一種電線桿遠程監(jiān)控方法
【專利摘要】一種電線桿遠程監(jiān)控方法，包括以下步驟：1）安裝在電線桿上的感知節(jié)點，測量當前電線桿的傾角，并將該傾角數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)控中心；所述遠程監(jiān)控中心根據(jù)所述傾角值變化劃分出三種安全級別；根據(jù)得到的安全級別設置所述感知節(jié)點的工作模式，工作模式包括定時上報模式、中心調(diào)取模式和主動報警模式，定時上報模式的采集、上報時間間隔為12小時，中心調(diào)取模式的采集、上報時間間隔為T1，主動報警模式的上報時間間隔為為T2，同時采集時間間隔為時間間隔T3，T1＜12小時，T3＜T2＜T1；2）所述感知節(jié)點根據(jù)不同的安全等級，實現(xiàn)不同的工作模式的監(jiān)控。本發(fā)明提供了一種成本低廉、靈活性良好、適用性較好的電線桿遠程監(jiān)控方法。
【專利說明】一種電線桿遠程監(jiān)控方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電線桿遠程監(jiān)控方法。
【背景技術】
[0002]低壓民用220V供電網(wǎng)絡中，因為天氣、老化、施工等老問題引起的電線桿倒塌事件是非常常見的。電線桿倒塌引起的直接、間接損失動輒數(shù)百萬元。而傳統(tǒng)的人工定期巡檢，不僅消耗大量的人力物力，而且難以做到及時的預警，因此為了保護國家財產(chǎn)、節(jié)約不必要的開銷，電力局等部門都希望對電線桿進行遠程監(jiān)控，以期及時發(fā)現(xiàn)問題從而能及時解決問題，減少損失，并且節(jié)省人力開銷。為此不少研發(fā)人員開始對此課題進行可行性研究及立項工作。
[0003]電線桿遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)如何實現(xiàn)實時監(jiān)控的目的？這一系統(tǒng)最重要的指標就是:安全準確快速地采集電線桿傾角數(shù)據(jù)，并及時傳送到遠程中心。為達到這一目標，一般需要在三方面做文章:一是在傳感器的設計；二是采集數(shù)據(jù)的通信方式；三是設計合理高效的工作模式。
[0004]有些電線桿遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)在第一點上做出了改進，融合了網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的，但其缺點在于需要滿足配給較大的額定功率使攝像頭正常工作，此外這種系統(tǒng)要求有較多數(shù)量的攝像頭，經(jīng)濟開銷大。此外，有些方案也擬采用紅外傳感器、拉力傳感器等方案，但在成本和安裝上存在一定問題。因此就現(xiàn)階段而言，采用重力傳感器，根據(jù)采集到的三軸加速度計算出傳感器姿態(tài)，進而實現(xiàn)實時監(jiān)測電線桿的傾斜度，是一個更科學和有效益的方法。
[0005]而采集數(shù)據(jù)上報的方式一般有三種:1、在每一個電線桿上安裝GPRS/GSM模塊，如果電線桿數(shù)量較多，這個方案的開銷同樣很大；2、以W1-Fi形式進行數(shù)據(jù)通信，這個辦法的好處是可以滿足視頻監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量通信需求，但缺點是功耗大、成本高；3、電力線通信，這個方案的缺點在于穩(wěn)定性差，容易受到信號的干擾，造成無法即時上報信息。
[0006]應該說這三種方式都有各自的缺點，尤其是在靈活性上都有明顯的缺陷。此外，這些方案的供電和電源管理都面臨問題:供電網(wǎng)絡不允許外接線路給傳感器供電；同時，若使用電池供電，在大規(guī)模傳感網(wǎng)絡中，進行更換電池工作量大、花費高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服已有的電線桿遠程監(jiān)控方式的成本高、靈活性較差、適用性較差的不足，本發(fā)明提供了一種成本低廉、靈活性良好、適用性較好的電線桿遠程監(jiān)控方法。
[0008]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0009]一種電線桿遠程監(jiān)控方法，所述遠程監(jiān)控方法包括以下步驟:
