一种电缆井入侵监测系统

技术领域

本发明涉及电力设备运维技术领域，具体的，涉及一种电缆井入侵监测系统。

背景技术

配电网是整个电力系统中的一个重要部分，它负责将电力传输到用户，地下电缆井是配电网中的重要一环，它的稳定运行与否对配电网安全运行起到关键作用。在电力井运维过程中，常常发现井盖被盗；电缆中间接头温度异常后，不能及时获取事故位置并及早处理，只能等完全爆燃，引起停电等安全事故后，才能到达现场处置；电缆井施工前，不能及时掌握井内水位信息和井内有毒气体浓度情况，增加了施工风险和引发不必要的人员伤亡概率。电缆或电缆线路规划时，不能查看电缆孔位利用、电缆安装环境等井内现场情况同时也严重影响到道路的使用和电力线缆的安全使用，尤其在多雨和低洼地区，井下井内设备可能会被水淹浸泡失效和侵蚀，给公共管理部门和电力系统造成了巨大的经济损失。

如何对井盖被盗、破损缺失现象进行迅速自动警示，让行人和相关部门及时发现，避免出现意外交通事故，同时避免井下设施被盗或被淹泡失效，这一直是困扰电力系统相关部门的一个问题。

城市电力电缆分布广、数量庞大，电缆检查井的井盖很容易打开，打开后由于缺乏应有的监督，对于限制一些故意破坏的行为防范力度有限。而目前运行管理部门主要采取人工巡检的方式。为了确保电网安全可靠运行，电缆井日常巡检压力巨大，为保证电缆沟井设备安全、防范设备偷盗、行人坠落等事故的发生，需要加大对电缆检查井的管理与监控，以便实时掌握电缆井的状况，及时对现场情况作出判断。基于物联技术，利用低功耗、广域物联网传输机制，利用红外、光敏等手段实现电缆井入侵检测机制，当电缆井盖被打开，可以及时预警，有力了确保电缆通道的安全。

发明内容

本发明的目的是解决电缆井异常不能及时被发现而导致的安全隐患问题，设计了一种电缆井入侵监测系统，通过多种传感器实现电缆井的数据采集，并配合嵌入式网关设备帮助数据传输；大大提高了电缆井维修的效率，减少了运维成本，有力了确保电缆通道的安全，挽回了可能造成的经济损失。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种电缆井入侵监测系统，其特征在于，包括有入侵感应装置、控制器、通信模块以及远程管控终端；所述入侵感应装置与控制器电连接，所述控制器通过通信模块与远程管控终端连接。

本方案中，控制器采用STM32F103RCT6微处理芯片作为控制核心，通过控制芯片内部预设定的阈值，实时采集入侵感应装置的异常数据与阈值相比，进而确定是否将异常信息发送至远程管控终端进行预警，控制器通过通信模块与远程管控终端连接，实现了信息的安全高效的传输。

作为优选，所述入侵感应装置包括有用于定位电缆井位置的GPS传感器、用于检测井盖位置是否发生偏移的井盖姿态监测装置、用于检测井盖丢失的光敏监测装置以及检测井盖开启程度的红外监测装置。

本方案中，光敏监测装置采用光敏传感器，通过光敏传感器将光照强弱信号转化为电信号通过发光二极管显示以及蜂鸣器报警，光照强度不同光明传感器的组织不同，当光照强度很强时，光敏传感器的阻值很小；当光照强度弱时，光敏传感器的阻值很大；当光照强度适宜时光敏传感器的阻值介于强光和弱光的阻值之间。因此可以通过光敏传感器将光信号变为电信号，并可以利用光照传感器受光照不同阻值不同产生的电信号不同从而显示不同的信号。光敏传感器采用光敏二极管,光敏二极管响应范围适用于可见光范围,红外光全截止,频谱范围近似人眼。采集光敏二极管上面的光线强度,当井盖损坏或被盗后,光敏二极管检测光线发生变化从而报警。

作为优选，所述红外监测装置包括有椭圆形红外光源整列、红外感应面板以及设置在椭圆形红外光源整列和红外感应面板之间用于遮挡红外光线的悬垂物，所述悬垂物的一端通过缆绳悬挂于井盖下端。

本方案中，红外感应面板为E3Z-T82红外探测器，当井盖关闭时,红外探测器稳定的输出一个信号,当井盖打开时,悬垂物移动，红外探测器的信号输出发生变化,从而实现井盖状态的实时检测。

