特殊地区高压输电设施状态监测终端及监测系统

技术领域

本发明涉及高压输电线路监测技术领域，尤其涉及一种特殊地区高压输电设施状态监测终端及监测系统。

背景技术

高压输电线路是电网输配电的重要组成部分，承担着地区电网输配电的重要任务，如何及时发现高压输电设施异常，如杆塔倾斜、覆冰导致杆塔受损或杆塔上出现鸟窝等是电网工程的重大难题。特别是针对无移动通信信号(4G/5G)、布线困难、野外无人值守的特殊地区(如偏远山区)输电线路的监测存在特定的现实困难，业内亟需设计一种合理的监测节点终端以便对特殊地区高压输电设施的状况信息进行采集、监测和传输。

具体来说，现有的高压输电线路监测方案中，大多采用机器人巡检和无人机巡检等方式对高压输电线路进行监测。其中，机器人巡检通常是挂接在架空输电线路上方的地线上运动，以一定速度沿线前进，并且会搭载高清摄像头和检测设备对线缆进行拍照，然后通过4G/5G网络把图像信息传输至远程服务器进行查看；而无人机巡检通常会搭载小型固定摄像机，只需要人工操作无人机进行图像照片的拍摄，然后再对存储的照片进行处理分析。

然而，针对特殊地区输电线路的监测，现有的机器人巡检方式在地线上运动时需要智能识别线路上的故障点和隐患点，并且还要通过4G/5G信号才能将图像信息传输至远程服务器，这对于环境相对恶劣复杂的特殊地区而言难以实现；另外，现有的无人机巡检方式信号易受高压输电线路周围的强电磁环境影响，且容易发生无人机的飞行事故，尤其是无人机的监控方式极易被野外山区的复杂气候环境所影响，如在雷电、暴雨等频发的天气环境中，无人机无法执行监测任务。

发明内容

鉴于上述，本发明旨在提供一种特殊地区高压输电设施状态监测终端及监测系统，以解决前述提及的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面、本发明提供了一种特殊地区高压输电设施状态监测终端，其中，所述监测终端布设在高压输电设施上，包括：天线模块、图像传感模块、温湿度传感模块、核心处理模块、位置传感模块、无线射频通信模块以及用于从高压输电设施获取工作电能的自供电模块；

所述监测终端具有多层级结构，所述图像传感模块设置在第一层，所述温湿度传感模块、所述核心处理模块及所述位置传感模块设置在第二层，所述无线射频通信模块及所述自供电模块设置在第三层，所述天线模块设置在所述监测终端的外围；

所述核心处理模块用于接收并处理所述图像传感模块、所述温湿度传感模块以及所述位置传感模块传送的信息，并通过所述无线射频通信模块向外传输；

所述无线射频通信模块通过所述天线模块收发信号，用于在无移动通信网络环境下，使不同的所述监测终端之间进行信息发送与接收。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述自供电模块包括高压互感器以及储能器，所述高压互感器用于从高压输电线路上感应并产生用于所述监测终端工作的电能，所述储能器用于存储并向所述监测终端供应所述电能。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述储能器内置有超级电容。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述核心处理模块用于将图像传感模块发送的信息转换为适配所述无线射频通信模块传输的数据格式。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述天线模块包括板状定向天线，且天线的辐射面至少为板状正前方的扇形区域。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述图像传感模块用于将采集到的信息压缩为预设格式。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述温湿度传感模块通过数据线及时钟信号线与所述核心处理模块相连，用于周期性采集高压输电设施的温湿度信息。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述位置传感模块用于获取所述监测终端的位置信号，并将所述位置信号转换为下述至少一种信息：线性位置信息、旋转位置信息、角度位置信息。

第二方面、本发明提供了一种特殊地区高压输电设施状态监测系统，其中包括：上述的监测终端、移动通信站点以及远程服务器端，其中，各所述监测终端分别布设在如干个高压输电设施上；

