基于无线传感器分析技术的电力电网架空线路运行安全监测管理系统

技术领域

本发明属于电网架空线路运行安全管理技术领域，具体涉及基于无线传感器分析技术的电力电网架空线路运行安全监测管理系统。

背景技术

随着城区用电负荷的逐年增长,人们对供电的需求越来越高，在这样的背景之下,安全稳定运行的电网架空线路成为了人们普遍关注的对象。电网架空线路作为电网的关键环节,由于其距离长,地域广,受自然环境影响大,因此在运行过程中常常会发生一些故障,严重影响电力系统的正常运行。为了进一步减少电网架空线路事故发生率,必须加强电网架空线路的运行监测,以确保电力系统的稳定安全。

但目前电网架空线路的运行监测手段大多是针对电线本身，如电线的漏电、断裂、异常覆盖物检测，忽略了对支撑架空线路电杆的运行安全检测，电杆是架空电线路中最常用的支撑结构之一,其长期工作在外,受土壤环境中水的侵蚀及各种外荷载和内应力的作用,容易产生裂缝、变形等安全隐患,这些安全隐患的存在会降低电杆的承载能力,从而降低电杆的耐久性,增加电网架空电路的运行风险，由此可见对电网架空线路的电杆的运行安全进行监测，是非常有必要的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述需求，本发明的目的在于提出一种基于无线传感器分析技术的电力电网架空线路运行安全监测管理系统，通过对电网架空线路中电杆进行变形检测、顶部电线拉力检测、底部承载力检测和表面开裂检测，实现了对电网架空线路中电杆的运行安全检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于无线传感器分析技术的电力电网架空线路运行安全监测管理系统，包括电杆数量统计模块、电杆变形检测模块、电杆电线拉力检测模块、电杆底部承压力检测模块、电杆表面开裂检测模块、安全数据库、建模分析模块、监管服务器和显示终端；

所述电杆数量统计模块分别与电杆变形检测模块、电杆电线拉力检测模块、电杆底部承压力检测模块和电杆表面开裂检测模块连接，电杆变形检测模块、电杆电线拉力检测模块、电杆底部承压力检测模块和电杆表面开裂检测模块均与建模分析模块连接，建模分析模块与监管服务器连接，监管服务器与显示终端连接；

所述电杆数量统计模块用于对电力电网架空线路支撑的电杆数量进行统计，并对统计的各电杆按照距离电力电网架空线路铺设起点的距离由近到远的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n；

所述安全数据库用于存储各电杆的原始高度、存储各电杆原始铺设时的固定角度，存储电杆表面标准图像，存储电杆对应的安全沉降高度和安全倾斜角度，存储相邻两条电线对电杆顶部的安全拉力差，存储各种直径的电杆对应的安全承重压力，并存储裂缝各种开裂宽度对应的开裂危险系数；

所述电杆变形检测模块用于对统计的各电杆进行变形检测，其中电杆变形检测模块包括电杆沉降变形检测模块和电杆倾斜变形检测模块；

所述电杆沉降变形检测模块用于统计各电杆的当前高度，并将统计的各电杆的当前高度构成电杆当前高度集合H(h1,h2,...,hi,...,hn)，hi表示为第i个电杆的当前高度，同时将电杆当前高度集合与安全数据库中各电杆的原始高度进行对比，得到电杆当前沉降高度集合ΔH(Δh1,Δh2,...,Δhi,...,Δhn)，电杆沉降变形检测模块将电杆当前沉降高度集合发送至建模分析模块；

所述电杆倾斜变形检测模块用于对各电杆进行倾斜变形检测，其具体检测方法包括以下步骤：

S1:获取各电杆与地面的接触点，并以各电杆与地面的接触点为线段起点，在地面上做一条水平线段，作为地面基准线；

S2:测量各电杆的高度所在线段与地面基准线之间的当前夹角，记为当前固定角度，进而各电杆的当前固定角度构成电杆当前固定角度集合α(α1,α2,...,αi,...,αn)，αi表示为第i个电杆的当前固定角度；

S3:将电杆当前固定角度集合与安全数据库中各电杆原始铺设时的固定角度进行对比，得到电杆当前倾斜角度集合Δα(Δα1,Δα2,...,Δαi,...,Δαn)，电杆倾斜变形检测模块将电杆当前倾斜角度集合发送至建模分析模块；

