基于无线传输的输电线路在线监测系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103398741 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103398741 A *CN103398741A* (21)申请号 201310328549.9 (22)申请日 2013.07.31 G01D 21/02(2006.01) (71)申请人 成都电业局双流供电局 地址 610000 四川省成都市双流县东升镇广 都大道 35 号 (72)发明人 余东 赵毅 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 51220 代理人 梁田 谭新民 (54) 发明名称 基于无线传输的输电线路在线监测系统 (57) 摘要 本发明公开了一种基于无。

2、线传输的输电线路 在线监测系统， 包括远程监控主机 （1） 、 现场监测 主机 （2） 、 监测单元 （3） ， 所述远程监控主机 （1） 与 现场监测主机 （2） 通过无线通信网络相连， 所述 现场监测主机 （2） 与监测单元 （3） 通过无线传感 网络相连， 所述监测单元 （3） 包括云台摄像单元 （31） 和多个传感器监测单元 （32） 。本发明能实时 监测输电线路的自然状态和人为损害， 传感器与 现场监测主机采用无线传感网络相连， 组网成本 低， 解决了有线网络布线不便、 成本高、 易被破坏 等问题， 现场监测主机和远程监控主机无线连接， 能及时将监测数据上传或报警， 具有监控全面、 。

3、组 网容易、 使用方便等优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103398741 A CN 103398741 A *CN103398741A* 1/1 页 2 1. 基于无线传输的输电线路在线监测系统， 包括远程监控主机 （1） 、 现场监测主机 （2） 、 监测单元 （3） ， 其特征在于， 所述远程监控主机 （1） 与现场监测主机 （2） 通过无线通信 网络相连， 所述现场监测主机 （2） 与监测单元 （3） 通过无线传感。

4、网络相连， 所述监测单元 （3） 包括云台摄像单元 （31） 和多个传感器监测单元 （32） 。 2. 根据权利要求 1 所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统， 其特征在于， 每个 传感器监测单元 （32） 均包括传感器 （321） 、 微控 （322） 、 第一无线传输模块 （323） ， 所述传感 器 （321） 、 第一无线传输模块 （323） 均连接到微处理器 （322） 上 ； 所述现场监测主机 （2） 上 设置有第二无线传输模块 （21） 和第一无线通信单元 （22） ； 所述远程监控主机 （1） 上设置有 第二无线通信单元 （11） 。 3. 根据权利要求 2 所述的基于无线。

5、传输的输电线路在线监测系统， 其特征在于， 所述 第一无线通信单元 （22） 和第二无线通信单元 （11） 为 3G 通信模块， 所述第一无线传输模块 （323） 和第二无线传输模块 （21） 为 zigbee 无线传输模块。 4. 根据权利要求 2 所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统， 其特征在于， 所述 传感器 （321） 为振动传感器或微波雷达传感器或温湿度传感器或泄漏电流传感器或风向风 速测量仪。 5. 根据权利要求 2 所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统， 其特征在于， 所述 现场监测主机 （2） 包括微处理器 （23） 、 视频处理模块 （24） 、 Flash 存储器。

6、 （25） 、 SDRAM 存储 器 （26） ， 所述微处理器 （23） 分别与视频处理模块 （24） 、 Flash 存储器 （25） 、 SDRAM 存储器 （26） 相连接。 6. 根据权利要求 5 所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统， 其特征在于， 所述 微处理器 （23） 采用三星 S3C2440A 型号的 ARM9 微处理器， 所述 SDRAM 存储器 （26） 采用 2 片 HY57V561620 型号的芯片级联构成， 所述 Flash 存储器 （25） 采用 K9F1208U0M 型号芯片， 所述视频处理模块 （24） 采用 TMS320DM357 型号的数字媒体处理器。

7、。 7. 根据权利要求 1 至 6 任一所述的基于无线传输的输电线路在线监测系统， 其特征在 于， 所述云台摄像单元 （31） 包括两个云台和分别设置在两个云台上的两台摄像机。 权 利 要 求 书 CN 103398741 A 2 1/5 页 3 基于无线传输的输电线路在线监测系统 技术领域 0001 本发明涉及一种输电线路在线监测系统， 尤其涉及一种基于无线传输的输电线路 在线监测系统。 背景技术 0002 高压输电线路担负着电能远输送的重任， 分布范围极广， 高山、 河流无处不在 , 有 些地方(如高山顶)， 人不易到达,且现有的检测技术成本高， 不易实现， 但众多不确定因素 导致高压线路。