所述监测终端之间，以及所述监测终端与所述移动通信站点之间，采用无线射频信号通信；所述移动通信站点与所述远程服务器端之间采用移动通信信号通信；

不同的所述监测终端之间组设为线型无线传感网络，并根据各所述监测终端与所述移动通信站点的距离配置各自的路由，将所述监测终端采集的信息接力传递至所述移动通信站点，并由所述移动通信站点转发至所述远程服务器端。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述监测终端按预设周期自动采集高压输电设施的图像信息、温湿度信息、位置信息，并通过无线射频通信模块接力传输。

本发明的主要设计构思在于，主要由无线射频通信模块、核心处理模块、温湿度传感模块、位置传感模块、自供电模块和天线模块组成具有多层结构的监测终端，实现对诸如野外山区高压输电设施状况的多维度、全方位监测，并将获取的传感信息通过无线接力方式在多个监测终端间传输；进一步地，在由多监测终端构成的监测系统中，各终端节点与移动通信节点灵活组网，采用具有针对性的路由设计，经由移动通信站点便可以便捷地将各终端采集的信息传输至远程服务器。本发明能够实现对特殊地区高压输电设施状态进行监测，适应无人监管、无移动通信网络的野外、偏远等复杂环境，并具有传输距离远、传输稳定、配置灵活和信息全面的特点，显著提高了高压输电设施监测机制的冗余性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的特殊地区高压输电设施状态监测终端的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的特殊地区高压输电设施状态监测系统的架构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提出了一种特殊地区高压输电设施状态监测终端的实施例，具体来说，如图1所示，其中，所述监测终端布设在高压输电设施(如山区的高压铁塔)上，包括：天线模块、图像传感模块、温湿度传感模块、核心处理模块、位置传感模块、无线射频通信模块以及用于从高压输电设施获取工作电能的自供电模块。

所述监测终端具有多层级结构，所述图像传感模块设置在第一层，所述温湿度传感模块、所述核心处理模块、所述位置传感模块设置在第二层，所述无线射频通信模块、所述自供电模块设置在第三层，所述天线模块设置在所述监测终端的外围。

所述核心处理模块(如微处理器)用于接收并处理所述图像传感模块、所述温湿度传感模块以及所述位置传感模块传送的信息，并通过所述无线射频通信模块向外传输。例如，所述核心处理模块可以将图像传感模块发送的jpeg数据流转换为无线射频通信模块能够传输的二进制数据格式，此外，所述核心处理模块还可以用于对图像传感模块下发预设的操作控制指令，以便图像传感模块按需采集图像信息。

所述无线射频通信模块通过所述天线模块收发信号，用于在无移动通信网络环境下，使不同的所述监测终端之间进行信息发送与接收。

下面分别对前述各模块做具体实施介绍，本领域技术人员可以理解的是下述细化示例仅为参考性的。

所述天线模块优选采用小型的板状定向天线，且天线的辐射面至少为板状正前方的扇形区域，此外在一些实施例中，定向天线的增益可达6dBi；其作用是通过增大发射功率增加数据传输方向上的通信距离并提升数据传输的稳定性，本监测终端设计天线模块的目的主要是改善在野外山区通信质量多变情况下对数据传输的影响。

所述图像传感模块的功能是对高压输电设施的预设监测区域进行拍摄，并可以对拾取的图像数据进行压缩、存储以及输送图像数据流。例如在一些较佳实施例中，所述图像传感模块可采用CMOS串口摄像头，采集输出的数据可以是经过压缩后的JPEG图片，这样能够减少图像传输的数据量。

所述温湿度传感模块通过数据线及时钟信号线与所述核心处理模块的接口相连，用于周期性采集当前高压输电设施的温湿度信息，并传输至本地的所述核心处理模块。

所述位置传感模块用于获取所述监测终端的位置信号，从而可将所述监测终端的位置信号进行转换，以便给出准确的诸如线性位置、旋转位置和角度位置等信息，方便后续快速找出存在异常状态的高压输电设施，当然，由于本发明是基于环境条件较差、不具有4G/5G移动通信网络的特殊地区而言的，因此，采集配置在各高压输电设施上的所述监测终端的位置信息，还可以为设计合适的路由协议做准备，进而可以对各监测终端采集的图像、温湿度等信息能够高效传输至较近的移动通信节点提供可靠的实现基础。