所述电杆电线拉力检测模块用于对各电杆顶部连接的电线条数进行统计，并对统计的各电杆顶部的各条电线按照预设的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m,进而对各电杆顶部的各条电线对该电杆顶部的拉力进行检测，由此将检测的各电杆顶部的各条电线对该电杆顶部的拉力构成电杆顶部电线拉力集合F

所述电杆底部承压力检测模块用于对各电杆的底部地基区域进行检测点布设，并对布设的各检测点进行编号，分别标记为1,2...k...l,同时在各检测点安装压力传感器，用于检测各检测点的承载压力，进而将检测的各检测点的承载压力构成检测点承载压力集合F

所述电杆表面开裂检测模块用于对各电杆表面进行开裂检测，其具体检测方法执行以下步骤：

H1:对各电杆表面进行进行图像采集，得到各电杆表面图像；

H2:将各电杆表面图像进行高清滤波处理，得到处理后的各电杆表面高清图像；

H3:将处理后的各电杆表面高清图像与安全数据库中电杆表面标准图像进行对比，查看是否存在裂缝，若存在裂缝，则该电杆记为开裂电杆，此时统计开裂电杆的编号，可记为1,2...a...z,并统计各开裂电杆对应的裂缝数量，进而对各开裂电杆对应的各个裂缝进行编号，分别标记为A,B...I...N；

H4:利用裂缝计检测各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂宽度，得到的各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂宽度构成开裂电杆裂缝开裂宽度集合D

所述建模分析模块接收电杆变形检测模块发送的电杆当前沉降高度集合和电杆当前倾斜角度集合，并提取安全数据库中电杆对应的安全沉降高度和安全倾斜角度，以此根据电杆当前沉降高度集合、电杆当前倾斜角度集合、电杆对应的安全沉降高度和安全倾斜角度统计各电杆的变形危险系数，并发送至监管服务器；

所述建模分析模块接收电杆底部承压力检测模块发送的电杆顶部电线拉力集合，并将各电杆顶部的相邻两条电线对该电杆顶部的拉力进行相减，得到各电杆顶部的相邻两条电线对该电杆顶部的拉力差，构成电杆顶部相邻电线拉力差集合ΔF

所述建模分析模块接收电杆底部承压力检测模块发送的检测点承载压力集合，并获取各电杆的直径，由此将各电杆的直径与安全数据库中各种直径的电杆对应的安全承重压力进行对比，筛选出各电杆对应的安全承重压力，从而根据检测点承载压力集合和各电杆对应的安全承重压力统计各电杆的承重危险系数，并发送至监管服务器；

同时，建模分析模块接收电杆表面开裂检测模块发送的开裂电杆裂缝开裂宽度集合，并将接收的开裂电杆裂缝开裂宽度集合与安全数据库中裂缝各种开裂宽度对应的开裂危险系数进行对比，得到各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂危险系数，由此，建模分析模块根据各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂危险系数统计各开裂电杆的总开裂危险系数，并发送至监管服务器；

所述监管服务器接收建模分析模块发送的各电杆的变形危险系数、各电杆顶部的受力不均危险系数、各电杆的承重危险系数和各开裂电杆的总开裂危险系数，进而统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数，并发送至显示终端；

所述显示终端接收监管服务器发送的电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数，并进行显示。

更具体地，所述电杆表面标准图像是指不存在裂缝的电杆表面图像。

更具体地，所述电杆底部承压力检测模块对各电杆的底部地基区域进行检测点布设，其具体布设方法如下：

W1:获取各电杆与地面的接触点，并以该接触点为圆心，以预设的长度距离为半径，在各电杆的底部地基区域作圆，得到各电杆的底部地基圆区域；

W2:将得到的各电杆的底部地基圆区域进行均匀等分，得到划分的各子圆区域；

W3:在各电杆的底部地基各子圆区域的中间位置设置单个检测点，由此得到各电杆的底部地基区域布设的若干检测点。

更具体地，所述各电杆的变形危险系数计算公式为

更具体地，所述各电杆顶部的受力不均危险系数计算公式为

更具体地，所述各电杆的承重危险系数的计算公式为

更具体地，所述各开裂电杆的总开裂危险系数的计算公式为

更具体地，所述电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数的计算公式为

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过对电网架空线路中电杆进行变形检测、顶部电线拉力检测、底部承载力检测和表面开裂检测，进而综合检测结果统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数，实现了对电网架空线路中电杆的运行安全检测，拓宽了电网架空线路的运行监测范围，弥补了目前电网架空线路的运行监测手段大多针对电线本身的弊端，提高了电网架空线路的运行安全监测水平，避免了因电网架空线路中电杆出现运行危险时造成的电网架空线路安全事故的发生，大大保障了电网架空线路的运行安全。