8、处于无保护状态， 常规高压输电线路的巡线通常采用人工巡线或者直升机巡 线， 但效果往往不好， 此外采用机器人巡线能够有效解决部分问题， 但相关技术难题没有得 到根本解决。 0003 目前国内外的研究主要集中在输电线路状态的监测， 包括绝缘子污秽监测、 雷电 监测、 环境监测、 导线微风振动监测等在线监测技术， 以及红外检测、 紫外检测、 超声波法检 测、 电场法检测等带电检测技术， 且上述检测技术已经相对成熟， 而对线路入侵检测研究较 少， 对人为的损害无法进行预警和排除， 此外只能实现实时监测， 不能提前对线路的运行状 态和安全性能进行预估和报警。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题。

9、就在于 ： 针对现有技术存在的上述问题， 本发明提供一 种基于无线传输的输电线路在线监测系统， 该系统实时监测输电线路的实时运行状态， 包 括视频、 图像、 微气候、 电缆接头温度、 振动、 绝缘子应力、 线路舞动等信息， 并利用无线传感 网络， 将信息汇集并经现场监测主机进行计算分析， 并通过 3G 无线通信网络将分析结果和 图像发送至远程监控主机。该系统还能在远程监控主机的控制下实现远程维护， 降低了运 维人员的劳动强度， 保证了输电线路的安全运行。 0005 为实现上述目的， 本发明的基于无线传输的输电线路在线监测系统包括远程监控 主机、 现场监测主机、 监测单元， 上述远程监控主机与现。

10、场监测主机通过无线通信网络相 连， 上述现场监测主机与监测单元通过无线传感网络相连， 上述监测单元包括云台摄像单 元和多个传感器监测单元。 本系统中， 由远程监控主机完成系统命令的发送， 现场信息的接 收、 保存和处理等功能， 同时对采集的现场数据与仿真模型进行对比计算， 给出系统的诊断 结果和安全预警信息。 现场监测主机接收远程监控主机的命令， 控制云台摄像机的拍摄， 同 时启动传感器监测单元， 对线路的振动情况、 弧垂情况、 温湿度、 泄漏电流等进行实时监测、 采集， 将实时数据进行暂存和处理， 再通过无线通信网进行远程发送。 0006 作为本发明的进一步改进， 每个传感器监测单元均包括传。

11、感器、 微控、 第一无线传 输模块， 上述传感器、 第一无线传输模块均连接到微处理器上 ； 上述现场监测主机上设置有 第二无线传输模块和第一无线通信单元 ； 上述远程监控主机上设置有第二无线通信单元。 其中的第二无线传输模块、 第一无线通信单元连接到现场监测主机的微处理器上， 第二无 线通信单元连接到远程监控主机的 cpu 上。 说 明 书 CN 103398741 A 3 2/5 页 4 0007 优选的， 上述第一无线通信单元和第二无线通信单元为 3G 通信模块， 使远程监控 主机与现场监测主机通过无线通信网络相连 ； 上述第一无线传输模块和第二无线传输模块 为 zigbee 无线传输模块。

12、， 使监测单元与现场监测主机通过无线传感网络相连。 0008 进一步， 上述传感器为振动传感器或微波雷达传感器或温湿度传感器或泄漏电流 传感器或风向风速测量仪， 分别用于监测线路的振动情况、 弧垂情况、 温湿度、 电流泄漏情 况、 风速情况， 每个传感器监测单元仅使用一种传感器， 且所有的传感器监测单元使用的传 感器各不相同， 即每种数据仅采用一个传感器测试。 0009 进一步， 上述现场监测主机包括微处理器、 视频处理模块、 Flash 存储器、 SDRAM 存 储器， 上述微处理器分别与视频处理模块、 Flash 存储器、 SDRAM 存储器相连接， 用于实时采 集各个传感器模块单元数据，。

13、 并将视频 / 图像数据进行处理后进行故障判断、 报警发出和 以及事件记录， 同时接收远程监控主机发来的指令， 以实现远程视频监控、 输电线路监测数 据获取、 防盗现场图像记录等功能。 0010 优选的， 上述微处理器采用三星S3C2440A型号的ARM9微处理器， 上述SDRAM 存储 器采用 2 片 HY57V561620 型号的芯片级联构成， 上述 Flash 存储器采用 K9F1208U0M 型号芯 片， 上述视频处理模块采用 TMS320DM357 型号的数字媒体处理器。 0011 进一步， 上述云台摄像单元包括两个云台和分别设置在两个云台上的两台摄像 机。该云台摄像单元可以通过有线。

