专利名称：输电线路在线舞动及风偏监测系统及其监测方法
技术领域：
本发明涉及一种输电线路状态监测技术，尤其涉及一种输电线路在线舞动及风偏监测系统及其监测方法。
背景技术：
随着智能电网建设的发展，输电线路在线监测对电力运行部门来说越来越重要。 由于导线在运行中受到气候、重力及电动力等因素等影响，输电线路舞动及风偏时有发生， 这是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素之一，常常造成线路跳闸、绝缘子串断裂、 甚至倒塔等严重后果，从而严重威胁到输电线路的安全可靠运行和工农业生产及百姓们的日常生活。目前对于输电线路的舞动及风偏监测一般分两种情形，一是在导线上安装多个位移传感器和加速度传感器，由数据采集装置将这些传感器信号采集后通过无线网络发挥到监测中心；二是安装视频监视装置，由数据采集装置将视频信号采集后发回到监测中心，由技术人员根据回放视频观察舞动情况并评估振幅和频率。采用第一种方案要安装多个不同功能的传感器，成本较高，联接导线多且安装实施不便。而采用第二种方案视频监测输电线路导线舞动，只能记录下一段时间的图像，不能实现在线分析和监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输电线路在线舞动及风偏监测系统及其监测方法，以低成本实现对于输电线路的舞动及风偏的在线监测。为达到上述目的，本发明一方面提供了一种输电线路在线舞动及风偏监测系统， 包括视觉传感器，用于采集当前输电线路的模拟图像信息并将其加上时间标识后输出；图像预处理模块，用于接收所述带有时间标识的模拟图像信息，将其数字化处理， 形成图像灰度矩阵数据并输出；中央处理器，用于定时接收并保存所述图像灰度矩阵数据至存储电路，从所述图像灰度矩阵数据中提取出所述当前输电线路的动态特征值，将所述动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将所述超出动态阈值的动态特征值打包输出，所述动态特征值包括所述当前输电线路的线径、风偏角度、舞动幅值和舞动频率；微功耗处理器，用于设定所述中央处理器的数据收发时间，并控制为设备供电的电源模块的继电器通断，接收所述中央处理器发送的超出动态阈值的动态特征值数据包并将其输出；GPRS通讯模块，用于接收所述微功耗处理器输出的动态特征值数据包，并将其通过GPRS网络发送至所述上位机。
本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，还包括3G通讯模块，当所述中央处理器收到所述上位机的上传指令时将所述图像灰度矩阵数据打包输出给所述3G通讯模块，由所述3G通讯模块将其通过3G网络发送至所述上位机。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，所述中央处理器的型号为 EPM3064ATC100，所述中央处理器的GPIO端子作为接口与所述3G通讯模块相连，所述微功耗处理器包括型号为MB96F386的微控制芯片和型号为SD2303API的时钟芯片及其外围电路，所述微控制芯片的第81管脚和第82管脚分别对应与所述时钟芯片的第7管脚和第6 管脚相连，所述微控制芯片的第56管脚和第57管脚作为接口与所述GPRS通讯模块相连。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，所述微控制芯片和所述中央处理器之间通过型号为SP232EEN的RS232通讯模块通讯，其中，所述RS232通讯模块的第12管脚、 第11管脚、第9管脚和第10管脚分别对应与所述微控制芯片的第8管脚、第9管脚、第56 管脚和第57管脚相连，所述RS232通讯模块的第12管脚和第11管脚分别对应与所述中央处理器的第4管脚和第15管脚相连。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，所述图像预处理模块包括模数转换电路和缓冲输出电路，所述模数转换电路包括型号为TVP5150的视频处理芯片及其外围电路，所述视频处理芯片的第1管脚和第2管脚分别通过一个LC滤波电路对应与两个BNC接口连接，所述视频处理芯片的第21管脚和第22管脚分别对应与所述中央处理器的第62管脚和第73管脚相连，所述视频处理芯片的第8管脚和第9管脚分别对应与所述中央处理器的第36管脚和第57管脚相连。