[0010]I)安裝在電線桿上的感知節(jié)點，測量當前電線桿的傾角，并將該傾角數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)控中心；
[0011]所述遠程監(jiān)控中心根據(jù)所述傾角值變化劃分出三種安全級別，其中，Θ為即時采集到的電線桿傾角數(shù)據(jù)，Θ。為電線桿初始傾角，Φ為危險閾值；
[0012]當傾角沒有變化，即θ - θ。=0，且傾角滿足θ < φ/3，安全級別高；
[0013]當傾角未發(fā)生變化，但φ/3 < θ0 < 2φ/3時，或者傾角發(fā)生變化但滿足Bq < < 2爐/3，安全級別中；
[0014]當傾角發(fā)生變化且大于閾值時，即Θ> 2爐/3，或初始傾角大于2φ/3時，安全級別低；
[0015]根據(jù)得到的安全級別設置所述感知節(jié)點的工作模式，所述工作模式包括定時上報模式、中心調(diào)取模式和主動報警模式,定時上報模式的采集、上報時間間隔為12小時，中心調(diào)取模式的采集、上報時間間隔為T1，主動報警模式的上報時間間隔為為T2,同時采集時間間隔為時間間隔T3，T1 < 12小時，T3 < T2 < T1 ；
[0016]2)所述感知節(jié)點的工作過程如下:
[0017]2.1)初始電線桿的安全級別為高，則該感知節(jié)點初始模式被設置成定時上報模式，定時上報模式下，每天的凌晨O點和中午12點各進行一次上報工作，如果發(fā)現(xiàn)傾角數(shù)據(jù)的安全級別改變，則向目標節(jié)點發(fā)出命令，驅動其切換進入中心調(diào)取模式；
[0018]2.2)初始電線桿的安全級別為中時，則感知節(jié)點進入中心調(diào)取模式。該模式下，感知節(jié)點的采集間隔為T1，每經(jīng)過T1時間就會進行一次數(shù)據(jù)采集、計算、上報的工作，同時感知節(jié)點在接收到中心要求數(shù)據(jù)上報的命令后，也會立即開始工作，遠程監(jiān)控中心根據(jù)上報數(shù)據(jù)對感知節(jié)點發(fā)送命令:
[0019]2.2.1)安全級別變?yōu)楦邥r，中心向感知節(jié)點發(fā)送減少采樣密度的指令，感知節(jié)點的采樣、上報時間間隔變?yōu)?\ ;如果下次監(jiān)控的安全級別結果仍然為高，時間間隔變?yōu)?1\。如果下次監(jiān)控的安全級別結果變?yōu)榈?，時間間隔立即還原變?yōu)?;
[0020]2.2.2)安全級別變?yōu)橹袝r，感知節(jié)點的數(shù)據(jù)采樣密度保持不變，采樣、上報時間間隔還是T1 ；
[0021]2.2.3)安全級別變?yōu)榈蜁r，中心向感知節(jié)點發(fā)送增加采樣密度的指令，感知節(jié)點的采樣、上報時間間隔變?yōu)?2 ;如果下次監(jiān)控的安全級別結果仍然為低，時間間隔變?yōu)門1M ;如果下次監(jiān)控的安全級別結果變?yōu)楦?，時間間隔變?yōu)? ；
[0022]2.2.4)累積時間間隔如果變得大于12小時時，則節(jié)點接收命令轉為定時上報模式；累積時間間隔如果減小到小于2，則中心發(fā)送命令給感知節(jié)點，使其進入主動報警模式；
[0023]2.3)電線桿的安全級別為低時，則感知節(jié)點設為主動報警模式，該模式下，感知節(jié)點的采集間隔為T3,每經(jīng)過T3時間就會進行一次數(shù)據(jù)采集、計算的工作，不過不進行上報工作，只有在數(shù)據(jù)傾角數(shù)據(jù)大于危險閾值或T2間隔后才會上報一次數(shù)據(jù)；
[0024]2.3.1)如果發(fā)現(xiàn)計算出的傾角數(shù)據(jù)始終在不斷變大，即表示電線桿傾斜度不斷逼近危險狀況，則增加上報密度，主動上報改組數(shù)據(jù)給路由節(jié)點或協(xié)調(diào)節(jié)點，通知遠程監(jiān)控中心該電線桿處于危險之中，需要工作人員保持關注或進行緊急處理；
[0025]2.3.2)感知節(jié)點工作在主動報警模式下，意味著電線桿面臨著隨時倒塌的危險；所述感知節(jié)點維持主動報警工作模式，直到出現(xiàn)以下兩種情況:工作人員開始進行維修，監(jiān)控中心發(fā)出停止命令；電線桿的安全級別恢復為中或者高。
