本发明涉及电力设计领域，具体涉及一种基于物联网的电力线路勘察设计方法及其监测系统。
背景技术：
电力线路勘察设计是电力设计中的重要基础工作之一，在电网建设的前期设计工作中占有十分重要的地位，其主要工作是在电网起点至终点之间找到合适的架设路径。现有的电力线路勘察设计中，大都从经济成本出发进行考虑，除了对无法避开的厂矿、村庄、湖泊等进行绕道外，其余路径都尽可能的选取直线铺设，从而使得工程预算低、工程设计能够较为顺利的被甲方所接受。然而这种铺设方式完全从前期经济投入的角度出发，带有投标方投机取巧的性质，对于后期投产后可能出现的受气象条件、地质条件等影响没有进行综合考虑，实际使用中发现，投产后在电网的设计使用周期内，针对各种气象条件、地质条件所引起的维护、维修费用已经完全超出了铺设费用，这种现象对于远距离电网而言尤为突出。特别是对于山地地区，维护维修费用更是比平原地区高出很多，因此从整体上来看，现有的电网铺设方式考虑不够充分且经济性不高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于物联网的电力线路勘察设计方法及其监测系统，以解决现有技术中对于电网架设线路的设计基于前期工程预算来考虑、设计思路不够严谨的问题，实现提高山区电网架设线路的安全性和稳定性，并且极大降低维护维修费用的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于物联网的电力线路勘察设计方法，包括以下步骤：
(a)确定电网架设的起点和终点，以起点和终点的连线中点作为球心、以球心距离起点或终点的距离为半径作球，得到控制球；
(b)计算控制球内的平均海拔高度a，以a为控制球内的基准水平面；计算控制球内基准水平面上方地表的平均海拔高度b、控制球内基准水平面下方地表的平均海拔高度c；
(c)标定a与b之间的所有山坡坡顶为上部拐点、标定a与c之间的所有山坡坡顶为下部拐点；监测所有上部拐点、下部拐点的气象参数；
(d)在基准水平面内作出布线区椭圆：所述布线区椭圆的长轴为起点和终点在基准水平面内投影的连线，使得布线区椭圆穿过至少一个上部拐点或/和下部拐点在基准水平面内的投影，其余上部拐点和下部拐点在基准水平面内的投影均位于布线区椭圆内；
(e)根据步骤(c)中所监测的气象参数，在布线区椭圆内排除气象参数不符合要求的上部拐点和下部拐点；在剩余的上部拐点和下部拐点处进行地质勘探，排除地下500m深度内有异常压力地层、欠压实地层、碳酸盐岩地层或煤层中任意一种地层的上部拐点和下部拐点，得到最终筛选拐点；
(f)沿布线区椭圆的长轴方向将布线区椭圆分为宽度相等的若干区块，在每个区块内选择一个最终筛选点作为电塔设置点，从起点至终点依次连接各区块内的电塔设置点，得到最终的电力线路铺设线。
针对现有技术中对于电网架设线路的设计基于前期工程预算来考虑、设计思路不够严谨的问题，本发明首先提出一种基于物联网的电力线路勘察设计方法，本方法首先确定电网架设的起点和终点，以起点和终点的连线中点作为球心、以球心距离起点或终点的距离为半径作球，得到控制球，控制球为虚拟的球体，部分位于底表之下也不影响，控制球内为理论上可以进行电网架设的空间范围。之后计算控制球内的平均海拔高度a，此处所述的平均海拔高度a，是指控制球内所有地表海拔高度的平均值，通过卫星云图计算、三维建模计算或实际测量均可获得。海拔高度a所处的水平面则定位基准水平面。计算控制球内基准水平面上方地表的平均海拔高度b、控制球内基准水平面下方地表的平均海拔高度c。对于山区地形而言，山峦叠起不管高差多少，总会有很多山坡或山峰，山坡的顶点是可以确定的，因此标定a与b之间的所有山坡坡顶为上部拐点、标定a与c之间的所有山坡坡顶为下部拐点；由于上部拐点、下部拐点均位于山坡顶点，因此能够有效避开野外树丛等障碍物可能存在的干扰，从顶点至顶点架设的电缆只会从空中通过，不会有森林火险的风险。之后监测所有上部拐点、下部拐点的气象参数。