述a/d板卡与安装在所述杆塔上的监测组件电连接，所述第一通讯板卡与所述数据接收终端电连接。
7.优选地，所述监测组件包括倾角传感器和应力传感器，所述倾角传感器和所述应力传感器设置在所述杆塔上，所述倾角传感器和所述应力传感器分别与所述a/d板卡电连接。
8.优选地，所述监测组件还包括振动传感器，所述振动传感器设置在所述杆塔上，所
述振动传感器与所述a/d板卡电连接。
9.优选地，所述监测组件还包括红外热成像摄像头，所述红外热成像摄像头设置在所述杆塔上，所述红外热成像摄像头与所述a/d板卡电连接。
10.优选地，所述数据接收终端包括第二太阳能电池板、太阳能蓄电池和第二mcu，所述第二太阳能电池板与所述太阳能蓄电池电连接，所述太阳能蓄电池与所述第二mcu电连接，所述第二mcu分别与第二通讯板卡、lora通讯模块、gps定位模块和存储板卡，所述第二通讯板卡与所述第一通讯板卡通讯连接，所述lora通讯模块与所述监控中心通讯连接。
11.优选地，所述后台服务器与4g短信告警模块电连接，所述4g短信告警模块与所述移动终端通讯连接，所述后台服务器通过rs485通讯总线与所述告警主机通讯连接。
12.本技术还公开了一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测方法，包括以下步骤：s1、沿输电线路规划监测区域；s2、获取各监测区域内杆塔状态参数；s3、根据各杆塔状态参数，建立输电线路杆塔状态模型；s4、根据历年杆塔状态统计数据，建立杆塔状态参数数据库；s5、根据杆塔状态参数数据库，获取历年杆塔状态均值；s6，根据历年杆塔状态均值，建立输电线路杆塔标准模型；s7、将输电线路杆塔状态模型与输电线路杆塔标准模型对比，获取实时杆塔状态模型与杆塔标准模型差值；s8、根据实时杆塔状态模型与杆塔标准模型差值，确定输电线路风险等级；s9、根据输电线路风险等级，发出不同告警信息。
13.与现有技术相比，有益效果在于：通过在输电线路中划分多个监测区域，在每个监测区域内的杆塔上布置有数据采集终端，利用数据采集终端实时杆塔安全状态参数，通过获取不同区域的不同杆塔安全状态，可分析整体输电线路安全状态，便于后续整体规划输电线路调度及检修，同时当输电线路出现风险时，可快速检修，避免引发严重的电力事故。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明整体原理框图。
16.图2是本发明中数据采集终端和数据接收终端的原理框图。
17.图3是本发明整体工作流程图。
具体实施方式
18.以下结合附图1-3，对本发明的技术方案作进一步阐释：实施例一
如图1-2所示，本技术公开了一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测系统，包括若干个监测区域，所述监测区域内分布有若干个杆塔，所述杆塔上分别设置有用于采集杆塔安全状态参数的数据采集终端，所述监测区域内的若干个数据采集终端均与数据接收终端通讯连接，所述数据接收终端与所述监控中心通讯连接，所述监控中心分别与所述若干个告警主机和移动终端通讯连接。也就是说，将输电线路划分成多个监测区域，在每个监测区域内的杆塔上布置数据采集终端，利用数据采集终端可实时采集杆塔安全状态参数，并且数据采集终端采集的各项参数实时发送至数据接收终端，数据接收终端将接收的各杆塔上各项参数处理后转发至监控中心，监控中心将各监测区域杆塔上的各项参数存储至数据库，并且监控中心根据接收的各项参数与预设的标准参数分析比对，当出现异常时，监控中心向告警主机和移动终端发送告警信息。需要注意的是，本技术实施例中，也可在各监测区域内，按照一定顺序间隔在杆塔上布置数据采集终端，数据接收终端可安装在监测区域内任意杆塔上。
19.具体地，所述监控中心包括边缘计算主机、后台服务器和数据库，所述边缘计算主机与所述后台服务器通讯连接，所述后台服务器上搭建有数据库；所述边缘计算主机与所述数据接收终端通讯连接，所述后台服务器与所述若干个告警主机和所述移动终端通讯连接。也就是说，在监控中心内布置有边缘计算主机，利用边缘计算主机对各项数据进行处理后，上传至后台服务器，后台服务器将处理后的各项数据存储在数据库内，便于后续建立杆塔模型提供数据支撑，当监测杆塔数据异常时，后台服务器向区域内告警主机和移动终端发送告警信息。
20.在一些实施例中，所述后台服务器与4g短信告警模块电连接，所述4g短信告警模块与所述移动终端通讯连接，所述后台服务器通过rs485通讯总线与所述告警主机通讯连接。也就是说，当监测数据异常时，后台服务器可同时向区域内告警主机和移动终端发送告警信息，提醒区域管理人员及时进行检修，排除故障。
21.在一些实施例中，所述数据采集终端包括第一太阳能电池板、太阳能蓄电池和第一mcu，所述第一太阳能电池板与所述太阳能蓄电池电连接，所述太阳能蓄电池与所述第一mcu电连接，所述第一mcu分别与a/d板卡和第一通讯板卡电连接，所述a/d板卡与安装在所述杆塔上的监测组件电连接，所述第一通讯板卡与所述数据接收终端电连接。也就是说，数据采集终端配置有第一太阳能电池板，整体装置可实现自供电，利用a/d板卡实时采集杆塔上安装的监测组件反馈的监测参数，第一mcu将接收的监测参数处理后通过第一通讯板卡集中发送至数据接收终端。需要注意的是，本技术实施例中，第一通讯板卡为4g通讯板。