所述无线射频通信模块(可采用成熟的射频信号收发芯片等)，如前所述，主要作用是对所述核心处理模块处理过的多维信息进行收发传输，在实际操作中，所述无线射频通信模块可以通过SPI接口与所述核心处理模块(如单片机)相应的接口相连，以此实现单片机对射频芯片的FIFO存储器的控制；并且在实际选型时，可以考虑某地区多个高压输电设置之间的固定距离分布，选择匹配传输距离的射频芯片型号，例如在一些较佳的实施例中，所述无线射频通信模块可采用扩频技术，以增加信号带宽降低对信噪比的要求，并且可配置为抗干扰能力强、通信距离远的型号，不仅支持DSSS调制方式，同时还可以兼容FSK、GFSK等常用调制方式，当然，所述无线射频通信模块作为本发明针对特殊地区高压输电线路监控的主要部件，其可以根据真实的应用场景进行灵活配置，本发明对此不作限定。

关于所述自供电模块，同样是针对本发明特定的场景需求而设计的，在特殊地区为了确保本监测终端电能供应的持续性和可靠性，自供电方式是相对较佳的选择，由此本发明提供了一种优选但非限定的具体实施参考，所述自供电模块包括高压互感器以及储能器，所述高压互感器用于从高压输电线路上感应并产生用于所述监测终端工作的电能，所述储能器用于存储并向所述监测终端供应所述电能，因而，可契合并适用于野外复杂环境，大幅改善需人工频繁更换电源的情况；基于此构思，所述储能器内置有超级电容，其选型时针对本发明的应用场景，可选用超级电容的工作温度范围在-40℃到70℃。

在上述各个实施例基础上，本发明相应地提供了一种特殊地区高压输电设施状态监测系统，如图2所示，包括分别布设在如干个高压输电设施100上的监测终端(可理解为系统中的终端节点)、移动通信站点200(可理解系统中的汇聚节点)以及远程服务器端300；

所述监测终端之间，以及所述监测终端与所述移动通信站点200之间，优选采用无线射频信号通信；所述移动通信站点200与所述远程服务器端300之间优选采用移动通信信号通信；

不同的所述监测终端之间组设为线型无线传感网络，并根据各所述监测终端与所述移动通信站点200的距离配置各自的路由，将所述监测终端采集的信息接力传递至所述移动通信站点200，并由所述移动通信站点200转发至所述远程服务器端300。

也即是说，由于每个高压设施处均安装对应的监测终端，由此，各监测终端相对距自身最近的移动通信站点的距离是有差异的，因而可以采取适合自身的最佳路由方式，将采集到的数据信息在特定几个终端间接力传输至该最近的移动通信站点，再由该最近的移动通信站点将采集数据转发至远程服务器端进行保存及其他处理。由此可知，本系统在实际应用中，可以根据各终端节点的位置进行灵活组网。

最后还可以说明的是，结合前文较佳实施例提及的时钟信号，所述监测终端可以按预设周期自动采集高压输电设施的图像信息、温湿度信息和位置信息，并通过无线射频通信模块接力传输至所述远程服务器端。

综上所述，本发明的主要设计构思在于，本发明的主要设计构思在于，主要由无线射频通信模块、核心处理模块、温湿度传感模块、位置传感模块、自供电模块和天线模块组成具有多层结构的监测终端，实现对诸如野外山区高压输电设施状况的多维度、全方位监测，并将获取的传感信息通过无线接力方式在多个监测终端间传输；进一步地，在由多监测终端构成的监测系统中，各终端节点与移动通信节点灵活组网，采用具有针对性的路由设计，经由移动通信站点便可以便捷地将各终端采集的信息传输至远程服务器。本发明能够实现对特殊地区高压输电设施状态进行监测，适应无人监管、无移动通信网络的野外、偏远等复杂环境，并具有传输距离远、传输稳定、配置灵活和信息全面的特点，显著提高了高压输电设施监测机制的冗余性。

例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。