一种全景在线监测分析处理系统的制作方法

本发明属于涉及电力技术领域，具体涉及一种全景在线监测分析处理系统，主要用于面向电力输电线路的在线监测分析。

背景技术：

随着电力建设的迅速发展，国家着力在智能电网的发展，电网规模的不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多。电力输电线路点多、线长、面广，特别是高压输电线路输送容量大、输电距离远，线路沿途通道状况、环境条件、地质条件、天气状况等对线路安全运行影响大。针对输电线路本体及周边环境以及气象参数进行远程监测成为一项迫切工作，通过远程实时监控线路运行状态，实现状态评估、故障诊断、状态检修和风险预警，实现对线路运行状态的可控、能控和在控。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种全景在线监测分析处理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全景在线监测分析处理系统，包括：电源管理单元、中央处理单元、前端采集接入单元和接入安全通信单元；所述电源管理单元为中央处理单元、前端采集单元和接入安全通信单元提供电源供电和管理；中央处理单元通过标准串口485接口对电源管理单元进行管理；所述前端采集单元负责采集信息并将采集的信息传输到接入安全通信单元进行处理，接入安全通信单元将处理的信息传输给中央处理单元，中央处理单元通过有线或无线网络与后台进行数据交互。

进一步地，所述中央处理单元包括接口电路模块和视频处理模块，所述前端采集单元通过接口电路模块与视频处理模块连接，所述视频处理模块对采集的视频图像进行处理，通过中央处理单元的分析处理输出预警信息。

进一步地，所述接入安全通信单元，包括sm1加密芯片、iso7816接口、spi接口以及spi驱动模块，所述spi驱动模块与spi接口连接，所述smi加密芯片通过iso7816接口和spi接口与中央处理单元的接口电路模块连接。

进一步地，所述前端采集单元包括组态式传感器和多模态通信传输模块，所述多组态式传感器通过转换开关与多模态通信传输模块连接，其中转换开关与中央处理单元连接。

进一步地，所述电源管理单元包括稳压电源电路、第一电压转换电路和第二电压转换电路，外界供电电源通过稳压电源电路输出并与第一电压转换电路连接输出，第一电压转换电路的输出端并连第二电压转换电路。

进一步地，所述中央处理单元还连接终端交互应用接口，所述终端交互应用接口为bootloader提供终端交互能力，实现用户与终端命令的交互，以及提供在线监测设备应用程序的传输、更新、存储、配置能力，提供应用程序加载、更新中断向量表、跳转至应用程序并运行的能力。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明采用分布式部署的方式，能够平滑实现前端采集设备的扩容、内置芯片的扩容，增强灵活性和扩展性；本发明供电单元采用太阳能供电系统供电和线圈感应取电相结合方式，节能环保，安装维护方便，输入电压＋12～24v，电池使用寿命≥5年，无外部充电时可连续供电30天以上；模块采用全景数据库技术，实现对输电线路的海量监控数据的快速存储和高效检索，使用户可以全面监控导线的周界环境与设备的运行情况；通过终端交互应用接口支持受控采集方式和自动采集方式，可通过后台软件设置采样间隔（5分钟-24小时）、报警阈值等参数；并支持手机数据查询和报警接收。

附图说明

图1为本发明提出的一种全景在线监测分析处理系统结构图；

图2为本发明提出的所述中央处理单元的智能分析数据系统图；

图3为本发明提出的所述转换开关电路结构图；

图4为本发明提出的所述多模态通信前置接口电路图；

图5为本发明提出的电池管理单元中电压检测电路图；

图6为本发明实施例中dc12v稳压电源电路图；

图7为本发明实施例中dc12v/dc5v电源转换电路图；

图8为本发明实施例中dc5v/dc3v电源转换电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

参见图1和图2，其中图1为本发明提出的一种全景在线监测分析处理系统结构图；图2为本发明提出的所述中央处理单元的智能分析数据系统图。

如图1和图2所示，一种全景在线监测分析处理系统，包括：电源管理单元、中央处理单元、前端采集接入单元和接入安全通信单元；所述电源管理单元为中央处理单元、前端采集单元和接入安全通信单元提供电源供电和管理；中央处理单元通过标准串口485接口对电源管理单元进行管理；所述前端采集单元负责采集信息并将采集的信息传输到接入安全通信单元进行处理，接入安全通信单元将处理的信息传输给中央处理单元，中央处理单元通过有线或无线网络与后台进行数据交互。