14、或无线方式与现场监测主机相连。 0012 相对于现有技术， 本发明具有如下优点和有益效果 ： 1、 本发明设置了多种传感器对输电线路状态进行监测， 监测范围不仅包括自然影响， 也通过设置云台摄像机、 振动传感器等对人为损害进行监测和预警， 防止线路入侵 ； 2、 本发明的现场监测主机通过无线传感网络与监测单元相连， 实现了现场监测主机与 监测单元的低功耗无线组网， 组网成本低， 且无线连接解决了有线网络布线不便、 成本高、 易被破坏等问题， 使用方便 ； 3、 本发明的现场监测主机通过无线通信网与远程监控主机相连， 现场检测主机连接有 第一无线通信单元， 除实现实时监测外， 还能提前对线路的运。

15、行状态和安全性能进行预估 和及时通过第一无线通信单元进行报警 ； 4、 本发明的现场监测主机通过 3G 无线通信网络将分析结果和图像发送至远程监控主 机， 还能在远程监控主机的控制下实现远程维护， 降低了运维人员的劳动强度， 保证了输电 线路的安全运行。 附图说明 0013 图 1 为本发明的结构示意图。 0014 图例说明 ： 1、 远程监控主机 ； 11、 第二无线通信单元 ； 2、 现场监测主机 ； 21、 第 二无线传输模块 ； 22、 第一无线通信单元 ； 23、 微处理器 ； 24、 视频处理模块 ； 25、 FLASH 存储器 ； 26、 SDRAM 存储器 ； 3、 监测单元 。

16、； 31、 云台摄像单元 ； 32、 传感器监测单 元 ； 321、 传感器 ； 322、 微控 ； 323、 第一无线传输模块。 具体实施方式 0015 下面结合实施例及附图， 对本发明作进一步的详细说明， 但本发明的实施方式不 说 明 书 CN 103398741 A 4 3/5 页 5 仅限于此。 0016 【实施例 1】 如图 1 所示， 本实施例的基于无线传输的输电线路在线监测系统包括远程监控主机 1、 现场监测主机 2、 监测单元 3， 其中监测单元 3 包括云台摄像单元 31 和多个传感器监测单元 32， 每个传感器监测单元 32 进一步包括传感器 321、 微控 322、 第一。

17、无线传输模块 323， 上述 传感器 321、 第一无线传输模块 323 均连接到微处理器 322 上。传感器监测单元 32 一方面 完成传感器数据的采集处理， 另一方面接收现场测试主机 2 的控制信号对采集的信息进行 及时地上传。 上述现场监测主机2上设置有第二无线传输模块21和第一无线通信单元22 ； 上述远程监控主机1上设置有第二无线通信单元11， 其中， 第一无线传输模块323和第二无 线传输模块 21 为 zigbee 无线传输模块， 使监测单元 3 与现场监测主机 2 通过无线传感网 络相连， 上述第一无线通信单元22和第二无线通信单元11为无线通信模块， 使远程监控主 机 1 与。

18、现场监测主机 2 通过无线通信网络相连。本实施例中， 微控 322 采用一般的单片机、 FPGA 即可。本实施例中， 现场监测主机 2 通过两个无线传输模块与监测单元 3 低功耗无线 组网相连， 组网成本低， 解决了有线网络布线不便、 成本高、 易被破坏等问题， 使用方便 ； 现 场监测主机2通过无线通信网与远程监控主机1相连， 除实现实时监测外， 还能提前对线路 的运行状态和安全性能进行预估和及时通过第一无线通信单元发送相关信息至远程监控 主机 1 或相关人员手机进行报警， 还能在远程监控主机的控制下实现远程维护， 降低了运 维人员的劳动强度， 保证了输电线路的安全运行。 0017 【实施例。

