输电杆塔智能监测系统的制作方法

本发明涉及输电杆塔监测技术领域，具体涉及输电杆塔智能监测系统。

背景技术：

近年来随着全球变暖，台风、暴雨、强雷暴等恶劣气象天候频发，导致山洪暴发、冲毁杆塔地基、暴风刮断输电线路、刮倒输电杆塔等自然灾害频发，对电网安全运行构成越来越大的危险。

另外，伴随经济的高速发展和国家重点基础建设施工的高速增长，如新建高铁、新建高速公路、新建高压输电线路和其他新建重点工程的大量上马，其施工不可避免的要穿越高压输电走廊，甚至靠近杆塔施工。然而，这些施工单位通常不具备高压输变电技术的专业知识，缺乏对高电走廊下作业的危险性认知。这些施工往往会采用多种大型机械施工，可能会造成危险接近甚至碰线短路等恶性事故的发生。靠近杆塔野蛮挖掘等可能会造成杆塔地基损毁、杆塔倾覆等重大恶性事故。

还有一些临时施工，因为施工单位不知情或侥幸心理，没有告知电力运行单位，导致安全监管缺失，形成事故隐患。更多的小型、个人的施工作业，更是随心所欲。而巡查人员不可能全程监控，等发现问题时往往已经酿成事故或事故症候，给电网安全运行带来极大隐患。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供输电杆塔智能监测系统。

本发明的目的采集以下技术方案来实现：

提供了输电杆塔智能监测系统，包括环境监测传感装置、监控终端，所述环境监测传感装置用于采集输电杆塔区域环境传感数据，并将采集到的输电杆塔区域环境传感数据发送到所述监控终端，所述监控终端用于接收、存储、显示输电杆塔区域环境传感数据，并将输电杆塔区域环境传感数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号。

优选地，所述监控终端包括数据收发器、数据分析处理器、报警器，所述数据收发器与所述数据分析处理器连接，所述数据分析处理器与所述报警器连接。

进一步地，还包括用户终端，所述的用户终端通过通信网络与监控终端连接，用于实时访问监控终端中的输电杆塔区域环境传感数据。

优选地，所述的输电杆塔区域环境传感数据包括输电杆塔周围的震动信号、输电杆塔的局部水平位移。

优选地，所述的环境监测传感装置包括设定于输电杆塔监测区域外的汇聚节点以及部署于设定的输电杆塔监测区域内的多个传感器节点，传感器节点通过自身的传感器对输电杆塔区域进行监测，采集输电杆塔区域环境传感数据，并将采集到的输电杆塔区域环境传感数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点后发送至监控终端。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络监测技术实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔区域环境传感数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控和防护。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明监控终端的连接框图。

附图标记：

环境监测传感装置1、监控终端2、用户终端3、数据收发器10、数据分析处理器20、报警器30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的输电杆塔智能监测系统，包括环境监测传感装置1、监控终端2和用户终端3，所述环境监测传感装置1用于采集输电杆塔区域环境传感数据，并将采集到的输电杆塔区域环境传感数据发送到所述监控终端2，所述监控终端2用于接收、存储、显示输电杆塔区域环境传感数据，并将输电杆塔区域环境传感数据与预先设定的正常阈值范围的边界值进行比较，若超过正常阈值范围，则输出报警信号；所述的用户终端3通过通信网络与监控终端2连接，用于实时访问监控终端2中的输电杆塔区域环境传感数据。

在一个实施例中，如图2所示，所述监控终端2包括数据收发器10、数据分析处理器20、报警器30，所述数据收发器10与所述数据分析处理器20连接，所述数据分析处理器20与所述报警器30连接。

在一个实施例中，所述的输电杆塔区域环境传感数据包括输电杆塔周围的震动信号、输电杆塔的局部水平位移。

上述实施例中，当输电杆塔有人员攀爬、敲击及其周围有土方施工和大型机械接近等产生震动的现象时，环境监测传感装置1可以采集到信号。

本发明上述实施例利用环境监测传感装置技术实现了输电杆塔监测，并在输电杆塔区域环境传感数据异常时进行报警，便于相关人员进行远程监控。

在一个实施例中，所述的环境监测传感装置1包括设定于输电杆塔监测区域外的汇聚节点以及部署于设定的输电杆塔监测区域内的多个传感器节点，传感器节点通过自身的传感器对输电杆塔区域进行监测，采集输电杆塔区域环境传感数据，并将采集到的输电杆塔区域环境传感数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点后发送至监控终端2。

在一个实施例中，汇聚节点和多个传感器节点共同构成针对于输电杆塔监测区域的无线传感器网络，传感器节点在每一轮进行监测工作前，通过分簇动态选出簇头节点，选出的簇头节点用于收集簇内传感器节点采集的输电杆塔区域环境传感数据并向汇聚节点传输。

在一个实施例中，传感器节点采用的分簇路由协议具体为：

(1)汇聚节点对传感器节点形成的感知区域进行虚拟网格划分，根据传感器节点的地理位置信息和通信半径，将传感器节点划分到相应的大小相等的正方形虚拟网格之中，每个正方形虚拟网格即为一个簇，传感器节点根据自己的地理位置信息，判断自己所属的簇，同一正方形虚拟网格之中的传感器节点相互获取信息，形成邻居节点列表；