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，所述缓冲输出电路包括型号为 16C2550IB48的单片机及其外围电路，以及分别与所述单片机相连的型号为CBT3M5的电平转换芯片、型号为AIC9LV320的f Iash存储器及其外围电路和型号为MAX3072的485/422 转换芯片及其外围电路，其中，所述电平转换芯片的第2 第9管脚分别对应与所述视频处理芯片的第11 第18管脚相连，所述电平转换芯片的第11 18管脚分别对应与所述 flash存储器的第29管脚、第31管脚、第33管脚、第35管脚、第38管脚、第40管脚、第42 管脚和第44管脚，以及所述单片机的第1 第3管脚、第44 第48管脚相连，所述中央处理器的第79 第81管脚、第83管脚和第84管脚分别与所述flash存储器的第1 第8 管脚、第17 第25管脚、第45管脚和第48管脚，以及所述单片机的第沈 第观管脚相连，所述flash存储器的第16管脚、第9管脚、第10管脚和第13管脚分别对应与所述中央处理器的第32 第四管脚相连，所述flash存储器的第沈管脚、第观管脚、第11管脚、 第12管脚和第14管脚分别对应与所述中央处理器的第41管脚、第45管脚、第44管脚、 第36管脚和第42管脚相连，所述电平转换芯片的第19管脚与所述中央处理器的第58管脚相连，所述单片机的第10管脚、第11管脚、第36管脚、第19管脚、第15管脚、第29管脚和第30管脚分别对应与所述中央处理器的第47管脚、第46管脚、第48管脚、第45管脚、 第44管脚、第56管脚和第M管脚相连，所述单片机的第5管脚和第7管脚分别对应与所述485/422转换芯片的第4管脚和第1管脚相连，所述485/422转换芯片的第2管脚和第 3管脚与所述中央处理器的第52管脚相连，所述485/422转换芯片的第7管脚和第6管脚分别对应与所述中央处理器的第21管脚和第22管脚相连。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，所述存储电路包括两个型号为HY57V283220的存储芯片，其中，两个所述存储芯片的DQO DQ31端子分别对应与所述电平转换芯片的第2 9管脚相连，两个所述存储芯片的AO All端子、BAO端子和BAl端子分别对应与所述中央处理器的第79 第81管脚、第83管脚和第84管脚相连，两个所述存储芯片的第68管脚和第67管脚分别对应与所述中央处理器第76管脚和第87管脚相连， 两个所述存储芯片的第16管脚、第71管脚、第观管脚和第59管脚分别对应与所述中央处理器的第四 第32管脚相连，两个所述存储芯片的第17 第20管脚分别对应与所述中央处理器的第98管脚、第99管脚、第100管脚和第92管脚相连。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统，所述电源模块包括型号为AE2576 的稳压芯片及其外围电路，以及与所述稳压芯片的第4管脚相连的三极管开关电路和受控于该三极管开关电路的继电器电路，所述三极管开关电路的基极与所述微控制芯片的第80 管脚相连。另一方面，本发明还提供了一种上述输电线路在线舞动及风偏监测系统的监测方法，包括以下步骤采集当前输电线路的模拟图像信息并将其加上时间标识；将所述带有时间标识的模拟图像信息进行数字化处理，形成图像灰度矩阵数据；从所述图像灰度矩阵数据中提取出所述当前输电线路的动态特征值，将所述动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将所述超出动态阈值的动态特征值打包并通过GPRS网络发送至所述上位机，所述动态特征值包括所述当前输电线路的线径、风偏角度、舞动幅值和舞动频率。本发明的在线监测方法，还包括在收到所述上位机的上传指令时将所述图像灰度矩阵数据打包并通过3G网络至所述上位机。本发明的输电线路在线舞动及风偏监测系统中，图像预处理模块将视觉传感器采集的带有时间标识的模拟图像信息数字化处理成图像灰度矩阵数据并发至中央处理器，中央处理器从图像灰度矩阵数据中提取出当前输电线路的动态特征值，将动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将超出动态阈值的动态特征值打包通过微功耗处理器处理后交由GPRS通讯模块发给上位机，从而低成本实现了对于输电线路的舞动及风偏的在线监测。此外，由于对图像进行了现场处理，通常仅将处理结果传送到上位机，而在需要时才将保存的将图像灰度矩阵数据通过3G通讯模块发给上位机，因此，处理结果数据量很小，大约在K字节级，所以很容易通过GPRS网络实时传输。这样，上位机不需要在线接收海量图像数据，并且占有传输带宽很小，对于野外GPRS信号不好的区域，也能有效的将输电线路在线舞动及风偏情况传到上位机。
图1为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统的电路结构框图；图2为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中存储电路部分的电路原理图；图3a为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中图像预处理模块的模数转换电路部分的电路原理图北为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中图像预处理模块的缓冲输出电路部分的电路原理图；图4为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中央处理器部分的电路原理图；图5为