再在基准水平面内作出布线区椭圆：所述布线区椭圆的长轴为起点和终点在基准水平面内投影的连线，使得布线区椭圆穿过至少一个上部拐点或/和下部拐点在基准水平面内的投影，其余上部拐点和下部拐点在基准水平面内的投影均位于布线区椭圆内。即是布线区椭圆的长轴固定，短轴根据各上部拐点和下部拐点的投影分布进行设置，确保至少一个上部拐点或/和下部拐点在椭圆轨迹上、其余上部拐点和下部拐点均位于椭圆内，以此使得布线区椭圆具有最小的面积，从而进一步缩小电缆架设的选择范围，使得电缆只能在布线区椭圆所对应的区域内进行铺设。之后根据所监测的气象参数，在布线区椭圆内排除气象参数不符合要求的上部拐点和下部拐点；其中不符合要求的气象参数是指具有不符合行业标准、国家规定的恶劣气象条件的情况。再在剩余的上部拐点和下部拐点处进行地质勘探，排除地下500m深度内有异常压力地层、欠压实地层、碳酸盐岩地层或煤层中任意一种地层的上部拐点和下部拐点，得到最终筛选拐点。排除异常压力地层、欠压实地层是为了避免轻微的构造运动就可能导致出现沉陷塌方等情况。排除碳酸盐岩地层是为了避免可能出现的溶洞裂缝等进一步扩大导致地应力不稳定、不利于电塔地基施工。排除煤层是为了不影响后期可能进行的煤层开采、避免电网被迫中断运行进行移位。这些情况都是现有的电路设计所没有考虑到的，能够极大的降低后期维护成本。之后沿布线区椭圆的长轴方向将布线区椭圆分为宽度相等的若干区块，在每个区块内选择一个最终筛选点作为电塔设置点，从起点至终点依次连接各区块内的电塔设置点，得到最终的电力线路铺设线。即是每个区块内只选取一个电塔设置点作为电塔的建设位置，需要注意的是，电塔设置点的选择需要考虑的是三维空间内相邻最终筛选点之间的距离，而非在基准水平面内去考虑平面距离。优选的，每个区块沿布线区椭圆长轴方向的宽度为300～400m。本方法解决了现有技术中对于电网架设线路的设计基于前期工程预算来考虑、设计思路不够严谨的问题，提供了一套针对山区的完整、有效、逻辑清楚严密的电力线路勘察设计方法，极大的提高了山区电网架设线路的安全性和稳定性，并且从电网使用周期内整体看待，由于对气候和地质条件进行了高效筛选，因此后期维护费用极大降低、所出现的受损风险也极大降低，从而显著降低了整体维护维修费用。
优选的，步骤中所述气象参数包括温度、风速、气压、降水量、落雷量，监测周期不低于一个月。
优选的，还包括对监测的参数进行修正：获取当地前n年的历史气象记录，将实际监测周期内获得的数据与前n年同期的历史气象记录的平均值进行比较，若两者相差在20％以内，则使用前n年全年的历史气象记录进行判断是否符合要求；若两者相差大于20％，则直接排除该上部拐点或下部拐点，其中n≥5。本方案中通过前n年的历史气象记录，对比实际监测的气象参数，避免监测周期内气象突变或异常导致判断有误，提高判断精确度。监测数据与前n年同期的历史气象记录的平均值相差在20％以内，作为可以接受的波动范围，因此该区域气候波动稳定，前n年的历史气象记录具有参考价值；反之，则说明气候稳定性差、变数大，因此直接放弃该上部拐点或下部拐点。
优选的，步骤(e)中所述地质勘探为地震勘探法。地震勘探无需钻探打井，能够提高对地层的保护程度，确保地层完整性，降低工期与成本。
优选的，步骤(f)中，从起点至终点方向，第(2+3×m)个区块内所选取的电塔设置点与相邻两侧区块内的电塔设置点的距离之和，为上述三个区块中各选一个最终筛选拐点进行连线的距离中的最短值，其中所述三个区块为第(2+3×m-1)个区块、第(2+3×m)个区块、第(2+3×m+1)个区块，其中m≥0。本方案提供了一种优选的选择最终的电力线路铺设线路的方法，具体的，以从起点开始的第二个区块为初始值，选取三的等差数列区块，因此使得相邻三个区块构成一个整体，三个区块内选取最短的最终筛选拐点的连线，从而将若干线段连接起来构成完整的电力线路铺设路线。本方案的优点还在于在后期维护中便于对相邻的电塔就近进行断电或接电操作。