(2)当传感器节点收到汇聚节点向整个网络发送选举簇头节点的消息后，等待一段时间，就向自己所在的正方形虚拟网格中的其他传感器节点发送竞选消息；

(3)传感器节点在等待时间内收到来自同一个正方形虚拟网格内的其他传感器节点发送的竞选消息时，取消自己的等待时间并放弃簇头节点竞选，在同一个正方形虚拟网格中，第一个广播竞选消息的传感器节点成为该正方形虚拟网格的簇头节点，每个簇头节点收集所在正方形虚拟网格内的其他传感器节点发送的输电杆塔区域环境传感数据；

其中，传感器节点根据下列公式确定等待时间：

式中，ti为传感器节点i确定的等待时间，tmin和tmax是两个提前设定的时间参数，分别为最小等待时间、最大等待时间，pi、pio分别为传感器节点i的剩余能量、初始能量，d(i,sink)为传感器节点i到汇聚节点的距离，ltrans为传感器节点的传输距离。

本实施例提出了传感器节点的分簇路由协议，该协议传感器节点的剩余能量以及距离基站的距离设置发送竞选消息的等待时间，能够将传感器节点的等待时间控制在一个合理的范围内，并且使得能量多、距离基站更近的传感器节点具有更大的概率充当簇头节点，通过该路由协议进行传感器节点的分簇，能够有利于均衡整个由传感器节点构成的网络的能量消耗，并且有益于节省簇头节点向汇聚节点发送输电杆塔区域环境传感数据的能耗，节约输电杆塔智能监测系统的数据采集成本。

在一个实施例中，每个正方形虚拟网格的大小必须满足如下条件：

式中，r为正方形虚拟网格的边长，ltrans为传感器节点的传输距离。

本实施例对正方形虚拟网格的大小进行限制，保证了相邻正方形虚拟网格之间的相互通信。

在一个实施例中，现任簇头节点在满足下列条件时向所属正方形虚拟网格内的其他传感器节点广播替换请求消息，收到替换请求消息的传感器节点重新选择新的簇头节点：

式中，pj、pj0分别为簇头节点j的剩余能量、初始能量，pt为预设的最小能量阈值，kt为预设的网络允许传感器节点出错的最大次数，kj为簇头节点j到目前为止出错的次数，定义簇头节点采集的输电杆塔区域环境传感数据x满足x>0.5(x0+x1)时簇头节点出错一次，x0为预设的无事件发生时输电杆塔区域环境传感数据的期望值，x1为预设的事件发生时输电杆塔区域环境传感数据的期望值，c为设定门限值且满足c>0。

本实施例对簇头节点的维护机制进行了相应的设置，该维护机制基于能量、输电杆塔区域环境传感数据采集出错率制定了簇头节点的轮换条件，选出的簇头节点根据该轮换条件确定是否需要进行轮换，能够避免簇头节点因消耗过多的能量而提前死掉，并且避免出错率高的簇头节点持续进行输电杆塔区域环境传感数据的采集，进一步保障输电杆塔区域环境传感数据采集的可靠性。

在一个实施例中，与汇聚节点为多跳距离的簇头节点通过多跳转发的形式将收集的输电杆塔区域环境传感数据发送至汇聚节点。

其中，在建立到汇聚节点的通信路由时，簇头节点向各邻居簇头节点发送中继协助消息，收到中继协助消息的各邻居簇头节点延迟一段时间向该簇头节点发送中继协助反馈消息，该簇头节点将最先发送所述中继协助反馈消息的邻居簇头节点作为协助转发其输电杆塔区域环境传感数据的下一跳；

其中，设tβ为簇头节点α的邻居簇头节点β发送中继协助反馈消息的延迟时间，按照下列公式设置tβ：

式中，tmin和tmax是所述的两个提前设定的时间参数，分别为最小等待时间、最大等待时间，pβ、pβo分别为传感器节点β的剩余能量、初始能量，p:β为簇头节点α向其邻居簇头节点β发送一次输电杆塔区域环境传感数据所需要消耗的能量，d(α,β)为簇头节点α到其邻居簇头节点β的距离，d(β,sink)为邻居簇头节点β到汇聚节点的距离，d(α,sink)为传感器节点α到汇聚节点的距离。

本实施例对簇头节点到汇聚节点的路由建立机制进行了相应的设置，其中为传感器节点设定了发送中继协助反馈消息的延迟时间的计算公式，该计算公式通过所述的两个提前设定的时间参数的设置，能够将延迟时间控制在合理的范围内，避免当所有邻居簇头节点的剩余能量都很低时，由于设置的延迟时间过长而影响下一跳节点的选择；由于延迟时间的计算公式中考虑了能量、能耗以及距离因素，使得与汇聚节点为多跳距离的簇头节点在选择下一跳节点时，其拥有较多能量且转发输电杆塔区域环境传感数据能耗较低的邻居簇头节点具有更大的被选择概率，有利于提高输电杆塔区域环境传感数据多跳转发的可靠性，并且在整体上节约输电杆塔区域环境传感数据转发至汇聚节点的能耗，从而能够节约输电杆塔智能监测系统的数据采集成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。