CN107680343B - 一种输电杆塔智能防护*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电杆塔智能防护***，包括输电杆塔实时监测模块、输电杆塔监控防护中心和用户终端，所述输电杆塔实时监测模块用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述输电杆塔监控防护中心，所述输电杆塔监控防护中心用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号。本发明利用无线传感器网络技术实现了输电杆塔监测和防护。

Description

一种输电杆塔智能防护***

技术领域

本发明涉及输电杆塔监测技术领域，具体涉及一种输电杆塔智能防护***。

背景技术

近年来随着全球变暖，台风、暴雨、强雷暴等恶劣气象天候频发，导致山洪暴发、冲毁杆塔地基、暴风刮断输电线路、刮倒输电杆塔等自然灾害频发，对电网安全运行构成越来越大的危险。

另外，伴随经济的高速发展和国家重点基础建设施工的高速增长，如新建高铁、新建高速公路、新建高压输电线路和其他新建重点工程的大量上马，其施工不可避免的要穿越高压输电走廊，甚至靠近杆塔施工。然而，这些施工单位通常不具备高压输变电技术的专业知识，缺乏对高电走廊下作业的危险性认知。这些施工往往会采用多种大型机械施工，可能会造成危险接近甚至碰线短路等恶性事故的发生。靠近杆塔野蛮挖掘等可能会造成杆塔地基损毁、杆塔倾覆等重大恶性事故。

还有一些临时施工，因为施工单位不知情或侥幸心理，没有告知电力运行单位，导致***缺失，形成事故隐患。更多的小型、个人的施工作业，更是随心所欲。而巡查人员不可能全程监控，等发现问题时往往已经酿成事故或事故症候，给电网安全运行带来极大隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种输电杆塔智能防护***。

本发明的目的采集以下技术方案来实现：

提供了一种输电杆塔智能防护***，包括输电杆塔实时监测模块、输电杆塔监控防护中心和用户终端，所述输电杆塔实时监测模块用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述输电杆塔监控防护中心，所述输电杆塔监控防护中心用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的用户终端通过通信网络与输电杆塔监控防护中心连接，用于实时访问输电杆塔监控防护中心中的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据。

本发明的有益效果为：实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明输电杆塔监控防护中心的连接框图。

附图标记：

输电杆塔实时监测模块1、输电杆塔监控防护中心2、用户终端3、数据通信模块10、数据分析处理模块20、异常报警模块30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的一种输电杆塔智能防护***，包括输电杆塔实时监测模块1、输电杆塔监控防护中心2和用户终端3，所述输电杆塔实时监测模块1用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述输电杆塔监控防护中心2，所述输电杆塔监控防护中心2用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的用户终端3通过通信网络与输电杆塔监控防护中心2连接，用于实时访问输电杆塔监控防护中心2中的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据。

在一个实施例中，所述输电杆塔监控防护中心2包括数据通信模块10、数据分析处理模块20、异常报警模块30，所述数据通信模块10与所述数据分析处理模块20连接，所述数据分析处理模块20与所述异常报警模块30连接。

在一个实施例中，所述的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据包括输电杆塔周围的震动信号、输电杆塔的局部水平位移。

上述实施例中，当输电杆塔有人员攀爬、敲击及其周围有土方施工和大型机械接近等产生震动的现象时，输电杆塔实时监测模块1可以采集到信号。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

在一个实施例中，所述的输电杆塔实时监测模块1包括无线传感器网络和汇聚节点，无线传感器网络布设于输电杆塔的塔身及周围，用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据；所述的汇聚节点用于连接无线传感器网络，从无线传感器网络获取输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，对输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据进行缓存和处理，将处理后的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据通过移动通信网络传输至输电杆塔监控防护中心2。

在一个实施例中，所述的无线传感器网络包括多个用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据的传感器节点，各传感器节点采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据后，将采集的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据发送至汇聚节点。

传感器节点将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至汇聚节点前，构建其到汇聚节点之间的路由，具体包括：

(1)设该传感器节点为γ，获取γ至汇聚节点的所有路径，计算每条路径的优选值：

式中，λ_γ→o表示传感器节点γ至汇聚节点o的第λ条路径，为路径λ_γ→o具有的传感器节点数目，K_i为路径λ_γ→o上的第i个传感器节点的节点度，E_i、E_i0分别为路径λ_γ→o上的第i个传感器节点的当前剩余能量、初始能量，f(E_i-0.1E_i0)为设定的遍历取值函数，从γ至汇聚节点的路径方向依次遍历路径λ_γ→o上的传感器节点，若路径λ_γ→o上存在一个传感器节点满足E_i-0.1E_i0<0时，f(E_i-0.1E_i0)＝0，停止遍历，若路径λ_γ→o上的所有传感器节点皆满足E_i-0.1E_i0≥0时，f(E_i-0.1E_i0)＝1，δ_α,β表示路径λ_γ→o上的传感器节点α,β之间的传输延时；