[0026]進一步，所述步驟2.1)中，所述感知節(jié)點的采集傳感器，每次被驅動，就會在一分鐘的采集時間內(nèi)，每隔一秒進行一次數(shù)據(jù)采集工作，并由MCU對數(shù)據(jù)進行卡爾曼算法處理。經(jīng)過數(shù)據(jù)平均與卡爾曼算法處理后，得出一組三軸加速度值，然后計算出該采集時刻的傾角值，并由ZIGBEE傳輸模塊將該數(shù)據(jù)按協(xié)議打包上傳給路由節(jié)點或協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點最后傳送給遠程監(jiān)控中心。
[0027]更進一步，所述步驟2.2)中，在兩分鐘的采集時間內(nèi)，每隔一秒就進行一次數(shù)據(jù)采集工作，并且在處理后上報傾角數(shù)據(jù)。
[0028]所述感知節(jié)點的Z軸與電線桿平行，所以Z軸與水平面的夾角即為電線桿的傾角，采集到的加速度數(shù)據(jù)分別為X軸、Y軸、Z軸的加速度值，記為Gx、Gy、Gz，將采集時間內(nèi)采集到的加速度不停地進行卡爾曼算法處理，計算出最終的三軸加速度值，之后根據(jù)水平垂直
方向的重力加速度值為一個重力加速度G，由于矢量合成
【權利要求】
1.一種電線桿遠程監(jiān)控方法，其特征在于:所述遠程監(jiān)控方法包括以下步驟: .1)安裝在電線桿上的感知節(jié)點，測量當前電線桿的傾角，并將該傾角數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)控中心； 所述遠程監(jiān)控中心根據(jù)所述傾角值變化劃分出三種安全級別，其中，Θ為即時采集到的電線桿傾角數(shù)據(jù)，Θ。為電線桿初始傾角，φ為危險閾值； 當傾角沒有變化，即θ - θ fO，且傾角滿足θ < φ/3,安全級別高； 當傾角未發(fā)生變化，但φ/3 < θ0 < 2屮/3時，或者傾角發(fā)生變化但滿足θ0<θ < 2φ/3，安全級別中； 當傾角發(fā)生變化且大于閾值時，即Θ > 2爐/3，或初始傾角大于2妒/3時，安全級別低； 根據(jù)得到的安全級別設置所述感知節(jié)點的工作模式，所述工作模式包括定時上報模式、中心調(diào)取模式和主動報警模式,定時上報模式的采集、上報時間間隔為12小時，中心調(diào)取模式的采集、上報時間間隔為T1，主動報警模式的上報時間間隔為為T2,同時采集時間間隔為時間間隔T3，T1 < 12小時，T3 < T2 < T1 ； .2)所述感知節(jié)點的工作過程如下: .2.1)初始電線桿的安全級別為高，則該感知節(jié)點初始模式被設置成定時上報模式，定時上報模式下，每天的凌晨O點和中午12點各進行一次上報工作，如果發(fā)現(xiàn)傾角數(shù)據(jù)的安全級別改變，則向目標節(jié)點發(fā)出命令，驅動其切換進入中心調(diào)取模式； .2.2)初始電線桿的安全級別為中時，則感知節(jié)點進入中心調(diào)取模式。該模式下，感知節(jié)點的采集間隔為T1，每經(jīng)過T1時間就會進行一次數(shù)據(jù)采集、計算、上報的工作，同時感知節(jié)點在接收到中心要求數(shù)據(jù)上報的命令后，也會立即開始工作，遠程監(jiān)控中心根據(jù)上報數(shù)據(jù)對感知節(jié)點發(fā)送命令: .2.2.1)安全級別變?yōu)楦邥r，中心向感知節(jié)點發(fā)送減少采樣密度的指令，感知節(jié)點的采樣、上報時間間隔變?yōu)??\ ;如果下次監(jiān)控的安全級別結果仍然為高，時間間隔變?yōu)?1\。如果下次監(jiān)控的安全級別結果變?yōu)榈?，時間間隔立即還原變?yōu)門1 ； .2.2.2)安全級別變?yōu)橹袝r，感知節(jié)點的數(shù)據(jù)采樣密度保持不變，采樣、上報時間間隔還是T1 ； . 2.2.3)安全級別變?yōu)榈蜁r，中心向感知節(jié)點發(fā)送增加采樣密度的指令，感知節(jié)點的采樣.、上報時間間隔變?yōu)?/2 ;如果下次監(jiān)控的安全級別結果仍然為低，時間間隔變?yōu)椋?4 ；如果下次監(jiān)控的安全級別結果變?yōu)楦?