便携式电线积冰自动检测装置及积冰观测对比方法与流程

本发明涉及一种电线积冰自动检测装置及积冰观测对比方法，尤其涉及一种工作性能稳定检修方便的便携式电线积冰自动检测装置及积冰观测对比方法。

背景技术：

冬季气温低下并多发雨雪天气，因此室外许多通讯线路、输电线路上会出现积冰现象，悬空线路上的积冰超过设计标准时，就会压断线路，压塌电线杆、铁塔等，带来巨大的损失。

以前，气象部门对线路的积冰检测采用人工方式，人工测量线路上积冰的直径、厚度、重量等。人工测量的效率低、准确性不足，不能及时的预报险情。

为了能够实时连续的进行积冰测量，使用自动检测装置进行线路积冰状况的检测，现有的电线积冰自动检测装置包括电线积冰架、传感器、数据采集单元、系统控制单元和终端显示设备，现有的传感器和数据采集单元为一体结构。由于传感器使用环境比较恶劣，需要设计复杂的封装结构对传感器和数据采集单元的一体结构进行封装，成本很高，而且一旦损坏，需要同时更换传感器和数据采集单元，维护费用高，而且需要拆除封装结构，维修不方便。现有的自动检测装置还存在标定过程复杂、传感器长时间使用后会产生飘移等问题。而且，当自动检测装置出现问题时，需要技术人员到现场进行升级维护，而往往电线积冰自动检测装置都是安装在野外环境恶劣的地区，增加了维修人员的工作难度。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种成本更低、工作性能更稳定、维护检修更方便的便携式电线积冰自动检测装置及积冰观测对比方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种便携式电线积冰自动检测装置，包括电线积冰架、传感器、控制系统、供电系统和终端显示设备；其中，所述传感器单独封装，所述控制系统包括控制芯片、通讯模块和数据采集单元；电线因积冰发生弯曲形变，通过传感器的封装结构将电线的弯曲形变实时的传递给传感器，传感器将弯曲形变量转换成电信号；控制系统的数据采集单元将电信号进行a/d转换成数字信号；控制系统的控制芯片进行数据处理得到积冰数据；控制系统的通讯模块将积冰数据送到终端显示设备；终端显示设备显示检测到的积冰数据；供电系统为整个装置提供电源。电线积冰自动检测装置还包括远程调试工具，控制系统通过通讯模块将积冰数据发送到远程调试工具，远程调试工具对装置进行远程升级维护。

控制系统外接温度传感器和湿度传感器，用来实现控制系统的免标定功能。免标定功能的具体实现为预先通过对传感器在不同环境下温度和湿度的测试，获得不同环境下传感器的系数，从而得到一个测试数据库；设备工作时实时采集环境的温度和湿度，根据采集到的温度和湿度数据，结合测试数据库，纠正不同环境下传感器的系数。

控制系统外接温度传感器、湿度传感器、风向传感器和风速传感器，用来实现控制系统的免清零功能。免清零功能的具体实现为根据温度、湿度、风向和风速以及采集到的积冰数据，由控制芯片综合分析计算分析判断设备状况；当检测到设备上没有积冰时，控制系统对传感器采集到的数值进行清零，当检测到设备上有积冰时，控制系统准确的输出积冰数据。

对便携式电线积冰自动检测装置进行远程调试的方法，包括以下步骤：

（1）电线积冰自动监测装置通过通讯模块和服务器相连，将积冰数据上传到服务器，远程调试工具从服务器获得积冰数据，对设备进行实时监控；

（2）当设备出现故障时，操作者或者用户要访问电线积冰自动监测装置，通过远程调试工具的客户端软件登录到服务器，并输入需要访问设备的id；

（3）当设备从服务器收到用户的请求访问的命令，响应连接，此时，操作者或者用户可以通过远程调试工具对设备进行远程调试和诊断。

利用便携式电线积冰自动检测装置进行积冰观测对比的方法，包含以下步骤：

（1）利用电线积冰自动检测装置测量4mm电线积冰时电线积冰南北向直径、南北向厚度、南北向重量、东西向直径、东西向厚度、东西向重量，以及利用温度传感器、湿度传感器、风向传感器和风速传感器记录测量时的温度、湿度、风向和风速；