基于物联网的电力线路勘察设计监测系统，所述上部拐点、下部拐点处均设置监测终端；所述监测终端包括温度传感器、风速传感器、气压传感器、降水量采集装置，所述监测终端通过太阳能电池板向蓄电池供电，由蓄电池向温度传感器、风速传感器、气压传感器、降水量采集装置供电；还包括用于接收各监测终端信号的监测服务器，所述监测服务器与各监测装置之间通过无线通信连接。
优选的，所述蓄电池的输出端连接有电涌保护器。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种基于物联网的电力线路勘察设计方法及其监测系统，解决了现有技术中对于电网架设线路的设计基于前期工程预算来考虑、设计思路不够严谨的问题，提供了一套针对山区的完整、有效、逻辑清楚严密的电力线路勘察设计方法，极大的提高了山区电网架设线路的安全性和稳定性，并且从电网使用周期内整体看待，由于对气候和地质条件进行了高效筛选，因此后期维护费用极大降低、所出现的受损风险也极大降低，从而显著降低了整体维护维修费用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种基于物联网的电力线路勘察设计方法，包括以下步骤：(a)确定电网架设的起点和终点，以起点和终点的连线中点作为球心、以球心距离起点或终点的距离为半径作球，得到控制球；(b)计算控制球内的平均海拔高度a，以a为控制球内的基准水平面；计算控制球内基准水平面上方地表的平均海拔高度b、控制球内基准水平面下方地表的平均海拔高度c；(c)标定a与b之间的所有山坡坡顶为上部拐点、标定a与c之间的所有山坡坡顶为下部拐点；监测所有上部拐点、下部拐点的气象参数；(d)在基准水平面内作出布线区椭圆：所述布线区椭圆的长轴为起点和终点在基准水平面内投影的连线，使得布线区椭圆穿过至少一个上部拐点或/和下部拐点在基准水平面内的投影，其余上部拐点和下部拐点在基准水平面内的投影均位于布线区椭圆内；(e)根据步骤(c)中所监测的气象参数，在布线区椭圆内排除气象参数不符合要求的上部拐点和下部拐点；在剩余的上部拐点和下部拐点处进行地质勘探，排除地下500m深度内有异常压力地层、欠压实地层、碳酸盐岩地层或煤层中任意一种地层的上部拐点和下部拐点，得到最终筛选拐点；(f)沿布线区椭圆的长轴方向将布线区椭圆分为宽度相等的若干区块，在每个区块内选择一个最终筛选点作为电塔设置点，从起点至终点依次连接各区块内的电塔设置点，得到最终的电力线路铺设线。
实施例2：
一种基于物联网的电力线路勘察设计方法，在实施例1的基础上，步骤(c)中所述气象参数包括温度、风速、气压、降水量、落雷量，监测周期不低于一个月。还包括对监测的参数进行修正：获取当地前n年的历史气象记录，将实际监测周期内获得的数据与前n年同期的历史气象记录的平均值进行比较，若两者相差在20％以内，则使用前n年全年的历史气象记录进行判断是否符合要求；若两者相差大于20％，则直接排除该上部拐点或下部拐点，其中n≥5。步骤(e)中所述地质勘探为地震勘探法。
实施例3：
一种基于物联网的电力线路勘察设计方法，在上述任意实施例的基础上，步骤(f)中，从起点至终点方向，第(2+3×m)个区块内所选取的电塔设置点与相邻两侧区块内的电塔设置点的距离之和，为上述三个区块中各选一个最终筛选拐点进行连线的距离中的最短值，其中所述三个区块为第(2+3×m-1)个区块、第(2+3×m)个区块、第(2+3×m+1)个区块，其中m从0开始依次取值。
实施例4：
基于物联网的电力线路勘察设计的监测系统，所述上部拐点、下部拐点处均设置监测终端；所述监测终端包括温度传感器、风速传感器、气压传感器、降水量采集装置，所述监测终端通过太阳能电池板向蓄电池供电，由蓄电池向温度传感器、风速传感器、气压传感器、降水量采集装置供电；还包括用于接收各监测终端信号的监测服务器，所述监测服务器与各监测装置之间通过无线通信连接。所述蓄电池的输出端连接有电涌保护器。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。