，時間間隔變?yōu)門1 ； .2.2.4)累積時間間隔如果變得大于12小時時，則節(jié)點接收命令轉為定時上報模式；累積時間間隔如果減小到小于T2，則中心發(fā)送命令給感知節(jié)點，使其進入主動報警模式； .2.3)電線桿的安全級別為低時，則感知節(jié)點設為主動報警模式，該模式下，感知節(jié)點的采集間隔為T3，每經(jīng)過T3時間就會進行一次數(shù)據(jù)采集、計算的工作，不過不進行上報工作，只有在數(shù)據(jù)傾角數(shù)據(jù)大于危險閾值或T2間隔后才會上報一次數(shù)據(jù)；. 2.3.1)如果發(fā)現(xiàn)計算出的傾角數(shù)據(jù)始 終在不斷變大，即表示電線桿傾斜度不斷逼近危險狀況，則增加上報密度，主動上報改組數(shù)據(jù)給路由節(jié)點或協(xié)調(diào)節(jié)點，通知遠程監(jiān)控中心該電線桿處于危險之中，需要工作人員保持關注或進行緊急處理； 2.3.2)感知節(jié)點工作在主動報警模式下，意味著電線桿面臨著隨時倒塌的危險；所述感知節(jié)點維持主動報警工作模式，直到出現(xiàn)以下兩種情況:工作人員開始進行維修，監(jiān)控中心發(fā)出停止命令；電線桿的安全級別恢復為中或者高。
2.如權利要求1所述的一種電線桿遠程監(jiān)控方法，其特征在于:所述步驟2.1)中，所述感知節(jié)點的采集傳感器，每次被驅動，就會在一分鐘的采集時間內(nèi)，每隔一秒進行一次數(shù)據(jù)采集工作，并由MCU對數(shù)據(jù)進行卡爾曼算法處理，經(jīng)過數(shù)據(jù)平均與卡爾曼算法處理后，得出一組三軸加速度值，然后計算出該采集時刻的傾角值，并由ZIGBEE傳輸模塊將該數(shù)據(jù)按協(xié)議打包上傳給路由節(jié)點或協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點最后傳送給遠程監(jiān)控中心。
3.如權利要求1或2所述的一種電線桿遠程監(jiān)控方法，其特征在于:所述步驟2.2)中，在兩分鐘的采集時間內(nèi)，每隔一秒就進行一次數(shù)據(jù)采集工作，并且在處理后上報傾角數(shù)據(jù)。
4.如權利要求1或2所述的一種電線桿遠程監(jiān)控方法，其特征在于:所述感知節(jié)點的Z軸與電線桿平行，所以Z軸與水平面的夾角即為電線桿的傾角，采集到的加速度數(shù)據(jù)分別為X軸、Y軸、Z軸的加速度值，記為Gx、Gy、Gz，將采集時間內(nèi)采集到的加速度不停地進行卡爾曼算法處理，計算出最終的三軸加速度值，之后根據(jù)水平垂直方向的重力加速度值為一個重力加速度G，由于矢量合成+ Gf + Gf = G就能得出G值，根據(jù)sin0=Gz/G，來計算出Z軸與水平垂直方向的夾角，即傾角。
5.如權利要求1或2所述的一種電線桿遠程監(jiān)控方法，其特征在于:所述步驟I)中，感知節(jié)點、路由節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點初始化，建立現(xiàn)場網(wǎng)絡，給每個感知節(jié)點分配16位的網(wǎng)絡地址，協(xié)調(diào)器節(jié)點中的GPRS模塊初始化，主動向遠程監(jiān)控中心上報注冊當時的IP地址；每個感知節(jié)點進行首次采集、上報工作，將初始傾角值與相應的網(wǎng)絡地址打包發(fā)送到遠程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將網(wǎng)絡地址與現(xiàn)場的每一根電線桿進行地圖匹配。
6.如權利要求5所述的一種電線桿遠程監(jiān)控方法，其特征在于:通過GPRS完成數(shù)據(jù)發(fā)送分為兩步:撥號上網(wǎng)和基于socket的網(wǎng)絡通信，所述撥號上網(wǎng)是實現(xiàn)PPP連接，PPP連接建立后通過GPRS上網(wǎng)，接下來通過套接字socket實現(xiàn)與遠程監(jiān)控中心的通信。
【文檔編號】G01C9/00GK103439927SQ201310331172
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權日:2013年7月31日
【發(fā)明者】沈中達, 張標標, 王毅, 王輝, 杜克林, 薛宏 申請人:杭州銀江智慧城市技術集團有限公司