进一步地，所述中央处理单元包括接口电路模块和视频处理模块，所述前端采集单元通过接口电路模块与视频处理模块连接，所述视频处理模块对采集的视频图像进行处理，通过中央处理单元的分析处理输出预警信息。

中央处理单元位于操作系统内核与硬件电路之间设置接口电路模块，采用arm处理器，采用bsp为板级支持包支持操作系统，使之能够更好的运行于硬件主板。其内核驱动采用nxpmqx实时操作系统，该实时操作系统具有代码密度小、基于组件的架构、较为完善的消息传递机制、实时且基于优先级的抢占式多线程技术，可为用户应用提供任务调度、内存管理、操作硬件的基本功能。

中央处理单元通过视频处理模块进行视频图像及终端数据信息的智能分析，该视频处理模块中设置后台专家分析系统，利用修正理论模型、试验结果和现场运行结果来判断输电线路的状况，及时给出预报警信息，从而有效防止事故的发生。

中央处理单元采用全景数据库技术，支持有损压缩（线性带宽）和无损压缩，可以在有损压缩和无损压缩之间平滑过渡，同等条件下，具有更高的压缩率，能更加灵活地满足不同数据的压缩存储要求；通过数据压缩，实现对电力输电线路的海量监控数据的快速存储和高效检索，使用户可以全面监控输电线路的周界环境与设备的运行情况，有效减少用户大数据存储空间，为用户提供安全舒适高效的工作环境。同时，中央处理单元还可从视频压缩芯片接收一定数目的视频数据帧，采取定期调用流量控制方法进行丢帧因子的校验，根据丢帧因子的数值重新对视频压缩芯片进行初始化，解决码率的自适应调整问题。

进一步地，所述接入安全通信单元，包括sm1加密芯片、iso7816接口、spi接口以及spi驱动模块，所述spi驱动模块与spi接口连接，所述smi加密芯片通过iso7816接口和spi接口与中央处理单元的接口电路模块连接。

采用sm1加密芯片，提供iso7816和spi两种接口，集中实现与中央处理单元的通信连接。并设计了一个spi驱动层对在线监测设备spi接口进行相关寄存器配置，为上层应用软件提供简便的操作接口的驱动。同时，为保障通信正确率，设计一种兼顾无线信道和网络状况，自适应选择最合适的传输速率的方法，分析无线视频传输影响因数，综合考虑无线信道的速率和无线网络的不稳定性对整个系统性能上的影响，引入一个标志丢帧程度的数值—丢帧因子，一是根据丢帧因子的数值和当前中央处理模块中数据缓冲区的使用程度来判断是否需要改变码率；二是根据不同等级的丢帧因子以及剩余缓冲区的大小来确定码率调整的步长进行码率调整，以更快收敛到稳定的码率；解决无线数据传输过程中的丢包率问题和视频图像的帧率问题。

参见图3和图4，其中图3为本发明提出的所述转换开关电路结构图；图4为本发明提出的所述多模态通信前置接口电路图。

如图3和图4所示，前端采集单元包括组态式传感器和多模态通信传输模块，多组态式传感器通过转换开关与多模态通信传输模块连接，其中转换开关与中央处理单元连接。

前端采集单元采用组态式传感器连接和多模态通信前置方式，可选择、可配置，并通过芯片uart4经过光耦的切换按需接入前端传感器或电池控制器，实现传感器和电池控制器接入。设计的终端交互应用层为bootloader提供终端交互能力，实现用户与终端命令的交互，以及提供在线监测设备应用程序的传输、更新、存储、配置能力，提供应用程序加载、更新中断向量表、跳转至应用程序并运行的能力。

rs485通迅部分采用adm2582e芯片，它内部集成有隔离电源，将输入经隔离后经vcc_485和gnd_485输出至独立电源。从arm主控芯片输出的ttl电平发信号，经方向控制信号mcu_uart0_dir，再经adm2582e输出隔离后差分信号rs485_0a+和rs485_0b-，再通过退耦电容、匹配电阻，确保信号稳定性。