(2)选取优选值为最大的路径作为γ至汇聚节点的路由路径，建立γ至汇聚节点的路由。

本实施例制定了传感器节点到汇聚节点的路由建立策略，约束了输电杆塔受到威胁的监测数据传输的路径宽度，其中根据路径中各传感器节点的能量、节点度和传感器节点之间的传输延时三个因素对输电杆塔受到威胁的监测数据传输的路径进行多维度的考量，使得建立的路由更加地可靠且具有较短的延时，保障输电杆塔受到威胁的监测数据传输的可靠度和时效性，设定了遍历取值函数，当路径中存在传感器节点的当前剩余能量不满足要求时，令优选值为0，停止遍历，能够节约优选值的计算时间，提高路由建立的效率。

在一个实施例中，初始时，汇聚节点为每个传感器节点分配一个可信度，汇聚节点定期检测传感器节点在一个检测周期内的可信度，当传感器节点的可行度低于设定的可信度阈值时，令该传感器节点进入休眠，其中，可信度的检测公式为：

式中，S_p表示汇聚节点当前检测得到的传感器节点p在一个检测周期内的可信度，S_p-1表示传感器节点p在检测前的可信度，A_p表示传感器节点p在一个检测周期内连续采集到相同输电杆塔受到威胁的监测数据的次数与采集的输电杆塔受到威胁的监测数据总数的比值，设该检测周期为[0,T]，C_p(t)表示传感器节点p在t时刻采集的输电杆塔受到威胁的监测数据偏离区域平均监测值的程度，该区域平均监测值为在t时刻传感器节点p与其邻居传感器节点采集的输电杆塔受到威胁的监测数据的融合值，t∈[0,T]，设区域平均监测值为Y(t)，传感器节点p在t时刻采集的输电杆塔受到威胁的监测数据为X(t)，C_T为设定的偏离程度阈值，B_p为在检测周期内C_p(t)大于C_T的次数，E_p、E_p0分别为传感器节点p的当前剩余能量和初始能量，g(E_p-0.1E_p0)为设定的取值函数，当E_p-0.1E_p0≥0时，g(E_p-0.1E_p0)＝1，当E_p-0.1E_p0<0时，g(E_p-0.1E_p0)＝0，ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₈为设定的权重系数，且满足ρ₁+ρ₂+ρ₃+ρ₈＝1。

本实施例设定了可信度的检测公式，该检测公式考虑了传感器节点采集的历史输电杆塔受到威胁的监测数据的稳定性以及传感器节点的当前剩余能量，从而能够渐进地检测传感器节点的可信度，又能够容忍瞬时失信的传感器节点，使得对传感器节点的可信度检测更为公正，对可信度不满足设定的可信度阈值的传感器节点进行休眠，能够避免可信度低的传感器节点影响输电杆塔受到威胁的监测数据的传输，提高输电杆塔受到威胁的监测数据收集的可靠度，并且节省输电杆塔智能防护***的无线传感器网络能量。

在一个实施例中，汇聚节点定期检测各路由路径在一个检测周期内的有效度，当传感器节点至汇聚节点之间的路由路径的有效度低于设定的有效度阈值时，汇聚节点向对应的传感器节点发送消息，该传感器节点接收到消息后，重新构建到汇聚节点之间的路由，其中，有效度的检测公式为：

式中，ξ_γ→o表示传感器节点γ到汇聚节点之间的路由路径，W(ξ_γ→o)表示ξ_γ→o在一个检测周期内的有效度，h为ξ_γ→o上的第h个传感器节点，为ξ_γ→o具有的传感器节点数目，m_h、n_h分别表示在该检测周期内传感器节点h向下一跳监测节点发送输电杆塔受到威胁的监测数据成功的次数、发送输电杆塔受到威胁的监测数据失败的次数，S_h表示汇聚节点当前检测得到的传感器节点h在该检测周期内的可信度。