22.具体地，所述监测组件包括倾角传感器和应力传感器，所述倾角传感器和所述应力传感器设置在所述杆塔上，所述倾角传感器和所述应力传感器分别与所述a/d板卡电连接。也就是说，利用倾角传感器和应力传感器实时获取杆塔的倾斜参数以及杆塔受力参数，获取的各项数据实时传输至a/d板卡，利用倾斜参数和杆塔受力参数可综合分析杆塔受力状态，预测杆塔发展趋势。
23.在一些实施例中，所述监测组件还包括振动传感器，所述振动传感器设置在所述杆塔上，所述振动传感器与所述a/d板卡电连接。也就是说，利用振动传感器实时监测杆塔振动情况，便于结合杆塔倾斜以及受力状态，综合分析杆塔状态，提高杆塔发展状态预测准确性。
24.在一些实施例中，所述监测组件还包括红外热成像摄像头，所述红外热成像摄像头设置在所述杆塔上，所述红外热成像摄像头与所述a/d板卡电连接。在杆塔上还设置有红外热成像摄像头，利用红外热成像摄像头可实时获取杆塔周围红外图像，便于在建立输电线路杆塔模型时，根据红外图像可修正搭建数据，降低输电线路杆塔模型与实际杆塔之间的误差。
25.具体地，所述数据接收终端包括第二太阳能电池板、太阳能蓄电池和第二mcu，所述第二太阳能电池板与所述太阳能蓄电池电连接，所述太阳能蓄电池与所述第二mcu电连接，所述第二mcu分别与第二通讯板卡、lora通讯模块、gps定位模块和存储板卡，所述第二通讯板卡与所述第一通讯板卡通讯连接，所述lora通讯模块与所述监控中心通讯连接。也就是说，数据接收终端上也设置有第二太阳能电池板可实现直供电，利用第二通讯板卡实时接收数据采集终端监测的各项参数，同时第二mcu将接收的各项参数实时存储至存储板卡内，并且第二mcu将gps模块获取的位置信息同时转发至监控中心。
26.实施例二如图3所示，本技术还公开了一种具有边缘计算信号处理及诊断的多塔监测方法，包括以下步骤：s1、沿输电线路规划监测区域。也就是说，将输电线路按照一定间距划分为多个监测区域，例如按照间隔2-3公里为一个监测区域，在监测区域内的杆塔上布置数据采集终端，或者在监测区域内选取若干个杆塔，在选取杆塔上布置数据采集终端，在监测区域内布置一组数据接收终端。
27.s2、获取各监测区域内杆塔状态参数。也就是说，利用数据接收终端集中接收各杆塔上布置数据采集终端发送的杆塔状态参数，数据接收终端接收的监测区域内的杆塔状态数据实时转发至监控中心。
28.s3、根据各杆塔状态参数，建立输电线路杆塔状态模型。也就是说，监控中心根据接收各区域的杆塔状态数据利用有限元分析软件，例如abaqus有限元分析软件，利用abaqus有限元分析软件结合杆塔高度、位置以及获取的杆塔状态参数综合建立杆塔模型，并逐一建立各区域杆塔模型，最后整体建立输电线路杆塔仿真模型。
29.s4、根据历年杆塔状态统计数据，建立杆塔状态参数数据库。也就是说，根据数据库中历年统计的杆塔状态参数，例如杆塔倾斜、应力变化参数等，建立杆塔变化状态数据库。
30.s5、根据杆塔状态参数数据库，获取历年杆塔状态均值。也就是说，根据杆塔状态参数数据库中统计的数据导出数据表，利用最小二乘法获取历年杆塔倾斜与应力状态变化均值，并建立杆塔倾斜与应力两变量之间的逻辑关系表。
31.s6，根据历年杆塔状态均值，建立输电线路杆塔标准模型。也就是说，根据历年杆塔状态均值，建立杆塔倾斜与应力两变量之间的逻辑关系表，并通过有限元分析软件搭建关于倾斜、应力两变量之间的输电线路杆塔标准模型。
32.s7、将输电线路杆塔状态模型与输电线路杆塔标准模型对比，获取实时杆塔状态模型与杆塔标准模型差值。也就是说，将通过获取的杆塔实时状态参数建立的输电线路杆塔状态模型与输电线路杆塔标准模型进行综合分析比对，根据倾斜角度和应力参数，综合分析比对在同一应力参数下，杆塔倾斜参数变化范围。
33.s7,根据实时杆塔状态模型与杆塔标准模型差值，确定输电线路风险等级。也就是说，通过分析比对在同一应力参数下，杆塔倾斜参数差值，当杆塔倾斜参数差值超过一级阈值时，确定输电线路风险等级为稍有风险；当杆塔倾斜参数差值超过二级阈值时，确定输电线路风险等级为一般风险；当杆塔倾斜参数差值超过三级阈值时，确定输电线路风险等级为显著风险；当杆塔倾斜参数差值超过四级阈值时，确定输电线路风险等级为高度风险；当杆塔倾斜参数差值超过五级阈值时，确定输电线路风险等级为极其危险。
34.s8、根据输电线路风险等级，发出不同告警信息。也就是说，当输电线路风险等级为稍有风险和一般风险时，后台服务器向告警主机和移动终端发送巡检指令；当输电线路风险等级为显著风险、高度风险以及极其危险时，后台服务器向告警主机和移动终端发送值守、巡检和制定紧急预案指令。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。