CN110225107B - 电缆综合检测*** - Google Patents

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Abstract

电缆综合检测***，包括电缆检测终端、无线传输模块、云服务器、电缆评估模块、危险预警模块和***可视化模块，所述电缆检测终端用于定时获取电缆监测数据，并将获取的电缆监测数据通过无线传输模块发送至云服务器，所述电缆评估模块从云服务器中获取电缆监测数据，对获取的电缆监测数据进行处理，并根据处理后的电缆监测数据对电缆运行状态进行安全分析，当分析电缆存在危险时即令危险预警模块发出预警信号，所述***可视化模块用于对电缆运行状态的分析结果进行可视化展示。本发明有益效果为：能够及时发现电缆缺陷，从而对电缆进行检修，极大地降低了电缆设备故障带来的经济损失。

Description

电缆综合检测***
技术领域
本发明创造涉及电缆安全领域，具体涉及一种电缆综合检测***。
背景技术
电缆是一种非常重要的传输载体,在一定程度上对工业生产和广大社会民众日常生活具有重要影响。特别是最近两年出现的“问题电缆”事件，更加凸显电线电缆质量管理的重要性，对电线电缆的综合检测与安全评估分析，对保证电缆的安全可靠运行有着重要的现实意义。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种电缆综合检测***。
本发明创造的目的通过以下技术方案实现：
电缆综合检测***，包括电缆检测终端、无线传输模块、云服务器、电缆评估模块、危险预警模块和***可视化模块，所述电缆检测终端用于定时获取电缆监测数据，并将获取的电缆监测数据通过无线传输模块发送至云服务器，所述电缆评估模块从云服务器中获取电缆监测数据，对获取的电缆监测数据进行处理，并根据处理后的电缆监测数据对电缆运行状态进行安全分析，当分析电缆存在危险时即令危险预警模块发出预警信号，所述***可视化模块用于对电缆运行状态的分析结果进行可视化展示。
本发明创造的有益效果：利用无线传感器网络实现对电缆监测数据的采集和无线传输，具有受外界环境状况影响小，准确率高的特点；通过对电缆监测数据分析，实时了解电缆的运行状态，对于及时发现电缆缺陷，从而对电缆检修，极大地降低电缆设备故障带来的经济损失。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，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是本发明结构示意图；
图2是本发明电缆评估模块的结构示意图。
附图标记：
电缆检测终端1；无线传输模块2；云服务器3；电缆评估模块4；危险预警模块5；***可视化模块6；数据预处理单元41；模糊聚类单元42；安全评估单元43。
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和图2，本实施例的电缆综合检测***，包括电缆检测终端1、无线传输模块2、云服务器3、电缆评估模块4、危险预警模块5和***可视化模块6，所述电缆检测终端1用于定时获取电缆监测数据，并将获取的电缆监测数据通过无线传输模块2发送至云服务器3，所述电缆评估模块4从云服务器3中获取电缆监测数据，对获取的电缆监测数据进行处理，并根据处理后的电缆监测数据对电缆运行状态进行安全分析，当分析电缆存在危险时即令危险预警模块5发出预警信号，所述***可视化模块6用于对电缆运行状态的分析结果进行可视化展示。
优选地，所述电缆监测数据包括电缆接头温度和电缆周围环境的温度、湿度、电压和压力数据。
优选地，所述***可视化模块6包括PC机和平板电脑。
本优选实施例利用无线传感器网络实现对电缆监测数据的采集和无线传输，具有受外界环境状况影响小，准确率高的特点；通过对电缆监测数据分析，实时了解电缆的运行状态，对于及时发现电缆缺陷，从而对电缆检修，极大地降低电缆设备故障带来的经济损失。
优选地，无线传输模块2为分簇结构的无线传感器网络，对所述无线传感器网络进行分簇，具体包括：
(1)在初始簇头选取阶段，在最近
Figure BDA0002084491920000021
轮中未当选过初始簇头节点的传感器节点通过随机函数产生一个[0,1]范围内的随机数，同阈值
Figure BDA0002084491920000022
对比(其中，P为预期的初始簇头节点占网络中总传感器节点数的比例，T(i)为传感器节点i所对应的阈值，r为当前运行轮数)，若产生的随机数小于其对应的阈值，传感器节点则当选为当前轮的初始簇头节点；
(2)在初始簇头选取阶段，在最近
Figure BDA0002084491920000023
