淺談基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路運行環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)

鄒帥 周平 錢濤 鐘方偉

摘要：該文主要針對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用進行闡述，包括輸電線路運行環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究、設(shè)計過程，如對影響線路運行的風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、氣壓等數(shù)據(jù)采集設(shè)計與分析。整體上從研究背景及意義、技術(shù)路線、系統(tǒng)設(shè)計、研究重點及難點等方面分別進行了綜述，并對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路運行環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);隧道;環(huán)境;監(jiān)測

中圖分類號：N945.23? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）22-0226-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 研究背景及意義

隨著供電市場需求數(shù)量、范圍及種類不斷地增大，對電力傳輸質(zhì)量、供電安全及線路實時監(jiān)測的配套建設(shè)愈加嚴(yán)格。亟須結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建適用于線路線纜監(jiān)測的多要素微型自動氣象站，實現(xiàn)對輸電線路運行環(huán)境進行小氣候觀測、流動氣象觀測哨、季節(jié)性生態(tài)監(jiān)測，包括線路運行環(huán)境的溫濕度、氣壓、風(fēng)力指標(biāo)、雨雪等氣象數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)對線路運行環(huán)境氣象狀況的實施監(jiān)測和預(yù)警，及時地進行防范措施制定和執(zhí)行，降低氣象因素對輸電線路的潛在影響。

2 技術(shù)路線

通過數(shù)據(jù)采集主機將絕緣子微氣象數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)，服務(wù)主機進行采集數(shù)據(jù)的編譯和加密，通過現(xiàn)有無線通信方式將各項加密數(shù)據(jù)包傳輸至工作站，由工作站進行采集數(shù)據(jù)的解碼，將線路相關(guān)設(shè)備的環(huán)境指標(biāo)通過可視化的方式進行展示。同時，平臺對異常數(shù)據(jù)進行分析處理，推送至應(yīng)用終端，運行人員通過系統(tǒng)反饋指標(biāo)進行應(yīng)急處理。

3 功能設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計主要前端模塊及后臺服務(wù)構(gòu)成，前端模塊主要完成對線路及設(shè)備的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，并與后臺系統(tǒng)形成特定傳輸協(xié)議，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實時傳輸。系統(tǒng)后臺對前端采集數(shù)據(jù)的分析及處理，并通過閾值的設(shè)定，實現(xiàn)各項指標(biāo)的預(yù)警和報警監(jiān)測。同時，建立預(yù)測分析模型，對歷史數(shù)據(jù)進行深度學(xué)習(xí)，更加準(zhǔn)確的進行線路運行環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)測，為新建線路及電網(wǎng)線路規(guī)劃提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

3.1 前端采集單元

3.1.1 前端采集模塊

前端采集模塊由針對線路運行環(huán)境的溫濕度、氣壓、風(fēng)力等不同傳感器構(gòu)成，主要完成風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、氣壓等數(shù)據(jù)采集。風(fēng)速采集模塊通過超聲波原理，實際測量范圍0-60 米/秒，分辨率.1 m/s，測量精度±0.2 米/秒;風(fēng)向通過超聲波原理，實際測量范圍0 ～ 359.9°全方位、無盲區(qū)，分辨率0.1°度，精確度：±3°度;溫度通過二極管結(jié)電壓測溫，測量范圍-40～+123.8℃，分辨率0.1℃，測量精度為±0.3℃;濕度傳感器分辨率0.1HPa。

3.1.2 太陽能供電單元

本單元主要完成對采集裝置的正常運行供電，整體上是由太陽能電池板、控制器及蓄電池構(gòu)成，蓄電池要求具有較高性能，滿足連續(xù)3天陰雨天供電負(fù)載要求，工作溫度為-30℃-60℃范圍，使用壽命為3-5年。同時制定特定的太陽能電池板，對輸電線纜安全運行無影響。

3.2 后臺服務(wù)