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中电源模块部分的电路原理图；图6为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中微功耗处理器部分的电路原理图；图7为本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统中RS232通讯模块部分的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述参考图1所示，本实施例的输电线路在线舞动及风偏监测系统包括电源模块1、微功耗处理器2、GPRS通讯模块3、视觉传感器4、图像预处理模块5、存储电路6、中央处理器 7、RS232通讯模块8和3G通讯模块9，其中，视觉传感器1采集当前输电线路的模拟图像信息并将其加上时间标识后输出；图像预处理模块5接收带有时间标识的模拟图像信息， 将其数字化处理，形成图像灰度矩阵数据并输出；中央处理器7定时接收并保存图像灰度矩阵数据至存储电路6，从图像灰度矩阵数据中提取出当前输电线路的动态特征值，将动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将超出动态阈值的动态特征值打包输出，动态特征值包括当前输电线路的线径、风偏角度、舞动幅值和舞动频率等，在收到上位机的上传指令时将图像灰度矩阵数据打包输出；3G通讯模块9接收中央处理器7输出的图像灰度矩阵数据包，并将其通过3G网络发送至上位机；微功耗处理器8设定中央处理器7的数据收发时间，并控制为设备供电的电源模块1的继电器通断，接收中央处理器7发送的超出动态阈值的动态特征值数据包并将其输出；GPRS通讯模块3接收微功耗处理器2输出的动态特征值数据包，并将其通过GPRS网络发送至上位机；RS232通讯模块8则用于实现微功耗处理器8和中央处理器7之间的通讯。结合图4、图6和图7所示，中央处理器的型号为EPM3064ATC100，中央处理器的 GPIO端子作为接口与3G通讯模块相连，微功耗处理器包括型号为MB96F386的微控制芯片和型号为SD2303API的时钟芯片及其外围电路，微控制芯片的第81管脚和第82管脚分别对应与时钟芯片的第7管脚和第6管脚相连，微控制芯片的第56管脚和第57管脚作为接口与GPRS通讯模块相连。RS232通讯模块的第12管脚、第11管脚、第9管脚和第10管脚分别对应与微控制芯片的第8管脚、第9管脚、第56管脚和第57管脚相连，RS232通讯模块的第12管脚和第11管脚分别对应与中央处理器的第4管脚和第15管脚相连。结合图3a和图北所示，图像预处理模块包括模数转换电路和缓冲输出电路，其中模数转换电路包括型号为TVP5150的视频处理芯片及其外围电路，视频处理芯片的第1管脚和第2管脚分别通过一个LC滤波电路对应与两个BNC接口连接，视频处理芯片的第21管脚和第22管脚分别对应与中央处理器的第62管脚和第73管脚相连，视频处理芯片的第8管脚和第9管脚分别对应与中央处理器的第36管脚和第57管脚相连。而缓冲输出电路包括型号为16C2550IB48的单片机及其外围电路，以及分别与单片机相连的型号为CBT3M5的电平转换芯片、型号为AiC9LV320的flash存储器及其外围电路和型号为MAX3072的485/422转换芯片及其外围电路，其中，电平转换芯片的第2 第 9管脚分别对应与视频处理芯片的第11 第18管脚相连，电平转换芯片的第11 18管脚分别对应与flash存储器的第四管脚、第31管脚、第33管脚、第35管脚、第38管脚、第 40管脚、第42管脚和第44管脚，以及单片机的第1 第3管脚、第44 第48管脚相连， 中央处理器的第79 第81管脚、第83管脚和第84管脚分别与flash存储器的第1 第 8管脚、第17 第25管脚、第45管脚和第48管脚，以及单片机的第沈 第观管脚相连， flash存储器的第16管脚、第9管脚、第10管脚和第13管脚分别对应与中央处理器的第 32 第29管脚相连，flash存储器的第26管脚、第28管脚、第11管脚、第12管脚和第14 管脚分别对应与中央处理器的第41管脚、第45管脚、第44管脚、第36管脚和第42管脚相连，电平转换芯片的第19管脚与中央处理器的第58管脚相连，单片机的第10管脚、第11管脚、第36管脚、第19管脚、第15管脚、第四管脚和第30管脚分别对应与中央处理器的第 47管脚、第46管脚、第48管脚、第45管脚、第44管脚、第56管脚和第M管脚相连，单片机的第5管脚和第7管脚分别对应与485/422转换芯片的第4管脚和第1管脚相连，485/422 转换芯片的第2管脚和第3管脚与中央处理器的第52管脚相连，485/422转换芯片的第7 管脚和第6管脚分别对应与中央处理器的第21管脚和第22管脚相连。