19、 2】 在实施例 1 的基础上， 本实施例中的基于无线传输的输电线路在线监测系统， 包括 5 个传感器监测单元 32， 5 个传感器监测单元 32 的传感器 321 各不相同， 分别为振动传感器、 微波雷达传感器、 温湿度传感器、 泄漏电流传感器、 风向风速测量仪， 5 个传感器监测单元 32 分别用于监测线路的振动情况、 弧垂情况、 温湿度、 电流泄漏情况、 风速。 0018 采用振动传感器监测杆塔振动的传感器监测单元 32 设置在杆塔上， 如果杆塔受 到外力的敲打、 锯、 锉等作用， 系统可以利用振动传感器检测的数据进行分析判断及报警 等。 0019 由于线路绝缘子的状况与气候条件有密切的。

20、关系， 其中泄漏电流的大小与温度、 湿度关系比较密切， 低适度条件下、 线路的舞动和覆冰与风速、 风向和温度的关系密切。因 此微气候的测量是输电线路在线检测中不可缺少的量。本实施例中， 对微气候的测量借鉴 气象站的作法， 对温湿度的监测采用应用最广泛的温度湿度传感器， 风速的测量采用带直 接输出电信号的综合式风速风向测量仪， 温湿度传感器和风速风向测量仪直接输出电信 号， 大多数不需要外加电路即可直接与微处理器的 AD 采样接口， 很大程度上降低了设备的 复杂度。 0020 导线弧垂情况测量即测量导线对地距离， 本实施例中采用微波雷达传感器， 因其 波束有高度的定向性， 该传感器在民用及工业自。

21、动控制领域有着广扩应用前景。 0021 本实施例中， 设置了多种传感器对输电线路状态进行监测， 监测范围不仅包括自 然影响， 也通过设置云台摄像机、 振动传感器等对人为损害进行监测和预警， 防止线路入 侵。实际应用中， 接入的传感器可不仅限于上述传感器， 还可根据需要增设其他的传感器， 例如但不限于雨量传感器、 日照传感器等， 上述传感器的具体性能也根据需要选择。 说 明 书 CN 103398741 A 5 4/5 页 6 0022 【实施例 3】 在实施例1或2的基础上， 本实施例中的上述现场监测主机2包括微处理器23、 视频处 理模块 24、 Flash 存储器 25、 SDRAM 存储。

22、器 26， 上述微处理器 23 分别与视频处理模块 24、 Flash 存储器 25、 SDRAM 存储器 26、 第二无线传输模块 21 和第一无线通信单元 22 相连接。 现场监测主机 2 主要负责实时采集各个传感器模块单元数据， 并将视频 / 图像数据进行处 理后进行故障判断、 报警发出和以及事件记录， 同时接收远程监控主机 1 发来的指令， 以实 现远程视频监控、 输电线路监测数据获取、 防盗现场图像记录等功能。 0023 监测主机 2 的微处理器 23 为一个 32 位 ARM9 微处理器， 具体选用三星公司的 S3C2440A 芯片， 该处理器由 NANDFALSH 接口电路、 S。

23、DRAM 接口电路和总线接口电路组成。 S3C2440A 是三星公司基于 ARM920T 内核的 32 位 RISC 微处理器芯片， 为手持设备及一般 类型的应用提供低价格、 低功耗、 高性能小型微控制器的解决方案。采用了新的总线架构 AMBA， 其内核还实现了 MMU， Har vard 高速缓冲体系结构。另外其加强的 ARM 体系结构 MMU 支持WinCE， Linux 和EPOC32等操作系统， 支持ARM 调制体系结构， 支持从NAND FLA SH 存 储器启动。而且， 它还集成了丰富的片上功能， 如 LCD 控制器、 UART 接口、 USB 主从接口、 I2C 接口、 CAMI。

24、F 单元等。核心模块与外设控制模块的接口连接由总线接口实现。 0024 监测主机 2 的 SDRAM 存储器 26 采用 2 片 32MB 型号为 HY57V561620 的芯片级联构 成， 该芯片的内部存储结构是 4 Banks4M16b， 共 4 个 Bank， SDRAM 存储器 26 虽掉电不 能保存数据， 但它有非常高的读写速度， 适合主程序的运行。 0025 监测主机 2 的 Flash 存储器 25 采用三星公司的 K9F1208U0M 芯片， 存储容量为 64M8b。 0026 监测主机 2 的视频处理模块 24 为一个带 DSP 核的微处理器， 本实施例中采 用 TMS320。