后端系統(tǒng)主要包括工作站、工控機、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備及中心處理處理器等，支撐智能微氣象管理操作平臺、拉力、傾角管理操作平臺部署。智能微氣象報警系統(tǒng)前端采用微氣象傳感器探測微氣象程度，報警系統(tǒng)采集主機采集后通過數(shù)據(jù)通道傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺，當(dāng)發(fā)生告警后實現(xiàn)信息的及時上傳，同時啟動監(jiān)控中心的報警語音，提醒值班人員技術(shù)處理警情。

系統(tǒng)設(shè)計采用B/S架構(gòu)模型實現(xiàn)三層流程處理，基于JSP結(jié)合Extjs，通過ajax完成頁面與應(yīng)用服務(wù)之間進行數(shù)據(jù)通信功能開發(fā)。同時，應(yīng)用Struts2框架支撐控制層設(shè)計，以業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層支撐Model層。

4 非功能性設(shè)計

在系統(tǒng)非功能性設(shè)計上，滿足可操作性、可擴展性、兼容性及后期維護的要求，具有簡潔、友好的操作界面，安裝便捷。同時，平臺具有多種傳感器協(xié)議的接口，根據(jù)實際需要進行接入集成。并且，平臺采集工作站應(yīng)滿足對數(shù)據(jù)傳輸模式、采集技術(shù)框架、數(shù)據(jù)處理框架要求，可適應(yīng)多種安裝及應(yīng)用及場景要求，實現(xiàn)服務(wù)主機與工作站的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護及遠(yuǎn)程管理。

5 研究難點

本平臺應(yīng)用于電力線纜及其設(shè)備運行環(huán)境的實時監(jiān)測，重點在于各項指標(biāo)準(zhǔn)確、及時、完整的傳輸和接收。因此，對于系統(tǒng)設(shè)計的可靠性、穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩跃哂休^高的要求，通過較優(yōu)的系統(tǒng)算法及不同的加密算法保障數(shù)據(jù)正常的采集、傳輸及接收，確保系統(tǒng)在多種場景下的可用性。

5.1 平臺的可靠性及穩(wěn)定性

基于無線通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備能夠風(fēng)區(qū)、沙塵、暴雨等極端風(fēng)雪等惡劣環(huán)境正常運行，采集前端具有超長實時數(shù)據(jù)采集與傳輸性能，延遲率第、容差性小等特性，長期保持準(zhǔn)確地采集精度。

5.2 數(shù)據(jù)傳輸安全性

本系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)涉及電力線路、一次設(shè)備等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩栽O(shè)計也是本平臺的一個重點及難點，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通過64位的MD5算法對前端采集數(shù)據(jù)流進行加密，防止在傳輸過程中發(fā)生數(shù)據(jù)的泄露及破壞。同時，平臺通過Hash算法進行數(shù)據(jù)簽名加密，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

6 系統(tǒng)主要特色

系統(tǒng)功能包括定時自動接收數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程設(shè)置采集方式（自控方式或受控方式）、自動采集時間，根據(jù)用戶需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集密度自定義設(shè)置。同時，通過向數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送對時命令，實現(xiàn)遠(yuǎn)程修改數(shù)據(jù)采集單元的IP地址和端口號，對歷史數(shù)據(jù)進行查詢、分析，自動生成報表。具備報警提示功能，并且可以從其他MIS系統(tǒng)進行接口集成。通過平臺學(xué)習(xí)模型，分析并預(yù)測場景發(fā)展趨勢，實時掌握影響線路運行的氣象因素及變化規(guī)律，輔助制定防范及改進措施。

7 結(jié)束語

本文對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸電線路運行環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)及應(yīng)用進行闡述，通過研究影響輸電線路的氣象環(huán)境因素的采集與分析，設(shè)計實施的信息化監(jiān)測平臺，構(gòu)建輸電線路運行環(huán)境的分析和監(jiān)測感知能力，實現(xiàn)對輸電線路運行環(huán)境全方位的采集監(jiān)測，提升輸電線路環(huán)境指標(biāo)的預(yù)測預(yù)警，降低設(shè)備和人員安全風(fēng)險。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】