结合图2所示，存储电路包括两个型号为HY57V283220的存储芯片，其中，两个存储芯片的DQO DQ31端子分别对应与电平转换芯片的第2 9管脚相连，两个存储芯片的 AO All端子、BAO端子和BAl端子分别对应与中央处理器的第79 第81管脚、第83管脚和第84管脚相连，两个存储芯片的第68管脚和第67管脚分别对应与中央处理器第76 管脚和第87管脚相连，两个存储芯片的第16管脚、第71管脚、第观管脚和第59管脚分别对应与中央处理器的第四 第32管脚相连，两个存储芯片的第17 第20管脚分别对应与中央处理器的第98管脚、第99管脚、第100管脚和第92管脚相连。结合图5所示，电源模块包括型号为AE2576的稳压芯片及其外围电路(包括能够较好的双端抑制电源电压的变化的EMC滤波器)，以及与稳压芯片的第4管脚相连的三极管开关电路和受控于该三极管开关电路的继电器电路，三极管开关电路的基极与微控制芯片的第80管脚相连。上述输电线路在线舞动及风偏监测系统的工作过程(即监测方法)大致如下1)、视觉传感器4采集当前输电线路的模拟图像信息并将其加上时间标识后输出；2)、图像预处理模块5接收带有时间标识的模拟图像信息，将其数字化处理，形成图像灰度矩阵数据并输出；3)、中央处理器7定时(例如5秒)接收并保存图像灰度矩阵数据至存储电路6， 从图像灰度矩阵数据中提取出当前输电线路的动态特征值，将动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将超出动态阈值的动态特征值打包输出，其中，动态特征值包括当前输电线路的线径、风偏角度、舞动幅值和舞动频率寸。
4)、微功耗处理器2接收中央处理器发送的超出动态阈值的动态特征值数据包并将其输出；5)、GPRS通讯模块3接收微功耗处理器2输出的动态特征值数据包，并将其通过 GPRS网络发送至上位机。在上述过程中，如果中央处理器7通过3G通讯模块9收到上位机发来的上传指令，则根据该指令将保存的图像灰度矩阵数据打包发送至3G通讯模块9，由3G通讯模块9 将其通过3G网络发送至上位机。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，包括视觉传感器，用于采集当前输电线路的模拟图像信息并将其加上时间标识后输出；图像预处理模块，用于接收所述带有时间标识的模拟图像信息，将其数字化处理，形成图像灰度矩阵数据并输出；中央处理器，用于定时接收并保存所述图像灰度矩阵数据至存储电路，从所述图像灰度矩阵数据中提取出所述当前输电线路的动态特征值，将所述动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将所述超出动态阈值的动态特征值打包输出，所述动态特征值包括所述当前输电线路的线径、风偏角度、舞动幅值和舞动频率；微功耗处理器，用于设定所述中央处理器的数据收发时间，并控制为设备供电的电源模块的继电器通断，接收所述中央处理器发送的超出动态阈值的动态特征值数据包并将其输出；GPRS通讯模块，用于接收所述微功耗处理器输出的动态特征值数据包，并将其通过 GPRS网络发送至所述上位机。
2.根据权利要求1所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，还包括3G 通讯模块，当所述中央处理器收到所述上位机的上传指令时将所述图像灰度矩阵数据打包输出给所述3G通讯模块，由所述3G通讯模块将其通过3G网络发送至所述上位机。
3.根据权利要求2所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，所述中央处理器的型号为EPM3064ATC100，所述中央处理器的GPIO端子作为接口与所述3G通讯模块相连，所述微功耗处理器包括型号为MB96F386的微控制芯片和型号为SD2303API的时钟芯片及其外围电路，所述微控制芯片的第81管脚和第82管脚分别对应与所述时钟芯片的第 7管脚和第6管脚相连，所述微控制芯片的第56管脚和第57管脚作为接口与所述GPRS通讯模块相连。
4.根据权利要求2所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，所述微控制芯片和所述中央处理器之间通过型号为SP232EEN的RS232通讯模块通讯，其中，所述 RS232通讯模块的第12管脚、第11管脚、第9管脚和第10管脚分别对应与所述微控制芯片的第8管脚、第9管脚、第56管脚和第57管脚相连，所述RS232通讯模块的第12管脚和第 11管脚分别对应与所述中央处理器的第4管脚和第15管脚相连。
5.根据权利要求4所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，所述图像预处理模块包括模数转换电路和缓冲输出电路，所述模数转换电路包括型号为TVP5150的视频处理芯片及其外围电路，所述视频处理芯片的第1管脚和第2管脚分别通过一个LC滤波电路对应与两个BNC接口连接，所述视频处理芯片的第21管脚和第22管脚分别对应与所述中央处理器的第62管脚和第73管脚相连，所述视频处理芯片的第8管脚和第9管脚分别对应与所述中央处理器的第36管脚和第57管脚相连。
