输电线路防外力破坏监测预警系统及使用方法与流程

本发明涉及输电线路监测技术领域，是一种输电线路防外力破坏监测预警系统及使用方法。

背景技术：

近年来，随着经济社会的快速发展，城市规划建设规模不断扩大，公路、铁路、管道网络施工频繁，电力设施保护区内各类大型施工机械设备被广泛使用，输电线路发生外破事件的机率持续增大。外力破坏事件除了会给供电公司及电力用户带来不可预估的经济损失，也会对电网造成安全隐患、人员生命财产构成了很大威胁。由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性，杆塔安装的地点多，面积广，距离长，输变电设备长期处在野外暴露状态，要掌握线路运行情况只能通过人工巡线、单一视频监控等形式掌握线路运行环境，上述传统方式掌握的信息较为滞后，均为被动接收，无法起到及时而主动的防护预警，而现场情况瞬息万变，事故发生只是一瞬之间，这就使输电线路防外力破坏工作变得十分艰难。

技术实现要素：

本发明提供了一种输电线路防外力破坏监测预警系统及使用方法，克服了现有技术之不足，其能有效解决现有人工巡线或单一视频监测进行输电线路防外力破坏监测的方式存在的效率低、报警不及时的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种输电线路防外力破坏监测预警系统，包括输电线路状态监测单元、输电线路防破坏触发单元、视频监测单元、前端控制单元、报警单元、通信单元、后端控制单元和能从输电线路上取电的供电单元；所述输电线路状态监测单元和输电线路防破坏触发单元设置在输电线路上，前端控制单元、视频监测单元、通信单元和报警单元设置在输电线路一侧的杆塔上，输电线路状态监测单元、输电线路防破坏触发单元、视频监测单元和供电单元均与前端控制单元连接，前端控制单元分别与报警单元和通信单元连接，通信单元与后端控制单元连接；

所述后端控制单元包括视频服务器、web服务器、数据库服务器、短信服务器，其中：

所述视频服务器，用于存储视频监测单元获取的视频数据，并对视频数据进行分析；

所述web服务器，用于为终端提供网上信息浏览服务；

所述数据服务器，用于存储系统数据；

所述短信服务器，用于向工作人员发送指令信息。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述所述输电线路防破坏触发单元可包括雷达触发模块和激光触发模块，所述雷达触发模块设置在两个杆塔之间的输电线路上，雷达触发模块包括重力加速度传感器、雷达主机和至少三个雷达，三个雷达分别监测输电线路下方前中后三个区域，雷达主机分别与重力加速度传感器和每个雷达连接，所述激光触发模块设置在输电线路一侧的杆塔上，雷达主机和激光触发模块均与前端控制单元连接。

所述供电单元可包括蓄电池、输电线路取电模块、太阳能充电模块和双路充电控制模块，输电线路取电模块、太阳能充电模块均与双路充电控制模块连接，双路充电控制模块与蓄电池连接。

所述通信单元可包括光纤交换机和无线ap，前端控制单元与光纤交换机连接，光纤交换机通过光纤与无线ap连接，无线ap通过光纤与后端控制单元连接。

所述报警单元可包括警灯模块和喊话器，警灯模块和喊话器均与前端控制单元连接。

所述前端控制单元可包括数字信号处理模块和控制模块，数字信号处理模块和控制模块连接，控制模块与通信单元连接。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种输电线路防外力破坏监测预警系统的使用方法，包括以下步骤：

雷达触发模块发现移动物体，获取移动物体的位置及垂直高度；

雷达触发模块判断移动物体的位置及垂直高度是否全部不超过安全阈值，响应于否，则发送预警信息至前端控制单元；

激光触发模块判断是否被移动物体触发，响应于是，则发送预警信息至前端控制单元；

前端控制单元接收到任意一个报警信息，则启动报警单元及视频监测单元。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述前端控制单元启动报警单元及视频监测单元，可具体包括：

启动报警单元，报警单元根据预先设置的时间间隔进行声光报警；

启动视频监测单元，视频监测单元跟踪拍摄移动物体的视频数据，并依次经过前端控制单元和通信单元发送至后端控制单元，后端控制单元对视频数据进行分析。

上述雷达触发模块发现移动物体，获取移动物体的位置及垂直高度，可具体包括：

某一雷达发现移动物体，并获得移动物体与该雷达之间的距离；

重力加速度传感器获得偏移角度，其中偏移角度为当前该雷达相对于该雷达初始位置的偏移角度；

根据偏移角度、该雷达初始位置和移动物体与该雷达之间的距离，计算移动物体的位置及垂直高度。

本发明结构简单，使用方便，通过输电线路防破坏触发单元、视频监测单元、前端控制单元、报警单元和后端控制单元，实现了集触发、分析、记录为一体的输电线路防外力破坏监测预警，取代了原有人工巡线或单一视频监测等输电线路防外力破坏监测方式，实现了对输电线路外力破坏隐患点的远程实时有效的监测，为及时、主动制止外力破坏行为提供了保障，提高了监测效率，减少了人员现场巡视产生的工作量，保证了输电线路的安全运行。同时能通过雷达触发模块和激光触发模块实现输电线路防外力破坏的24小时不间断、无死角监测，保证了监测工作的有效性，弥补了单一视频监测夜间防外力破坏监测的不足的问题。