参见图5至图8，其中图5为本发明提出的电池管理单元中电压检测电路图；图6为本发明实施例中dc12v稳压电源电路图；图7为本发明实施例中dc12v/dc5v电源转换电路图；图8为本发明实施例中dc5v/dc3v电源转换电路图。

如图5至图8所示，电源管理单元包括稳压电源电路、第一电压转换电路和第二电压转换电路，外界供电电源通过稳压电源电路输出并与第一电压转换电路连接输出，第一电压转换电路的输出端并连第二电压转换电路。

电源管理单元采用太阳能光伏和耦合取电相结合方案，设计了一个设备运行环境和供电监控层，提供对设备工作温度进行采集、监控、控制监测频率的操作接口，以及控制外部设备供电的操作接口，并采用芯片串行ttl接口外接标准的串口单电源电平转换芯片实现ttl转rs232接口，实现rf射频通讯接口功能。

外部供电电源采用太阳能光伏发电和市电相结合的方式，采用太阳能光伏发电其输出12v电压供给电源管理单元，市电通过交流-直流转换器输出12v电压，太阳能光伏发电与市电相互补充为其供电。12v供电电压通过电源开关sw1与稳压电路连接输出稳定的12v电压，其中稳压电路由保险丝f1、稳压管d1和滤波电容ct1、ct2、ct3组成，外部12v供电电压通过电源开关sw1与保险丝的一端连接，保险丝的另一端连接稳压管d1，稳压管的输出端并联滤波电容ct1、ct2、ct3进行滤波输出稳定的12v电压；12v电压一方面为用电设备供电，另一方面通过转换电路输出5v电压，为系统提供5v电压，5v电压通过第二电压转换电路输出3v电压供系统使用，即在系统中集成了电源转换电路，可以输出12v、5v和3v的电压为系统供电。

本发明通过串行ttl接口外接标准的串口单电源电平转换芯片实现ttl转rs232接口，实现rf射频通讯接口功能；采用sim800c的gsm/gprs模块实现低功耗语音、sms和数据信息的传输；电源管理单元采用电压检测芯片nrsec3000对各输出电压进行监测。

进一步地，所述中央处理单元还连接终端交互应用接口，所述终端交互应用接口为bootloader提供终端交互能力，实现用户与终端命令的交互，以及提供在线监测设备应用程序的传输、更新、存储、配置能力，提供应用程序加载、更新中断向量表、跳转至应用程序并运行的能力。

本发明提供的全景在线监测分析处理系统，主要面向电力输电线路的在线监测，作为电力输电线路在线监测系统中承上启下的一环，对下连接前端采集设备，对上实现与主系统的数据交互。模块集成了视频处理技术、光纤传感技术、电子测量技术、无线通讯技术、太阳能新能源技术、软件技术等，可实现任何各种类型的前端监测采集这边，包括导线覆冰、温度、导线弧垂、微风振动、导线舞动、次档距震荡、导线张力、绝缘子串风偏（倾斜）、杆塔应力分布、杆塔倾斜、杆塔振动、杆塔基础滑移、绝缘子污秽、环境气象、图像（视频）等采集传感器。

本发明通过设置组态式传感器模块，采用分布式部署的方式，能够平滑实现前端采集设备的扩容、内置芯片的扩容，增强灵活性和扩展性。

供电单元采用太阳能供电系统供电和线圈感应取电相结合方式，节能环保，安装维护方便，输入电压＋12～24v，电池使用寿命≥5年，无外部充电时可连续供电30天以上。

模块采用全景数据库技术，实现对海量监控数据的快速存储和高效检索，使用户可以全面监控导线的周界环境与设备的运行情况。

通过终端交互应用接口支持受控采集方式和自动采集方式，可通过后台软件设置采样间隔（5分钟-24小时）、报警阈值等参数；并支持手机数据查询和报警接收。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。