本实施例利用路由路径上的传感器节点的可信度和通信成功率作为考量因素，设定了有效地、精度较高的路由路径可靠度的检测公式，当传感器节点至汇聚节点之间的路由路径的有效度低于设定的有效度阈值时，对该路由路径进行更新，实现了无线传感器网络的通信链路的动态维护和更新，能够保障输电杆塔受到威胁的监测数据传输的可靠性，从而提高输电杆塔智能防护***的监测精度。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种输电杆塔智能防护***，其特征是，包括输电杆塔实时监测模块、输电杆塔监控防护中心和用户终端，所述输电杆塔实时监测模块用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将采集到的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据发送到所述输电杆塔监控防护中心，所述输电杆塔监控防护中心用于接收、存储、显示输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，并将输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的用户终端通过通信网络与输电杆塔监控防护中心连接，用于实时访问输电杆塔监控防护中心中的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据；所述的输电杆塔实时监测模块包括无线传感器网络和汇聚节点，无线传感器网络布设于输电杆塔的塔身及周围，用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据；所述的汇聚节点用于连接无线传感器网络，从无线传感器网络获取输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据，对输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据进行缓存和处理，将处理后的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据通过移动通信网络传输至输电杆塔监控防护中心；所述的无线传感器网络包括多个用于采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据的传感器节点，各传感器节点采集输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据后，将采集的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据发送至汇聚节点；初始时，汇聚节点为每个传感器节点分配一个可信度，汇聚节点定期检测传感器节点在一个检测周期内的可信度，当传感器节点的可行度低于设定的可信度阈值时，令该传感器节点进入休眠，其中，可信度的检测公式为：

式中，S_p表示汇聚节点当前检测得到的传感器节点p在一个检测周期内的可信度，S_p-1表示传感器节点p在检测前的可信度，A_p表示传感器节点p在一个检测周期内连续采集到相同输电杆塔受到威胁的监测数据的次数与采集的输电杆塔受到威胁的监测数据总数的比值，设该检测周期为[0,T]，C_p(t)表示传感器节点p在t时刻采集的输电杆塔受到威胁的监测数据偏离区域平均监测值的程度，该区域平均监测值为在t时刻传感器节点p与其邻居传感器节点采集的输电杆塔受到威胁的监测数据的融合值，t∈[0,T]，设区域平均监测值为Y(t)，传感器节点p在t时刻采集的输电杆塔受到威胁的监测数据为X(t)，C_T为设定的偏离程度阈值，B_p为在检测周期内C_p(t)大于C_T的次数，E_p、E_p0分别为传感器节点p的当前剩余能量和初始能量，g(E_p-0.1E_p0)为设定的取值函数，当E_p-0.1E_p0≥0时，g(E_p-0.1E_p0)＝1，当E_p-0.1E_p0<0时，g(E_p-0.1E_p0)＝0，ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为设定的权重系数，且满足ρ₁+ρ₂+ρ₃+ρ₄＝1。

2.根据权利要求1所述的一种输电杆塔智能防护***，其特征是，所述输电杆塔监控防护中心包括数据通信模块、数据分析处理模块、异常报警模块，所述数据通信模块与所述数据分析处理模块连接，所述数据分析处理模块与所述异常报警模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种输电杆塔智能防护***，其特征是，所述的输电杆塔受到威胁的输电杆塔受到威胁的监测数据包括输电杆塔周围的震动信号、输电杆塔的局部水平位移。

4.根据权利要求1所述的一种输电杆塔智能防护***，其特征是，传感器节点将输电杆塔受到威胁的监测数据发送至汇聚节点前，构建其到汇聚节点之间的路由，具体包括：

(1)设该传感器节点为γ，获取γ至汇聚节点的所有路径，计算每条路径的优选值：

式中，λ_γ→o表示传感器节点γ至汇聚节点o的第λ条路径，为路径λ_γ→o具有的传感器节点数目，K_i为路径λ_γ→o上的第i个传感器节点的节点度，E_i、E_i0分别为路径λ_γ→o上的第i个传感器节点的当前剩余能量、初始能量，f(E_i-0.1E_i0)为设定的遍历取值函数，从γ至汇聚节点的路径方向依次遍历路径λ_γ→o上的传感器节点，若路径λ_γ→o上存在一个传感器节点满足E_i-0.1E_i0<0时，f(E_i-0.1E_i0)＝0，停止遍历，若路径λ_γ→o上的所有传感器节点皆满足E_i-0.1E_i0≥0时，f(E_i-0.1E_i0)＝1，δ_α,β表示路径λ_γ→o上的传感器节点α,β之间的传输延时；

(2)选取优选值为最大的路径作为γ至汇聚节点的路由路径，建立γ至汇聚节点的路由。