附图说明

附图1为本发明实施例1的电路结构示意图。

附图2为本发明实施例2的流程图。

附图3为本发明实施例2中获取移动物体的位置及垂直高度的流程图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1所示，一种输电线路防外力破坏监测预警系统，包括输电线路状态监测单元、输电线路防破坏触发单元、视频监测单元、前端控制单元、报警单元、通信单元、后端控制单元和能从输电线路上取电的供电单元；所述输电线路状态监测单元和输电线路防破坏触发单元设置在输电线路上，前端控制单元、视频监测单元、通信单元和报警单元设置在输电线路一侧的杆塔上，输电线路状态监测单元、输电线路防破坏触发单元、视频监测单元和供电单元均与前端控制单元连接，前端控制单元分别与报警单元和通信单元连接，通信单元与后端控制单元连接；

所述后端控制单元包括视频服务器、web服务器、数据库服务器、短信服务器，其中：

所述视频服务器，用于存储视频监测单元获取的视频数据，并对视频数据进行分析；

所述web服务器，用于为终端提供网上信息浏览服务；

所述数据服务器，用于存储系统数据；

所述短信服务器，用于向工作人员发送指令信息。

上述输电线路状态监测单元为现有公知技术，可为导线测温传感器，用于检测输电线路的温度，并依次经过前端控制单元和通信单元发送至后端控制单元，从而后端控制单元能实时监测输电线路温度，结合输电线路增容计算模型，给出输电线路增容建议。上述输电线路防破坏触发单元用于监测是否有移动物体会对输电线路造成外力破坏，若判断移动物体会对输电线路造成外力破坏，则会触发报警信息，并将报警信息发送至前端控制单元。上述前端控制单元为现有公知技术，用于控制报警单元和视频监测单元。上述视频监测单元为现有公知技术，可为带有云台的高清摄像机，用于对移动物体进行追踪，获取其视频数据。上述报警单元可为声光报警器。上述通信单元为现有公知技术，可为4g无线通信模块。上述供电单元能从输电线路上取电，保证系统的稳定运行。上述后端控制单元可与终端连接，使得工作人员能通过终端查看相关监测分析资料及结果。

本发明结构简单，使用方便，通过输电线路防破坏触发单元、视频监测单元、前端控制单元、报警单元和后端控制单元，实现了集触发、分析、记录为一体的输电线路防外力破坏监测预警，取代了原有人工巡线或单一视频监测等输电线路防外力破坏监测方式，实现了对输电线路外力破坏隐患点的远程实时有效的监测，为及时、主动制止外力破坏行为提供了保障，提高了监测效率，减少了人员现场巡视产生的工作量，保证了输电线路的安全运行。

可根据实际需要，对上述输电线路防外力破坏监测预警系统作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，所述输电线路防破坏触发单元包括雷达触发模块和激光触发模块，所述雷达触发模块设置在两个杆塔之间的输电线路上，雷达触发模块包括重力加速度传感器、雷达主机和至少三个雷达，三个雷达分别监测输电线路下方前中后三个区域，雷达主机分别与重力加速度传感器和每个雷达连接，所述激光触发模块设置在输电线路一侧的杆塔上，雷达主机和激光触发模块均与前端控制单元连接。

上述雷达触发模块可设置在两个杆塔之间的输电线路弧垂上，雷达触发模块包括重力加速度传感器、雷达主机和至少三个雷达，至少三个雷达的设置能保证雷达的监测范围覆盖两个杆塔间输电线路的前中后三个区域，避免两个杆塔之间存在监测死角，从而保证能预先判断到输电线路存在外力破坏的可能性；由于输电线路存在导线舞动和弧垂变化的可能性，在发生导线舞动或弧垂变化时，会造成雷达触发模块对地垂直距离的测量发生偏移，因此本发明加装有重力加速度传感器，能计算雷达触发模块发生的偏移角度；雷达主机用于根据雷达及重力加速度传感器回传的数据，确定移动物体的位置及垂直高度（可根据三角函数进行计算），并将移动物体的位置及垂直高度与预先设定的安全阈值进行比较，确定是否发送预警信息至前端控制单元。

上述激光触发模块为现有公知技术，可为激光报警器；安装时，需保证激光报警器的激光射线对准两个杆塔之间输电线路弧垂下方设定的位置处，不同的输电线路上激光报警器的激光射线对准的位置不同，例如110kv的输电线路，激光射线可对准输电线路弧垂下方5米或5米以下的位置，220kv的输电线路，激光射线可对准输电线路弧垂下方6米或6米以下的位置，500kv的输电线路，激光射线可对准输电线路弧垂下方8.5米或8.5米以下的位置；前端控制单元收到不同激光报警器的预警信息，则产生不同预警标识，并且控制报警单元播报不同的预警内容。