作为优选，所述通信模块包括NB-IoT通信终端、NB-IoT基站以及设置于远程监控终端侧的IOT网路平台，所述NB-IoT通信终端安装在井盖底部,用于将微处理器监测到的井盖数据通过NB-IoT基站实时发送到IOT网路平台，用于远程监控终端实时掌握异常数据。

本方案中，NB-IoT通信终端通过串口与控制器通信,控制器利用AT命令实现模块的数据交互,波特率设置为9600b/s，NB-IoT通信终端安装在井盖底部,用于将控制器监测到的井盖数据实时发送到远程监控终端，对于异常情况进行预警。

作为优选，所述井盖姿态监测装置微设置于井盖下端的ADLX345三轴加速度传感器。

本方案中，采用ADLX345三轴加速度传感器来监测井盖是否发生偏移。ADXL345功耗低，具有阈值可调的睡眠和唤醒工作模式。当监测终端处于待机状态时，安装在井盖上的ADLX345三轴加速度传感器发生偏移并且监测到的值大于阈值，ADLX345传感器会主动唤醒单片机使其进入工作模式，此时传感器测量20次的加速度值并发送给控制器内部的运算单元，在单片机内部计算20次的平均值，如果平均值大于阈值，则立即将报警信息上传到服务器；如果平均值小于阈值，单片机和加速度传感器都进入待机模式，等待下一次被唤醒。因此，选用ADLX345三轴加速度传感器来监测井盖是否发生偏移。该传感器灵敏度高，可以起到实时动态监测井盖位移的功能。

作为优选，远程管控终端获取异常数据，通过异常数据的分析，确定故障类型和故障位置，包括如下步骤：

远程管控终端设定有电缆井故障稽查表，稽查表包括电缆井编号、地理坐标、故障类型以及各故障类型的历史故障率；

控制器内预设定有入侵感应装置的异常感应数据阈值以及对应的异常故障码；

当入侵感应装置采集的数据超过设定的阈值，控制器将该电缆井的地理位置信息以及异常故障码通过通信模块发送至远程管控终端；

远程管理终端通过查表法追踪当前故障电缆井的位置信息，根据异常故障码找出对应法故障类型，并提取当前故障电缆井的相邻位置信息，发送给运维人员，运维人员根据三种地理位置信息数据，准确定位故障电缆井的位置，即时运维。

作为优选，所述故障类型包括有A类故障，B类故障以及C类故障；所述A类故障为井盖偏移故障，B类故障为井盖丢失故障；C类故障为井盖开启故障。

作为优选，包括有预警装置，所述预警装置包括有警报灯或者警报器的一种或多种组合，当发生A类故障，B类故障以及C类故障其中的任一故障预警装置即启动。

本发明的有益效果：

(1)基于现代物联及低功耗、窄带通信技术将采集到的数据传输至远端，对于问题及时预警并定位，第一时间掌握报警信息，为保障电缆通信的安全，减少事故提供了有效的检测手段。

实现了电缆井的数字化、智能化；

(2)搭载了红外、光敏以及位姿传感器实现了对电缆井复杂环境的多方面数据采集，保障了数据的完整性和可靠性，为维护人员提供更为准确地评估依据，及时进行设备维修；

(3)采用NB-IoT通信技术，设计了基于物联技术，利用低功耗、广域物联网的传输机制，实现将采集到的井盖数据传输至管理平台，大大提高了数据传输的速度，也减少了成本；

(4)多种传感器的搭建能够对井盖实时监测被盗、破损缺失现象进行迅速自动警示，让行人和相关部门及时发现，避免出现意外交通事故，同时避免井下设施被盗或被淹泡失效。

附图说明

图1为本发明的一种电缆井入侵监测系统的结构示意图。

图2为本发明的红外监测装置的安装结构示意图。

图中标记说明：1-控制器、2-通信模块、3-远程管控终端、4-入侵感应装置、5-预警装置、6-井盖、41-GPS传感器、42-姿态监测装置、43-光敏监测装置、44-红外监测装置、441-椭圆形红外光源整列、442-红外感应面板、443-悬垂物。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种电缆井入侵监测系统的结构示意图，由入侵感应装置4、控制器1、通信模块2以及远程管控终端3组成；所述入侵感应装置与控制器电连接，所述控制器通过通信模块与远程管控终端连接；入侵感应装置包括有用于定位电缆井位置的GPS传感器41、用于检测井盖6位置是否发生偏移的姿态监测装置42、用于检测井盖丢失的光敏监测装置43以及检测井盖开启程度的红外监测装置44。