（2）利用电线积冰自动检测装置测量26.8mm电线积冰时电线积冰南北向直径、南北向厚度、南北向重量、东西向直径、东西向厚度、东西向重量，以及利用温度传感器、湿度传感器、风向传感器和风速传感器记录测量时的温度、湿度、风向和风速；

（3）对全国各个测量站点测得的4mm和26.8mm两种电缆的电线积冰南北向直径、南北向厚度、南北向重量、东西向直径、东西向厚度、东西向重量分别进行差值、差值平均值、差值标准差的对比；

其中，差值的计算公式为：

；

差值平均值的计算公式为：

；

差值标准差的计算公式为：

；

其中，xi为第i次的差值，ai为4mm电线时某一要素第i次电线积冰观测值，ui为26.8mm电线时某一要素第i次电线积冰观测值；为第i次的差值平均值；为第i次的差值标准差；

（4）统计分析每次电线积冰过程中两种电缆测得的各要素的全国平均差值；

（5）绘制每次电线积冰过程中两种电缆线测得的各要素的差值平均值、差值标准差的空间分布图，分析分布特征及原因；

（6）统计分析每次电线积冰过程中不同电线积冰现象时，包括雨凇、雾凇或湿雪，各要素的全国的平均差值；

（7）统计分析每次电线积冰过程中不同气象条件下，即不同的温度、湿度、风速或风向下，各要素的全国的平均差值。

有益效果：本发明的传感器单独封装，结构紧凑，用胶水密封，完全把电路封装在里面，防水防尘等级高，且可以单独检修更换，成本低；控制系统通过优化算法可以纠正不同环境下传感器的系数，克服了传感器在不同环境下系数不一致的问题，从而实现免标定；新增免清零功能克服了传感器随着时间的推移，采集数据产生正向或负向的漂移的问题；远程调试工具可以让技术人员在全国各个地方随时的对设备进行升级维护，一旦出现了故障，可以远程进行诊断，无需到现场。

附图说明

图1是本发明装置的硬件结构框图；

图2是增加了免标定功能的装置结构框图；

图3是增加了免清零功能的装置结构框图；

图4是远程调试方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的便携式电线积冰自动检测装置包括电线积冰架、传感器、控制系统、远程调试工具、供电系统和终端显示设备，装置的硬件结构框图如图1所示。其中，控制系统又包括控制芯片、通讯模块和数据采集单元。装置的工作原理是：当电线积冰后，电线因积冰发生弯曲形变，通过传感器的封装结构将电线的形变传递给传感器，传感器将形变量转换成电信号，电信号传送到控制系统中的数据采集单元进行a/d转换成数字信号后，送到控制芯片进行数据处理，最后将得到的积冰数据通过通讯模块送到终端显示设备进行显示，同时通过通讯模块将数据发送到远程调试工具。

本发明的传感器将原有的传感器中的数据采集单元剥离出来，做成独立的模块，与控制系统做成一体，可靠性更高。当后期数据采集出现问题时，可以单独检查更换传感器或者数据采集单元，不用再一起更换传感器和数据采集单元，维护更方便，维护费用更低。传感器单独封装，结构紧凑，刚度更高，可以有效的减少漂移。用防湿防潮的胶水密封，完全把电路封装在里面，防水防尘等级达到ip68。

电线积冰架一般由两组支架组成，每组支架包括两根支柱和一根导线。进行电线积冰观测业务的导线有两种规格，4mm和26.8mm。本发明对两种规格的测试导线都进行自动化测量，实施对比观测，计算积冰的平均厚度和直径，并对比分析两种观测的差异，计算差值、差值平均值、差值标准差等，评估其一致性。

利用便携式电线积冰自动检测装置进行积冰观测对比的具体方法如下，包含步骤：

（1）利用电线积冰自动检测装置测量4mm电线积冰时电线积冰南北向直径、南北向厚度、南北向重量、东西向直径、东西向厚度、东西向重量，以及利用温度传感器、湿度传感器、风向传感器和风速传感器记录测量时的温度、湿度、风向和风速；