本发明能通过雷达触发模块和激光触发模块实现输电线路防外力破坏的24小时不间断、无死角监测，保证了监测工作的有效性，弥补了单一视频监测夜间防外力破坏监测的不足的问题。

如附图1所示，所述供电单元包括蓄电池、输电线路取电模块、太阳能充电模块和双路充电控制模块，输电线路取电模块、太阳能充电模块均与双路充电控制模块连接，双路充电控制模块与蓄电池连接。

上述蓄电池、输电线路取电模块、太阳能充电模块和双路充电控制模块均为现有公知技术，其中输电线路取电模块可包括电流互感器和滤波稳压电路，双路充电控制模块可为转换开关，前端控制单元控制双路充电控制模块进行切换控制，完成充电选择。

如附图1所示，所述通信单元包括光纤交换机和无线ap，前端控制单元与光纤交换机连接，光纤交换机通过光纤与无线ap连接，无线ap通过光纤与后端控制单元连接。

本发明采用以opgw光纤为主、wifi无线通信为辅的混合通信模式，以满足视频传输的需求，实现前端数据的稳定传输。

如附图1所示，所述报警单元包括警灯模块和喊话器，警灯模块和喊话器均与前端控制单元连接。

如附图1、2所示，所述前端控制单元包括数字信号处理模块和控制模块，数字信号处理模块和控制模块连接，控制模块与通信单元连接。

上述数字信号处理模块和控制模块均为现有公知技术，数字信号处理模块为数字信号处理器，用于对前端采集的数据进行模数转换及处理；控制模块可为arm处理器，用于根据数字信号处理模块处理后的数据生成控制命令，并能接收及执行后端的控制命令。

实施例2：如图2所示，一种输电线路防外力破坏监测预警系统的使用方法，包括以下步骤：

雷达触发模块发现移动物体，获取移动物体的位置及垂直高度；

雷达触发模块判断移动物体的位置及垂直高度是否全部不超过安全阈值，响应于否，则发送预警信息至前端控制单元；

激光触发模块判断是否被移动物体触发，响应于是，则发送预警信息至前端控制单元；

前端控制单元接收到任意一个报警信息，则启动报警单元及视频监测单元。

上述雷达触发模块判断移动物体的位置及垂直高度是否全部不超过安全阈值，其中安全阈值包括水平方向的安全阈值和竖直方向的安全阈值，具体判断过程包括：

1、通过移动物体的位置，得到移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离，判断移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离是否不超过水平方向的安全阈值；

2、判断移动物体的垂直高度是否不超过竖直方向的安全阈值；

3、上述判断不全部为是，则发送预警信息至前端控制单元。

上述前端控制单元接收到预警信息时，会根据预警信息的内容对预警信息进行区分标识，并控制喊话器播放不同的报警内容，其中标识包括“物体进入预警区域但事故未发生”和“物体突破预警区域事故已发生”两种。

可根据实际需要，对输电线路防外力破坏监测预警系统的使用方法作进一步优化或/和改进：

如图2所示，所述前端控制单元启动报警单元及视频监测单元，具体包括：

启动报警单元，报警单元根据预先设置的时间间隔进行声光报警；

启动视频监测单元，视频监测单元跟踪拍摄移动物体的视频数据，并依次经过前端控制单元和通信单元发送至后端控制单元，后端控制单元对视频数据进行分析。

上述视频监测单元也可由后端控制单元远程被动触发控制。上述后端控制单元可对接收到的视频数据进行视觉图像差异化分析；后端控制单元中的视频服务器内预先设置有入侵对象模型，能通过该模型识别视频数据中的移动物体，并分析其行为发展轨迹，将结果展示给工作人员，同时可将破坏行为录入至数据库服务器，能利用大数据对分析破坏行为进行深度挖掘分析，统计典型特征，协助工作人员更加精准的了解多发地带、物体种类、破坏行为等内容，为输电线路防外力破坏的监测预警提供数据支撑。

如图2、3所示，所述雷达触发模块发现移动物体，获取移动物体的垂直高度，具体包括：

某一雷达发现移动物体，并获得移动物体与该雷达之间的距离；

重力加速度传感器获得偏移角度，其中偏移角度为当前该雷达相对于该雷达初始位置的偏移角度；

根据偏移角度、该雷达初始位置和移动物体与该雷达之间的距离，计算移动物体的位置及垂直高度。

上述能通过三角函数原理，利用偏移角度、该雷达初始位置和移动物体与该雷达之间的距离，计算移动物体的位置及垂直高度，其中移动物体的位置为移动物体垂直于输电线路与雷达触发模块之间的距离。

上述雷达初始位置，即为雷达设置时与其水平位置之间的夹角，及与其竖直方向之间的夹角。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。