轮中未当选过初始簇头节点的传感器节点通过随机函数产生一个[0,1]范围内的随机数，同阈值
Figure BDA0002084491920000024
对比(其中，P为预期的初始簇头节点占网络中总传感器节点数的比例，T(i)为传感器节点i所对应的阈值，r为当前运行轮数)，若产生的随机数小于其对应的阈值，传感器节点则当选为当前轮的初始簇头节点；
(3)设选取的初始簇头节点集合为cj＝{cl,l＝1,2,…,K}(其中，K为选取的初始簇头节点数)，设置簇头筛选阈值U，在初始簇头节点集合cj中随机选取FC个初始簇头节点，当选取的FC个初始簇头节点使得簇头筛选阈值U最大时，则该FC个初始簇头节点即选取为最终簇头节点，其中，簇头筛选阈值U的表达式为：
Figure BDA0002084491920000031
式中，E(ci)为初始簇头节点ci的当前能量值，E0(ci)为初始簇头节点ci的初始能量值，M为待监测区域的面积，R(ci)为初始簇头节点ci的通信半径，FC为最优分簇数,
Figure BDA0002084491920000032
和ω为调节参数，且
Figure BDA0002084491920000033
本优选实施例采用LEACH算法选取初始簇头节点，保证了初始簇头节点选取的随机性，能够有效将能耗较大的簇头的负担分摊到各个传感器节点上，有效的均衡了传感器节点的能耗，此后，在初始簇头集中通过簇头筛选阈值选取最终的簇头节点，使得最终选取的簇头节点的位置分布的较为均衡的同时，保证了簇头节点对监测区域的覆盖程度，有利于均衡簇头节点的能耗。
优选地，在成簇过程中，定义簇头节点的存储估计值为K，传感器节点m选择存储估计值最大的簇头节点加入，其中，簇头节点CHi对应的存储估计值K(CHi)的计算公式为：
Figure BDA0002084491920000034
式中，
Figure BDA0002084491920000035
表示簇头节点CHi向基站发送k bits的数据消耗的能量值，l(CHi,s)为簇头节点CHi到基站的距离，l(m,CHi)为传感器节点m到簇头节点CHi的距离，E(CHi)表示簇头节点CHi的当前能量值，
Figure BDA0002084491920000036
表示簇头节点CHi接收z bits的数据消耗的能量值，O(m)表示传感器节点m的通信半径内的传感器节点加入到簇头节点CHi中的传感器节点数，R(CHi)表示簇头节点CHi的通信半径，R(m)表示传感器节点m的通信半径，a1为数值较小的常数。
本优选实施例根据簇头节点的当前能量值和估算得到的簇头节点中已经加入的传感器节点数对簇头节点的存储估计值进行计算，令传感器节点选择其通信半径内且存储估计值最大的簇头节点加入，从而使得各个簇内的簇头节点较为平均，有利于均衡簇头节点的能耗。
优选地，电缆评估模块4包括数据预处理单元41、模糊聚类单元42和安全评估单元43，所述数据预处理单元41用于对获取的电缆监测数据进行缺失数据处理和去噪处理，所述模糊聚类单元42用于对预处理后的电缆监测数据进行聚类分析，所述安全评估单元43用于根据聚类结果对电缆的运行状态进行安全分析。
优选地，所述模糊聚类单元42采用模糊C均值聚类算法对预处理后的电缆监测数据进行聚类分析，设有c个聚类中心V＝{v1,v2,…,vc}，聚类准则是使得下列目标函数达到最小值，具体为：
Figure BDA0002084491920000041
dik＝||xk-vi||
式中，uik表示第k个数据xk在第i类中心的隶属度，
Figure BDA0002084491920000042
Figure BDA0002084491920000043
且满足：
Figure BDA0002084491920000044
式中，m是模糊因子，c是分类数，‖xk-vi‖为数据xk与聚类中心vi的欧式距离，‖xk-vj‖为数据xk与聚类中心vj的欧式距离，xk(y)表示传感器节点采集数据xk的地理位置信息，vi(y)表示聚类中心vi对应的地理位置信息，vj(y)表示聚类中心vj对应的地理位置信息，‖xk(y)-vi(y)‖表示数据xk的地理位置与聚类中心vi的地理位置的欧式距离，‖xk(y)-vj(y)‖表示数据xk的地理位置与聚类中心vj的地理位置的欧式距离。
本优选实施例采用模糊C均值聚类算法对预处理后的电缆监测数据进行聚类分析，考虑到传感器节点采集数据的位置信息对聚类结果存在一定的影响，因此，在隶属度函数中引入传感器节点采集数据的地理位置信息对隶属度值进行调节，使得采用的模糊C均值聚类算法更加的适应于无线传感器网络监测所得的数据的聚类分析。
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 (5)