(2)本发明在对电网架空线路中电杆进行变形检测过程中，通过对电杆进沉降变形和倾斜变形检测，其检测结果直观反映了电网架空线路中电杆的综合变形状况，避免了只对电杆进行单一变形检测造成的检测片面化不足，影响电杆综合变形检测结果的可靠性。

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为本发明的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，基于无线传感器分析技术的电力电网架空线路运行安全监测管理系统，包括电杆数量统计模块、电杆变形检测模块、电杆电线拉力检测模块、电杆底部承压力检测模块、电杆表面开裂检测模块、安全数据库、建模分析模块、监管服务器和显示终端，其中电杆数量统计模块分别与电杆变形检测模块、电杆电线拉力检测模块、电杆底部承压力检测模块和电杆表面开裂检测模块连接，电杆变形检测模块、电杆电线拉力检测模块、电杆底部承压力检测模块和电杆表面开裂检测模块均与建模分析模块连接，建模分析模块与监管服务器连接，监管服务器与显示终端连接。

电杆数量统计模块用于对电力电网架空线路支撑的电杆数量进行统计，并对统计的各电杆按照距离电力电网架空线路铺设起点的距离由近到远的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n。

安全数据库用于存储各电杆的原始高度、存储各电杆原始铺设时的固定角度，存储电杆表面标准图像，其中电杆表面标准图像是指不存在裂缝的电杆表面图像，存储电杆对应的安全沉降高度和安全倾斜角度，存储相邻两条电线对电杆顶部的安全拉力差，存储各种直径的电杆对应的安全承重压力，并存储裂缝各种开裂宽度对应的开裂危险系数。

电杆变形检测模块用于对统计的各电杆进行变形检测，其中电杆变形检测模块包括电杆沉降变形检测模块和电杆倾斜变形检测模块；

电杆沉降变形检测模块用于统计各电杆的当前高度，并将统计的各电杆的当前高度构成电杆当前高度集合H(h1,h2,...,hi,...,hn)，hi表示为第i个电杆的当前高度，同时将电杆当前高度集合与安全数据库中各电杆的原始高度进行对比，得到电杆当前沉降高度集合ΔH(Δh1,Δh2,...,Δhi,...,Δhn)，电杆沉降变形检测模块将电杆当前沉降高度集合发送至建模分析模块；

电杆倾斜变形检测模块用于对各电杆进行倾斜变形检测，其具体检测方法包括以下步骤：

S1:获取各电杆与地面的接触点，并以各电杆与地面的接触点为线段起点，在地面上做一条水平线段，作为地面基准线；

S2:测量各电杆的高度所在线段与地面基准线之间的当前夹角，记为当前固定角度，进而各电杆的当前固定角度构成电杆当前固定角度集合α(α1,α2,...,αi,...,αn)，αi表示为第i个电杆的当前固定角度；

S3:将电杆当前固定角度集合与安全数据库中各电杆原始铺设时的固定角度进行对比，得到电杆当前倾斜角度集合Δα(Δα1,Δα2,...,Δαi,...,Δαn)，电杆倾斜变形检测模块将电杆当前倾斜角度集合发送至建模分析模块。

本实施例通过在对电网架空线路中电杆进行变形检测过程中，通过对电杆进沉降变形和倾斜变形检测，其检测结果直观反映了电网架空线路中电杆的综合变形状况，避免了只对电杆进行单一变形检测造成的检测片面化不足，影响电杆综合变形检测结果的可靠性。

电杆电线拉力检测模块用于对各电杆顶部连接的电线条数进行统计，并对统计的各电杆顶部的各条电线按照预设的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m,进而对各电杆顶部的各条电线对该电杆顶部的拉力进行检测，由此将检测的各电杆顶部的各条电线对该电杆顶部的拉力构成电杆顶部电线拉力集合F