6.根据权利要求5所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，所述缓冲输出电路包括型号为16C2550IB48的单片机及其外围电路，以及分别与所述单片机相连的型号为CBT3M5的电平转换芯片、型号为AiC9LV320的flash存储器及其外围电路和型号为MAX3072的485/422转换芯片及其外围电路，其中，所述电平转换芯片的第2 第9管脚分别对应与所述视频处理芯片的第11 第18管脚相连，所述电平转换芯片的第11 18管脚分别对应与所述flash存储器的第四管脚、第31管脚、第33管脚、第35管脚、第38 管脚、第40管脚、第42管脚和第44管脚，以及所述单片机的第1 第3管脚、第44 第48 管脚相连，所述中央处理器的第79 第81管脚、第83管脚和第84管脚分别与所述flash 存储器的第1 第8管脚、第17 第25管脚、第45管脚和第48管脚，以及所述单片机的第沈 第观管脚相连，所述flash存储器的第16管脚、第9管脚、第10管脚和第13管脚分别对应与所述中央处理器的第32 第四管脚相连，所述flash存储器的第沈管脚、第 28管脚、第11管脚、第12管脚和第14管脚分别对应与所述中央处理器的第41管脚、第45 管脚、第44管脚、第36管脚和第42管脚相连，所述电平转换芯片的第19管脚与所述中央处理器的第58管脚相连，所述单片机的第10管脚、第11管脚、第36管脚、第19管脚、第15 管脚、第四管脚和第30管脚分别对应与所述中央处理器的第47管脚、第46管脚、第48管脚、第45管脚、第44管脚、第56管脚和第M管脚相连，所述单片机的第5管脚和第7管脚分别对应与所述485/422转换芯片的第4管脚和第1管脚相连，所述485/422转换芯片的第2管脚和第3管脚与所述中央处理器的第52管脚相连，所述485/422转换芯片的第7管脚和第6管脚分别对应与所述中央处理器的第21管脚和第22管脚相连。
7.根据权利要求6所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，所述存储电路包括两个型号为HY57V283220的存储芯片，其中，两个所述存储芯片的DQO DQ31端子分别对应与所述电平转换芯片的第2 9管脚相连，两个所述存储芯片的AO All端子、 BAO端子和BAl端子分别对应与所述中央处理器的第79 第81管脚、第83管脚和第84管脚相连，两个所述存储芯片的第68管脚和第67管脚分别对应与所述中央处理器第76管脚和第87管脚相连，两个所述存储芯片的第16管脚、第71管脚、第观管脚和第59管脚分别对应与所述中央处理器的第四 第32管脚相连，两个所述存储芯片的第17 第20管脚分别对应与所述中央处理器的第98管脚、第99管脚、第100管脚和第92管脚相连。
8.根据权利要求7所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统，其特征在于，所述电源模块包括型号为AE2576的稳压芯片及其外围电路，以及与所述稳压芯片的第4管脚相连的三极管开关电路和受控于该三极管开关电路的继电器电路，所述三极管开关电路的基极与所述微控制芯片的第80管脚相连。
9.一种如权利要求1所述的输电线路在线舞动及风偏监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤采集当前输电线路的模拟图像信息并将其加上时间标识；将所述带有时间标识的模拟图像信息进行数字化处理，形成图像灰度矩阵数据；从所述图像灰度矩阵数据中提取出所述当前输电线路的动态特征值，将所述动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将所述超出动态阈值的动态特征值打包并通过GPRS网络发送至所述上位机，所述动态特征值包括所述当前输电线路的线径、风偏角度、舞动幅值和舞动频率。
10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，还包括在收到所述上位机的上传指令时将所述图像灰度矩阵数据打包并通过3G网络至所述上位机。
全文摘要
本发明公开了一种输电线路在线舞动及风偏监测系统及其监测方法，该系统包括视觉传感器、图像预处理模块、中央处理器、微功耗处理器和GPRS通讯模块，图像预处理模块将视觉传感器采集的带有时间标识的模拟图像信息数字化处理成图像灰度矩阵数据并发至中央处理器，中央处理器从图像灰度矩阵数据中提取出当前输电线路的动态特征值，将动态特征值与预先设置的动态阈值对应进行比较，如果有超出动态阈值的动态特征值，则将超出动态阈值的动态特征值打包通过微功耗处理器处理后交由GPRS通讯模块发给上位机，从而低成本实现了对于输电线路的舞动及风偏的在线监测。
文档编号G01H9/00GK102506988SQ20111038202
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者左石, 徐建波, 方宝友, 李建中, 杜勇, 涂明, 覃绍先, 饶英俊 申请人:北京华电万通科技有限公司, 湖北省电力公司超高压输变电公司