专利名称：一种极端气象条件下的架线的云预警系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种架线的监测系统，尤其涉及一种可以针对极端气象条件对输电塔线等架线的状况进行预警的系统。
背景技术：
近年来由于极端气象情况频发，输电塔线系统发生多次倒伏事故。例如，2005年5月，青海省暴风导致一座330千伏输电塔倒塌；2009年6月，江苏雷暴大风导致500千伏的输电塔倒伏，使输电能力下降70万千瓦；2008初，中国部分地区遭遇特大雪灾，电网多处输电铁塔倒伏。这些事故，给国民经济和民众生活造成了很大损失。除了输电塔线系统外，其它的空中架线系统如通信线缆、架空地线、张力线等含支撑结构的系统也存在类似的问题。针对上述问题，近年来，出现了一些对输电塔线进行在线观测的方法和系统。例如，中国发明专利CN101979974A公开了一种输电塔全场应力监测方法，建立输电塔高保真有限元模型，在输电塔上安装GPS，通过获取工作状态下的GPS数据，运用姿态求解技术获得输电塔姿态数据，代入依据输电塔高保真有限元模型建立的结构静力方程，获得工作状态下的全场应力。该方法只能获取输电塔的应力情况。中国实用新型专利CN201289391Y公开了一种输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，包括现场采集站和主站，所述的现场采集站包括信号调理仪、采集卡、工业控制计算机和无线网卡，振动传感器通过信号调理仪与采集卡连接，风速风向传感器和温度湿度传感器分别连接在采集卡上，所述的采集卡与工业控制计算机连接，在工业控制计算机上还连接有无线网卡；所述的主站包括相互连接的无线数据接收系统和数据分析记录系统。通过设置现场采集站将多种传感信号输送至远端的主站上，便于进行数据分析记录，为输电塔的长期性能健康诊断提供依据。但是，现有的这类输电塔线在线观测系统只能够实时报告输电塔现有的工作状态，不能够达到提前预警的效果；同时，由于缺乏输电塔线所在地的气象预报，无法准确预测未来的风速，气温等气象数据，从而无法预测该输电塔线的抗灾害能力。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种极端气象条件下的架线的云预警系统以及云预警方法，以对架线在极端气象条件下的抗风、抗冰雪能力进行预测，达到预警效果。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种极端气象条件下的架线的云预警系统，包括在线监测模块，所述在线监测模块由设置在各架线塔上的前端系统和远程监测系统构成，前端系统和远程监测系统间经通信系统连接，所述前端系统中设有振动传感器和气象传感器，还设有由风速模拟计算模块和云专家系统模块构成的预警系统，所述风速模拟计算模块将计算的地域按架线走廊进行网格划分，结合在线监测模块的气象传感器返回的微气象数据和宏观天气预报，通过湍流模型的计算，获得预测时刻的架线走廊的风速分布；所述云专家系统模块中包括有架线系统的有限元模型数据库和专家模块，所述专家模块利用有限元模型数据库结合风速模拟计算模块获得的预测时刻的架线走廊的风速分布，得出预测时刻的架线的静动态响应和积冰雪情况。上述技术方案中，所述云专家系统模块中设有架线健康档案数据库。由于有了日常的健康诊断，所以可以对架线系统进行日常的维护，同时更新相关有限元模型数据库，确保数据库的信息的真实性。一种极端气象条件下的架线的云预警方法，在各架线塔上设置前端系统，在前端系统中设置振动传感器和气象传感器，通过振动传感器获得架线的振动参数，通过气象传感器获得架线周围的微气象数据，利用通信系统将前端系统的检测数据传送至远程监测系统；利用架线所处的地形，将架线走廊进行网格划分，结合得到的微气象数据和宏观天气预报，通过计算流体动力学(CFD)模型的计算，获得预测时刻的架线走廊的风速分布；通过架线系统的有限元模型数据库，结合获得的预测时刻的架线走廊的风速分布，得出预测时刻的架线的静动态响应和积冰雪情况。上述技术方案中，架线走廊的风速分布的计算可以用有限体积法建立CFD模型得至IJ。通过地理信息系统(GIS)可以获取架线所在区域的地形地貌的数据，建立架线区域的复杂风场湍流模型，得到架线走廊的风速分布。架线的静动态响应可以用有限元进行计算，积冰雪情况可以用流固耦合模型结合粒子模型模拟得到。上述技术方案中，可将结果数据实时通过云平台传回终端系统，及时发布预警信息。同时该模块具有健康诊断功能，可以定期通过模态分析、小波分析的功能将在线监测系统获得的监测数据与理论分析相结合，进行健康诊断，建立健康档案数据库。同时还可以给定制用户，提供通过短信和邮件提供预警服务。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
