物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路檢測方案

段健　李澤鵬

摘 要：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國加強了對于物聯(lián)網(wǎng)輸電線路檢測方案的研究，鑒于現(xiàn)階段輸電線路的發(fā)展主要存在現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜和通信困難與報警策略不能準(zhǔn)確實施等多種問題，因此，物聯(lián)網(wǎng)（ioT）基礎(chǔ)上的輸電線路的現(xiàn)場監(jiān)測方案應(yīng)運而生。主要通過對物聯(lián)網(wǎng)的低功耗和低成本與多傳感器優(yōu)勢的利用，制定了系統(tǒng)性的硬件平臺選擇和判別算法。本文將對物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路檢測方案進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；輸電線路；檢測方案

輸電線路的現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測，依靠直接安裝在輸電線路上的可實時記錄表征設(shè)備運行狀態(tài)的傳感器實現(xiàn)輸電線路在線測量、診斷和檢修，其對于高壓、超高壓電網(wǎng)的運行安全十分重要。在微機電系統(tǒng)和片上系統(tǒng)與無線通信以及低功耗嵌入式的技術(shù)迅猛發(fā)展的影響下，IOT應(yīng)運而生，因此輸電線路的現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測有了一個全天候和低成本，同時可靠性比較高以及冗余度比較高的處理方案。本文從已有的輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)著手，對IOT關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，對IOT現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測方案進(jìn)行制定。

一、物聯(lián)網(wǎng)輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)中的硬件選擇

現(xiàn)階段國際上出現(xiàn)了很多IOT節(jié)點硬件平臺。比較凸顯的節(jié)點主要有Mica系列和Sensoria WINS與Tolesp.AMPS系列以及XYZnode、Zabranet等。具體來說，平臺中比較重要的劃分是運用不同的處理器和無線通信的協(xié)議以及和其有關(guān)的各類傳感器。其中，Mica系列的節(jié)點非常成熟，并且得到了廣泛的應(yīng)用。

就Micaz節(jié)點來說，其微處理器的芯片選擇的是Atmega128 0Micaz5l針擴展接口能夠連接性的模擬輸入，數(shù)字I/0 12C SPI接口與UART接口。其中的通信模塊選擇的是CC2420芯片。這一芯片給予Zigbee通信技術(shù)最早的通信芯片，在載波的頻率上是2.4 GHz，該數(shù)據(jù)的傳輸速率能夠到達(dá)250 kbps，所差生的通信距離是60150 m，比較適合在室內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。在數(shù)據(jù)采集的模塊上，選擇的是ADXL202JE的加速度計，能夠同時運用2個軸加速度。

對于IRIS節(jié)點的平臺來說，其是在ATmega1281的微處理芯片與RF230的射頻芯片中進(jìn)行運用的一款I(lǐng)OT節(jié)點，這是專門針對嵌入式的傳感器的網(wǎng)絡(luò)所設(shè)計的一種小型的無線測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在2.4 GHz和支持IEEE802.15.4協(xié)議中的Mote模塊，在功耗較低的IOT中進(jìn)行運用。

IRIS平臺所擁有的新特性在整體上對節(jié)點性能進(jìn)行了提高。主要特點表現(xiàn)在以下幾點。一是，對于MICA的系列產(chǎn)品而言，具有3倍作用的距離和2倍存儲空間；二是，戶外測試不對放大器進(jìn)行運用的條件下，節(jié)點視距能夠達(dá)到500 m；三是，考慮到IEEE802.15.4/ZigBee的協(xié)議RF發(fā)送器，2.42.48 GHz是全球兼容的一種ISM波段；五是，是直接序列的擴頻技術(shù)，具有抗RF干擾和數(shù)據(jù)屏蔽性好的性能，數(shù)據(jù)傳輸率能夠達(dá)到250kbps；七是，對可靠性性強的多跳Mesh網(wǎng)絡(luò)有所支持；八是，即插即用，能夠?qū)鞲衅靼搴蛿?shù)據(jù)采集板與網(wǎng)關(guān)以及軟件進(jìn)行連接，除此之外，IRIS51針的擴展接口能夠與模擬輸入進(jìn)行連接，數(shù)字I/0和I2C與SPI以及DART接口，該接口讓其更加容易和其他的外設(shè)進(jìn)行連接，考慮到IRIS平臺所具備的優(yōu)勢，選擇其作為監(jiān)測系統(tǒng)硬件節(jié)點。