电杆底部承压力检测模块用于对各电杆的底部地基区域进行检测点布设，其具体布设方法如下：

W1:获取各电杆与地面的接触点，并以该接触点为圆心，以预设的长度距离为半径，在各电杆的底部地基区域作圆，得到各电杆的底部地基圆区域；

W2:将得到的各电杆的底部地基圆区域进行均匀等分，得到划分的各子圆区域；

W3:在各电杆的底部地基各子圆区域的中间位置设置单个检测点，由此得到各电杆的底部地基区域布设的若干检测点；并对布设的各检测点进行编号，分别标记为1,2...k...l；

同时在各检测点安装压力传感器，用于检测各检测点的承载压力，进而将检测的各检测点的承载压力构成检测点承载压力集合F

电杆表面开裂检测模块用于对各电杆表面进行开裂检测，其具体检测方法执行以下步骤：

H1:对各电杆表面进行进行图像采集，得到各电杆表面图像；

H2:将各电杆表面图像进行高清滤波处理，得到处理后的各电杆表面高清图像；

H3:将处理后的各电杆表面高清图像与安全数据库中电杆表面标准图像进行对比，查看是否存在裂缝，若存在裂缝，则该电杆记为开裂电杆，此时统计开裂电杆的编号，可记为1,2...a...z,并统计各开裂电杆对应的裂缝数量，进而对各开裂电杆对应的各个裂缝进行编号，分别标记为A,B...I...N；

H4:利用裂缝计检测各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂宽度，得到的各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂宽度构成开裂电杆裂缝开裂宽度集合D

建模分析模块接收电杆变形检测模块发送的电杆当前沉降高度集合和电杆当前倾斜角度集合，并提取安全数据库中电杆对应的安全沉降高度和安全倾斜角度，以此根据电杆当前沉降高度集合、电杆当前倾斜角度集合、电杆对应的安全沉降高度和安全倾斜角度统计各电杆的变形危险系数

本实施例统计的各电杆的变形危险系数实现了对电杆变形状况的量化展示，为后续统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数提供了变形的相关系数。

建模分析模块接收电杆底部承压力检测模块发送的电杆顶部电线拉力集合，并将各电杆顶部的相邻两条电线对该电杆顶部的拉力进行相减，得到各电杆顶部的相邻两条电线对该电杆顶部的拉力差，构成电杆顶部相邻电线拉力差集合ΔF

本实施例统计的各电杆顶部的受力不均危险系数，实现了对电杆顶部受力不均状况的量化展示，为后续统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数提供了受力不均的相关系数。

建模分析模块接收电杆底部承压力检测模块发送的检测点承载压力集合，并获取各电杆的直径，由此将各电杆的直径与安全数据库中各种直径的电杆对应的安全承重压力进行对比，筛选出各电杆对应的安全承重压力，从而根据检测点承载压力集合和各电杆对应的安全承重压力统计各电杆的承重危险系数

本实施例统计的各电杆的承重危险系数，实现了对电杆承重危险状况的量化展示，为后续统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数提供了承重危险的相关系数。

同时，建模分析模块接收电杆表面开裂检测模块发送的开裂电杆裂缝开裂宽度集合，并将接收的开裂电杆裂缝开裂宽度集合与安全数据库中裂缝各种开裂宽度对应的开裂危险系数进行对比，得到各开裂电杆的各个裂缝对应的开裂危险系数

本实施例统计的各电杆的总开裂危险系数，实现了对电杆开裂状况的量化展示，为后续统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数提供了开裂危险的相关系数。

监管服务器接收建模分析模块发送的各电杆的变形危险系数、各电杆顶部的受力不均危险系数、各电杆的承重危险系数和各开裂电杆的总开裂危险系数，进而统计电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数

本实施例统计的电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数综合了电杆的变形危险系数、受力不均危险系数、承重危险系数和总开裂危险系数，实现了对电网架空线路中电杆的运行安全检测，拓宽了电网架空线路的运行监测范围，弥补了目前电网架空线路的运行监测手段大多针对电线本身的弊端，提高了电网架空线路的运行安全监测水平，避免了因电网架空线路中电杆出现运行危险时造成的电网架空线路安全事故的发生，大大保障了电网架空线路的运行安全。

显示终端接收监管服务器发送的电力电网架空线路电杆的综合运行危险系数，并进行显示。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。