本发明通过实时的气象数据，通过云专家系统，能够准确的预报未来的架线体系走廊所在的位置的气象数据，模拟该气象条件下的该架线体系的抗风、抗冰雪能力，从而达到预警效果。同时该系统具有健康诊断系统，通过专家诊断系统，对架线体系进行定期健康诊断，并建立相关档案数据库。该系统将架线的位置按走向进行网格化，通过气象台的气象预报和在线观测体系的气象传感器，结合流体力学的计算获得架线体系的未来的准确的风速分布，作为边界条件，输入抗风、抗冰雪的专家软件系统进行分析，达到预警的目的。由于该系统是建立于云平台上，用户可以轻松地通过移动互联网和互联网访问，用户只要输入该架线的编号，便可获得预警结果和健康诊断结果，不需要具有专业知识。
图1是实施例的示意框图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一参见图1所示，一种极端气象条件下的架线的云预警系统，包括
(I)在线监测模块
该模块系统有振动传感器(获得输电线的振动参数)，气象传感器(获得架线周围的微气象参数)构成的前端系统和远程监测系统构成。
(2)风速模拟计算模块
该模块利用架线所处的地形，将架线走廊进行任意所需的网格划分，结合在线观测模块得到的微气象数据和宏观天气预报，通过湍流模型的计算，获得任意时间的架线走廊的风速分布。(3)云专家系统模块
该模块具有架线系统的有限元模型数据库，结合风速，即可计算任意时刻的架线的静动态响应和积冰雪情况，并可将结果数据实时通过云平台传回终端系统，及时发布预警信息。同时该模块具有健康诊断功能，可以定期通过模态分析、小波分析的功能将在线监测系统获得的监测数据与理论分析相结合，进行健康诊断，建立健康档案数据库。具体实施步骤包括
1、建立输电塔线体系的有限元数据库
2、建立输电塔线体系的健康档案库
3、将输电塔线体系走廊GIS的地形数据导入CFD模块，构成输电线走廊的CFD模型，将天气预警的风速(任意时刻)作为该模型的入口风速，预测输电塔线体系走廊的(任意时刻)风速分布。4、将求得的风速分布，折算为风载荷，代入有限元分析模块，进行动态响应分析，获得输电塔线体系的应力和应变等。5、根据与设计值的比对分析后，发出预警信息。
权利要求
1.一种极端气象条件下的架线的云预警系统，包括在线监测模块，所述在线监测模块由设置在各架线塔上的前端系统和远程监测系统构成，前端系统和远程监测系统间经通信系统连接，其特征在于所述前端系统中设有振动传感器和气象传感器，还设有由风速模拟计算模块和云专家系统模块构成的预警系统，所述风速模拟计算模块将计算的地域按架线走廊进行网格划分，结合在线监测模块的气象传感器返回的微气象数据和宏观天气预报， 通过湍流模型的计算，获得预测时刻的架线走廊的风速分布；所述云专家系统模块中包括有架线系统的有限元模型数据库和专家模块，所述专家模块利用有限元模型数据库结合风速模拟计算模块获得的预测时刻的架线走廊的风速分布，得出预测时刻的架线的静动态响应和积冰雪情况。
2.根据权利要求1所述的极端气象条件下的架线的云预警系统，其特征在于所述云专家系统模块中设有输电塔线健康档案数据库。
3.一种极端气象条件下的架线的云预警方法，其特征在于在各架线塔上设置前端系统，在前端系统中设置振动传感器和气象传感器，通过振动传感器获得架线的振动参数，通过气象传感器获得架线周围的微气象数据，利用通信系统将前端系统的检测数据传送至远程监测系统；利用架线所处的地形，将架线走廊进行网格划分，结合得到的微气象数据和宏观天气预报，通过计算流体动力学模型的计算，获得预测时刻的架线走廊的风速分布；通过架线系统的有限元模型数据库，结合获得的预测时刻的架线走廊的风速分布，得出预测时刻的架线的静动态响应和积冰雪情况。
4.根据权利要求3所述的极端气象条件下的架线的云预警方法，其特征在于通过地理信息系统获取架线所在区域的地形地貌的数据，建立架线区域的复杂风场湍流模型，得到架线走廊的风速分布。
全文摘要
本发明公开了一种极端气象条件下的架线的云预警系统和方法，在各架线塔上设置前端系统，在前端系统中设置振动传感器和气象传感器，获得架线的振动参数和架线周围的微气象数据，利用通信系统将前端系统的检测数据传送至远程监测系统；利用架线所处的地形，将架线走廊进行网格划分，结合得到的微气象数据和宏观天气预报，通过计算流体动力学模型的计算，获得预测时刻的架线走廊的风速分布；通过架线系统的有限元模型数据库，结合获得的预测时刻的架线走廊的风速分布，得出预测时刻的架线的静动态响应和积冰雪情况。本发明能够准确的预报未来的架线体系走廊所在的位置的气象数据，模拟该气象条件下的该架线体系的抗风、抗冰雪能力，从而达到预警效果。
文档编号G01W1/10GK103018793SQ20121051537
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者高强 申请人:高强