25、DM357 型号的数字媒体处理器。在此基础上选用的达芬奇视频开发板具有 ARM926EJ-S 内核， 270MHz 频率工作， 该带 DSP 核的微处理器集成了用于视频压缩的 D1 分 辨率 H264 编解码器， 以及 MPEG-4、 JPEG 与 G.711 编解码器， 以及一个协处理器， 从而加 速对 H264, MPEG-4 和 JPEG (HMJCP) 数据的处理， 此外还集成了一个视频处理子系统。 TMS320DM357 提供多个编解码器， 并具有 EMAC 功能和特性， 板卡通过一个视频解码芯片和 CPU 连接， 使得 CPU 可以接受外部的复合视频信号输入和 S 信号输入， 信号。

26、都是自动检测， 大大提高了视频处理的灵活性 ； CPU还提供视频DAC， 通过几个运算放大器即可把DDR2存储 器内的数据输出为用户可观察到的信号， 非常方便 ； 除此之外， 板卡还包括很多资源， 包括 音频输入输出、 10M/100M 的自适应以太网接口、 USB2.0 接口、 实时时钟、 4 位 LED 指示和 4 位 DIP 开关量输入、 CAN 总线及 UART 接口等等一系列功能 ； 同时开发板上通过专用的 DDR2 存储控制器接口扩展了 64Mbytes 的 DDR2 SDRAM， 为视频应用带来了高吞吐、 高容量存储带 宽， 并可以扩展到最大256Mbyte ； 256Mbit的。

27、Nor Flash为视频应用程序脱机运行提供了有 力的容量保证。 0027 上述云台摄像单元 31 主要对杆塔上的输电线路进行视频监控， 接收现场监测主 机 2 的指令完成镜头转向、 录制、 拍照等工作， 其包括两台云台摄像机， 具体包括两个云台 和分别设置在两个云台上的两台摄像机， 两台云台摄像机对不同的方向， 可对线路进行 360 度监控。云台摄像机带有承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置， 把摄像机装在 云台上能使摄像机从多个角度进行摄像。云台内装两个电动机。水平及垂直转动的角度大 说 明 书 CN 103398741 A 6 5/5 页 7 小可通过限位开关进行调整。 云台摄像单。

28、元31与现场监控主机2可以采用有线或无线方式 连接， 采用无线方式连接时， 云台内还设置有与摄像机云台控制端口 （RS485、 RS232、 TTL） 相 连的 zigbee 无线传输模块， 该 zigbee 无线传输模块和上述的第一无线传输模块 323 和第 二无线传输模块21均可采用型号的SC8836A或SC8836b无线数传模块或TI公司的zigbee 内部内建了8051内核的单片计算机的专用芯片cc2530， 用于传感器和现场监测主机2之间 的数据传输， 实际应用中， 也可以选用其他型号的 zigbee 无线传输模块。 0028 上述第一无线通信单元 22 和第二无线通信单元 11 为。

29、 3G 通信模块， 远程监控主机 1与现场监测主机2通过3G无线通信网络相连。 3G通信模块主要完成现地数据信息的远程 发布， 本实施例中选用ETCOM W380型号的无线通信模块， 该模块基于最新的 MSM6290 平台 开发的 UMTS 标准的 3G 无线通讯 Mini PCI-E 卡， 适用于 EDGE,GPRS,GSM and WCDMA(HSPA) 网络， 可实现全球漫游。UMTS MiniPCI-E 卡设计了丰富的外围接口和强大的软件支撑平 台， 具备友好的二次开发软硬件平台， 可以支持多种外围设备， 提供双天线接口， 支持分集 天线接收， 提供强大的后台应用软件及嵌入式底层驱动软。

30、件， 支持多种操作系统， 支持高 速数据业务， 提供开放的模块软硬件资源， 支持扩展外部存储器， 支持标准 AT 指令集。 0029 本实施例中所列出的各单元、 模块的型号仅为优选型号， 实际应用中可以采用其 他具有相同功能或适应性能的芯片、 模块代替。 0030 以上仅是本发明的优选实施方式， 在上述实施例基础上， 本文中所定义的一般原 理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。对这些实施例的多 种修改， 例如但不限于更换传感器类别、 增加或减少传感器种类和数量， 对本系统组件的简 单替换， 对使用模块和芯片的替换等， 对本领域的技术人员来说将是显而易见的。 0031 本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均 属于本发明的保护范围。 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明 原理前提下的若干改进和润饰， 应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103398741 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103398741 A 8 。