本实施例中，控制器采用STM32F103RCT6微处理芯片作为控制核心，通过控制芯片内部预设定的阈值，实时采集入侵感应装置的异常数据与阈值相比，进而确定是否将异常信息发送至远程管控终端进行预警，控制器通过通信模块与远程管控终端连接，实现了信息的安全高效的传输；光敏监测装置采用光敏传感器，通过光敏传感器将光照强弱信号转化为电信号通过发光二极管显示以及蜂鸣器报警，光照强度不同光明传感器的组织不同，当光照强度很强时，光敏传感器的阻值很小；当光照强度弱时，光敏传感器的阻值很大；当光照强度适宜时光敏传感器的阻值介于强光和弱光的阻值之间。因此可以通过光敏传感器将光信号变为电信号，并可以利用光照传感器受光照不同阻值不同产生的电信号不同从而显示不同的信号。光敏传感器采用光敏二极管,光敏二极管响应范围适用于可见光范围,红外光全截止,频谱范围近似人眼。采集光敏二极管上面的光线强度,当井盖损坏或被盗后,光敏二极管检测光线发生变化从而报警。

如图2所示，红外监测装置包括有椭圆形红外光源整列441、红外感应面板442以及设置在椭圆形红外光源整列和红外感应面板之间用于遮挡红外光线的悬垂物443，所述悬垂物的一端通过缆绳悬挂于井盖下端。

本实施例中，红外感应面板为E3Z-T82红外探测器，当井盖关闭时,红外探测器稳定的输出一个信号,当井盖打开时,悬垂物移动，红外探测器的信号输出发生变化,从而实现井盖状态的实时检测。

通信模块包括NB-IoT通信终端、NB-IoT基站以及设置于远程监控终端侧的IOT网路平台，所述NB-IoT通信终端安装在井盖底部,用于将微处理器监测到的井盖数据通过NB-IoT基站实时发送到IOT网路平台，用于远程监控终端实时掌握异常数据。NB-IoT通信终端通过串口与控制器通信,控制器利用AT命令实现模块的数据交互,波特率设置为9600b/s，NB-IoT通信终端安装在井盖底部,用于将控制器监测到的井盖数据实时发送到远程监控终端，对于异常情况进行预警。

井盖姿态监测装置微设置于井盖下端的ADLX345三轴加速度传感器；采用ADLX345三轴加速度传感器来监测井盖是否发生偏移。ADXL345功耗低，具有阈值可调的睡眠和唤醒工作模式。当监测终端处于待机状态时，安装在井盖上的ADLX345三轴加速度传感器发生偏移并且监测到的值大于阈值，ADLX345传感器会主动唤醒单片机使其进入工作模式，此时传感器测量20次的加速度值并发送给控制器内部的运算单元，在单片机内部计算20次的平均值，如果平均值大于阈值，则立即将报警信息上传到服务器；如果平均值小于阈值，单片机和加速度传感器都进入待机模式，等待下一次被唤醒。因此，选用ADLX345三轴加速度传感器来监测井盖是否发生偏移。该传感器灵敏度高，可以起到实时动态监测井盖位移的功能。

远程管控终端获取异常数据，通过异常数据的分析，确定故障类型和故障位置，包括如下步骤：

远程管控终端设定有电缆井故障稽查表，稽查表包括电缆井编号、地理坐标、故障类型以及各故障类型的历史故障率；

控制器内预设定有入侵感应装置的异常感应数据阈值以及对应的异常故障码；

当入侵感应装置采集的数据超过设定的阈值，控制器将该电缆井的地理位置信息以及异常故障码通过通信模块发送至远程管控终端；同时预警装置5启动；

远程管理终端通过查表法追踪当前故障电缆井的位置信息，根据异常故障码找出对应法故障类型，并提取当前故障电缆井的相邻位置信息，发送给运维人员，运维人员根据三种地理位置信息数据，准确定位故障电缆井的位置，即时运维。

作为优选，所述故障类型包括有A类故障，B类故障以及C类故障；所述A类故障为井盖偏移故障，B类故障为井盖丢失故障；C类故障为井盖开启故障。

预警装置，预警装置包括有警报灯或者警报器的一种或多种组合，当发生A类故障，B类故障以及C类故障其中的任一故障预警装置即启动。

以上所述之具体实施方式为本发明一种电缆井入侵监测系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。