二、物聯(lián)網(wǎng)的分析

如圖一所示為IOT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。在傳感器節(jié)點上具有感知與運算以及通信等功能，不同節(jié)點都能夠采集環(huán)境數(shù)據(jù)，比如溫度與濕度以及風(fēng)速，還有頻率等，相互之間的運用的主要是指無線多跳式方式，根據(jù)應(yīng)用和系統(tǒng)需求在網(wǎng)內(nèi)處理采集的數(shù)據(jù)。通過匯聚節(jié)點匯集傳感器網(wǎng)絡(luò)所收集的信息，通過Internet與衛(wèi)星將其傳遞給用戶。用戶是對信息進(jìn)行接收以及應(yīng)用的人員，可以是人和計算機與其他設(shè)備。

圖一：IOT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、監(jiān)測預(yù)普系統(tǒng)存在的問題問題

國家上的電力工作人員對于輸電線路環(huán)境監(jiān)測的研究非常多。在早期的時候主要運用的是人工巡檢對電力設(shè)施的覆冰情況進(jìn)行檢測。受到計算機網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的影響，在研究中通過對電力通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，對電力設(shè)施的計算機的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了研究；此外，某公司把GPRS（GSM/CDMA）技術(shù)和視頻技術(shù)在輸電設(shè)施的監(jiān)測過程中進(jìn)行了應(yīng)用，并對架空式的輸電線路的覆冰監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了研究，有研究曾對輸電線路災(zāi)情的監(jiān)測系統(tǒng)與覆冰監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用。該裝置在實際應(yīng)用中已經(jīng)得到了非常好的效果。然而還是存在一系列問題，主要表現(xiàn)在以下幾點。一是，運用人工的監(jiān)測手段需要浪費很大的人力和物力資源，并且不能實現(xiàn)24h的觀測，以此同時，因為布線范圍比較廣，部分布線區(qū)域中的地理環(huán)境非常惡劣，不能對全范圍的監(jiān)測進(jìn)行實現(xiàn)；二是，冰雪災(zāi)害所造成的電力線路的倒塌問題以及斷線問題，還會導(dǎo)致很多通訊光纜發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，公用式的通訊網(wǎng)絡(luò)和電力通信網(wǎng)絡(luò)都出現(xiàn)了一定的中斷，并不能將監(jiān)測數(shù)據(jù)有效地送到監(jiān)控中心中；三是，深受地區(qū)和氣候與地形等多種因素所帶來的影響，一些特定監(jiān)測的地段非常需要報警策略，要對對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，并對策略不斷完善。

四、物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路的線性判別式的分類

輸電線路對現(xiàn)場的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，需要的物理量主要包括當(dāng)?shù)氐臏囟群途€路振幅與頻率以及風(fēng)速等。例如覆冰預(yù)警，按照不同地區(qū)的氣候和環(huán)境差異，要按照數(shù)據(jù)對不同參數(shù)下的專家系統(tǒng)進(jìn)行建立，但是用線性判別式的分類算法（LDA）對多信源的預(yù)警判決措施而言，具有非常高效的特點，同時算法也比較簡單，置信度較高。

目前運用比較多的是判別分析的方法，其按照觀察和所測量的若干變量值，對研究對象進(jìn)行判別。實施判別的過程中需要對觀測對象進(jìn)行分類，并全面了解觀測對象本身的變量值。進(jìn)行判別分析其是其從當(dāng)中篩選能夠提供更多信息的一種變量，同時，還要對判別函數(shù)進(jìn)行建立，能夠使用所推導(dǎo)的判別函數(shù)判別觀測量的類別，降低錯判率。

五、物聯(lián)網(wǎng)下的輸電線路檢測方案分析

IOT在輸電線路中對無線通信進(jìn)行布置，主要目的在于對輸電線路的溫度和線路振幅與頻率以及風(fēng)速，還有線路張力進(jìn)行采集。冬天的時候?qū)τ跀?shù)據(jù)的采集，主要分為除冰與不需除冰的狀態(tài)，對所有的物理量數(shù)值進(jìn)行存儲，并建立訓(xùn)練集。

結(jié)束語

綜上所述，本文主要對物聯(lián)網(wǎng)輸電線路監(jiān)測預(yù)警的方案進(jìn)行了分析，通過對物聯(lián)網(wǎng)的低功耗和低成本與多傳感器以及無線通信優(yōu)點的利用，并和現(xiàn)階段輸電線路的監(jiān)測問題進(jìn)行結(jié)合，深入分析了系統(tǒng)硬件平臺選擇和預(yù)警判別的算法。在此基礎(chǔ)上，對可靠性比較強的判別函數(shù)實施監(jiān)控預(yù)警。

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