1.电缆综合检测***，其特征是，包括电缆检测终端、无线传输模块、云服务器、电缆评估模块、危险预警模块和***可视化模块，所述电缆检测终端用于定时获取电缆监测数据，并将获取的电缆监测数据通过无线传输模块发送至云服务器，所述电缆评估模块从云服务器中获取电缆监测数据，对获取的电缆监测数据进行处理，并根据处理后的电缆监测数据对电缆运行状态进行安全分析，当分析电缆存在危险时即令危险预警模块发出预警信号，所述***可视化模块用于对电缆运行状态的分析结果进行可视化展示；电缆评估模块包括数据预处理单元、模糊聚类单元和安全评估单元，所述数据预处理单元用于对获取的电缆监测数据进行缺失数据处理和去噪处理，所述模糊聚类单元用于对预处理后的电缆监测数据进行聚类分析，设有c个聚类中心V＝{v1，v2，...，vc}，聚类准则是使得下列目标函数达到最小值，具体为：
Figure FDA0002355031260000011
dik＝||xk-vi||
式中，uik表示第k个数据xk在第i类中心的隶属度，
Figure FDA0002355031260000012
Figure FDA0002355031260000013
且满足：
Figure FDA0002355031260000014
式中，m是模糊因子，c是分类数，||xk-vi||为数据xk与聚类中心vi的欧式距离，||xk-vj||为数据xk与聚类中心vj的欧式距离，xk(y)表示传感器节点采集数据xk的地理位置信息，vi(y)表示聚类中心vi对应的地理位置信息，vj(y)表示聚类中心vj对应的地理位置信息，||xk(y)-vi(y)||表示数据xk的地理位置与聚类中心vi的地理位置的欧式距离，||xk(y)-vj(y)||表示数据xk的地理位置与聚类中心vj的地理位置的欧式距离；所述安全评估单元用于根据聚类结果对电缆的运行状态进行安全分析。
2.根据权利要求1所述的电缆综合检测***，其特征是，所述电缆监测数据包括电缆接头温度和电缆周围环境的温度、湿度、电压和压力数据。
3.根据权利要求2所述的电缆综合检测***，其特征是，所述***可视化模块包括PC机和平板电脑。
4.根据权利要求3所述的电缆综合检测***，其特征是，无线传输模块采用分簇结构的无线传感器网络，对所述无线传感器网络进行分簇，具体包括：
(1)定义最优分簇数为FC，设M为待监测区域的面积，N为待监测区域的传感器节点数量，
Figure FDA0002355031260000029
为簇头节点到基站距离的均值，εfs和εamp为功率放大特性常数，则最优分簇数FC为：
Figure FDA0002355031260000021
(2)在初始簇头选取阶段，在最近
Figure FDA0002355031260000022
轮中未当选过初始簇头节点的传感器节点通过随机函数产生一个[0，1]范围内的随机数，同阈值
Figure FDA0002355031260000023
对比，若产生的随机数小于其对应的阈值，传感器节点则当选为当前轮的初始簇头节点，其中，P为预期的初始簇头节点占网络中总传感器节点数的比例，T(i)为传感器节点i所对应的阈值，r为当前运行轮数；
(3)设选取的初始簇头节点集合为cj＝{cl，l＝1，2，...，K}，其中，K为选取的初始簇头节点数，设置簇头筛选阈值U，在初始簇头节点集合cj中随机选取FC个初始簇头节点，当选取的FC个初始簇头节点使得簇头筛选阈值U最大时，则该FC个初始簇头节点即选取为最终簇头节点，其中，簇头筛选阈值U的表达式为：
Figure FDA0002355031260000024
式中，E(ci)为初始簇头节点ci的当前能量值，E0(ci)为初始簇头节点ci的初始能量值，M为待监测区域的面积，R(ci)为初始簇头节点ci的通信半径，FC为最优分簇数，
Figure FDA0002355031260000025
和ω为调节参数，且
Figure FDA0002355031260000026
5.根据权利要求4所述的电缆综合检测***，其特征是，在成簇过程中，定义簇头节点的存储估计值为K，传感器节点m选择存储估计值最大的簇头节点加入，其中，簇头节点CHi对应的存储估计值K(CHi)的计算公式为：
Figure FDA0002355031260000027
式中，
Figure FDA0002355031260000028
表示簇头节点CHi向基站发送k bits的数据消耗的能量值，l(CHi，s)为簇头节点CHi到基站的距离，l(m，CHi)为传感器节点m到簇头节点CHi的距离，E(CHi)表示簇头节点CHi的当前能量值，
Figure FDA0002355031260000031
表示簇头节点CHi接收z bits的数据消耗的能量值，O(m)表示传感器节点m的通信半径内的传感器节点加入到簇头节点CHi中的传感器节点数，R(CHi)表示簇头节点CHi的通信半径，R(m)表示传感器节点m的通信半径，a1为数值较小的常数。
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