（2）利用电线积冰自动检测装置测量26.8mm电线积冰时电线积冰南北向直径、南北向厚度、南北向重量、东西向直径、东西向厚度、东西向重量，以及利用温度传感器、湿度传感器、风向传感器和风速传感器记录测量时的温度、湿度、风向和风速；

（3）对全国各个测量站点测得的4mm和26.8mm两种电缆的电线积冰南北向直径、南北向厚度、南北向重量、东西向直径、东西向厚度、东西向重量分别进行差值、差值平均值、差值标准差的对比；

其中，差值的计算公式为：

；

差值平均值的计算公式为：

；

差值标准差的计算公式为：

；

其中，xi为第i次的差值，ai为4mm电线时某一要素第i次电线积冰观测值，ui为26.8mm电线时某一要素第i次电线积冰观测值；为第i次的差值平均值；为第i次的差值标准差；

（4）统计分析每次电线积冰过程中两种电缆测得的各要素的全国平均差值；

（5）绘制每次电线积冰过程中两种电缆线测得的各要素的差值平均值、差值标准差的空间分布图，分析分布特征及原因；

（6）统计分析每次电线积冰过程中不同电线积冰现象时，包括雨凇、雾凇或湿雪，各要素的全国的平均差值；

（7）统计分析每次电线积冰过程中不同气象条件下，即不同的温度、湿度、风速或风向下，各要素的全国的平均差值。

为了系统的稳定性，降低功耗，控制系统中的控制芯片采用高级的arm架构芯片，对数据采集单元得到的数字信号进行处理，得到积冰数据。控制系统还具有免标定、免清零、抗干扰等功能。

为了实现免标定功能，预先通过对传感器在不同环境下温度和湿度的测试，获得不同环境下传感器的系数，从而得到一个测试数据库。如图2所示，整个装置工作时，控制系统外接温度传感器和湿度传感器，实时采集环境的温度和湿度，根据采集到的温度和湿度数据，结合测试数据库，纠正不同环境下传感器的系数，克服了传感器在不同环境下系数不一致的问题，从而实现免标定。

如图3所示，为了实现免清零功能，控制系统外接温度传感器、湿度传感器、风向传感器和风速传感器，根据温度、湿度、风向和风速以及采集到积冰数据的综合关系，由控制芯片计算分析判断装置处于什么状况。当装置没有积冰时，控制系统对传感器采集到的数值进行清零，当检测到装置上有积冰时，准确的给出积冰数据。本装置新增的免清零功能克服了传感器随着时间的推移，采集数据产生正向或负向的漂移的问题。本装置通过优化算法可自动校准系数和实现清零工作，无需工作人员去现场进行相关工作。

控制系统进一步地采用优化算法，去除干扰因素。例如，采用均值滤波算法，即将一个时间段的数据去除最大值和最小值，然后求平均，可以有效的去除例如3分钟以内的干扰因素。

远程调试工具可以让技术人员在全国各个地方随时的对设备进行升级维护，一旦出现了故障，可以远程进行诊断，并对出现的故障进行修复，无需到现场。操作技术人员可以使用电脑软件或者移动客户端软件通过网络设备匹配的登录密钥连接到自动检测装置，对设备进行调试诊断。远程调试的方法如图4所示，电线积冰自动监测装置通过高速通讯模块和私有服务器相连，该服务器必须有公网的ip，连接的方式可以通过有线的方式连接，也可以通过无线的方式连接。连接的过程是由电线积冰自动监测装置主动发起去连接服务器。操作者或者用户要访问电线积冰自动监测装置，通过客户端软件，登录到服务器并输入需要访问设备的id，该id的设备在连接服务器的时候一旦收到用户的要求访问的命令，则会响应远方的连接，此时就可以对这套设备进行远程调试和诊断。

本发明的供电系统可以使用独立的太阳能电池供电系统；终端显示设备可以是电脑上的显示软件，也可以是手机等移动设备上的客户端app，控制系统和终端显示设备以及远程调试工具的通讯模块采用当前最先进的4g模块，代替原有的短息通讯方式，通讯卡采用最新的物联卡，速度快，流量费用少。