物联网的输电线路检测方案

段健　李泽鹏

摘 要：随着经济的不断发展，我国加强了對于物联网输电线路检测方案的研究，鉴于现阶段输电线路的发展主要存在现场环境复杂和通信困难与报警策略不能准确实施等多种问题，因此，物联网（ioT）基础上的输电线路的现场监测方案应运而生。主要通过对物联网的低功耗和低成本与多传感器优势的利用，制定了系统性的硬件平台选择和判别算法。本文将对物联网的输电线路检测方案进行分析。

关键词：物联网；输电线路；检测方案

输电线路的现场环境监测，依靠直接安装在输电线路上的可实时记录表征设备运行状态的传感器实现输电线路在线测量、诊断和检修，其对于高压、超高压电网的运行安全十分重要。在微机电系统和片上系统与无线通信以及低功耗嵌入式的技术迅猛发展的影响下，IOT应运而生，因此输电线路的现场环境的监测有了一个全天候和低成本，同时可靠性比较高以及冗余度比较高的处理方案。本文从已有的输电线路的监测系统着手，对IOT关键技术进行分析，对IOT现场环境的监测方案进行制定。

一、物联网输电线路监测系统中的硬件选择

现阶段国际上出现了很多IOT节点硬件平台。比较凸显的节点主要有Mica系列和Sensoria WINS与Tolesp.AMPS系列以及XYZnode、Zabranet等。具体来说，平台中比较重要的划分是运用不同的处理器和无线通信的协议以及和其有关的各类传感器。其中，Mica系列的节点非常成熟，并且得到了广泛的应用。

就Micaz节点来说，其微处理器的芯片选择的是Atmega128 0Micaz5l针扩展接口能够连接性的模拟输入，数字I/0 12C SPI接口与UART接口。其中的通信模块选择的是CC2420芯片。这一芯片给予Zigbee通信技术最早的通信芯片，在载波的频率上是2.4 GHz，该数据的传输速率能够到达250 kbps，所差生的通信距离是60150 m，比较适合在室内进行应用。在数据采集的模块上，选择的是ADXL202JE的加速度计，能够同时运用2个轴加速度。

对于IRIS节点的平台来说，其是在ATmega1281的微处理芯片与RF230的射频芯片中进行运用的一款IOT节点，这是专门针对嵌入式的传感器的网络所设计的一种小型的无线测量系统，该系统是在2.4 GHz和支持IEEE802.15.4协议中的Mote模块，在功耗较低的IOT中进行运用。

IRIS平台所拥有的新特性在整体上对节点性能进行了提高。主要特点表现在以下几点。一是，对于MICA的系列产品而言，具有3倍作用的距离和2倍存储空间；二是，户外测试不对放大器进行运用的条件下，节点视距能够达到500 m；三是，考虑到IEEE802.15.4/ZigBee的协议RF发送器，2.42.48 GHz是全球兼容的一种ISM波段；五是，是直接序列的扩频技术，具有抗RF干扰和数据屏蔽性好的性能，数据传输率能够达到250kbps；七是，对可靠性性强的多跳Mesh网络有所支持；八是，即插即用，能够对传感器板和数据采集板与网关以及软件进行连接，除此之外，IRIS51针的扩展接口能够与模拟输入进行连接，数字I/0和I2C与SPI以及DART接口，该接口让其更加容易和其他的外设进行连接，考虑到IRIS平台所具备的优势，选择其作为监测系统硬件节点。

二、物联网的分析

如图一所示为IOT系统的结构图。在传感器节点上具有感知与运算以及通信等功能，不同节点都能够采集环境数据，比如温度与湿度以及风速，还有频率等，相互之间的运用的主要是指无线多跳式方式，根据应用和系统需求在网内处理采集的数据。通过汇聚节点汇集传感器网络所收集的信息，通过Internet与卫星将其传递给用户。用户是对信息进行接收以及应用的人员，可以是人和计算机与其他设备。

图一：IOT系统结构图

三、监测预普系统存在的问题问题

国家上的电力工作人员对于输电线路环境监测的研究非常多。在早期的时候主要运用的是人工巡检对电力设施的覆冰情况进行检测。受到计算机网络和通信技术的影响，在研究中通过对电力通信网络的应用，对电力设施的计算机的监测系统进行了研究；此外，某公司把GPRS（GSM/CDMA）技术和视频技术在输电设施的监测过程中进行了应用，并对架空式的输电线路的覆冰监测系统进行了研究，有研究曾对输电线路灾情的监测系统与覆冰监测系统进行了应用。该装置在实际应用中已经得到了非常好的效果。然而还是存在一系列问题，主要表现在以下几点。一是，运用人工的监测手段需要浪费很大的人力和物力资源，并且不能实现24h的观测，以此同时，因为布线范围比较广，部分布线区域中的地理环境非常恶劣，不能对全范围的监测进行实现；二是，冰雪灾害所造成的电力线路的倒塌问题以及断线问题，还会导致很多通讯光缆发生断裂的现象，公用式的通讯网络和电力通信网络都出现了一定的中断，并不能将监测数据有效地送到监控中心中；三是，深受地区和气候与地形等多种因素所带来的影响，一些特定监测的地段非常需要报警策略，要对对应的监测数据进行积累，并对策略不断完善。

四、物联网的输电线路的线性判别式的分类

输电线路对现场的环境进行监测，需要的物理量主要包括当地的温度和线路振幅与频率以及风速等。例如覆冰预警，按照不同地区的气候和环境差异，要按照数据对不同参数下的专家系统进行建立，但是用线性判别式的分类算法（LDA）对多信源的预警判决措施而言，具有非常高效的特点，同时算法也比较简单，置信度较高。

目前运用比较多的是判别分析的方法，其按照观察和所测量的若干变量值，对研究对象进行判别。实施判别的过程中需要对观测对象进行分类，并全面了解观测对象本身的变量值。进行判别分析其是其从当中筛选能够提供更多信息的一种变量，同时，还要对判别函数进行建立，能够使用所推导的判别函数判别观测量的类别，降低错判率。

五、物联网下的输电线路检测方案分析

IOT在输电线路中对无线通信进行布置，主要目的在于对输电线路的温度和线路振幅与频率以及风速，还有线路张力进行采集。冬天的时候对于数据的采集，主要分为除冰与不需除冰的状态，对所有的物理量数值进行存储，并建立训练集。

结束语

综上所述，本文主要对物联网输电线路监测预警的方案进行了分析，通过对物联网的低功耗和低成本与多传感器以及无线通信优点的利用，并和现阶段输电线路的监测问题进行结合，深入分析了系统硬件平台选择和预警判别的算法。在此基础上，对可靠性比较强的判别函数实施监控预警。

参考文献：

[1]王庆华，曹立波，陈其平，陈玲强.避雷器雷击电流波形参数检测方法及其应用[J].科技创新与应用，2018（03）：67-69+71.

[2]姚琳琳. 光纤光栅压力传感器与智能检测系统研究[D].昆明理工大学，2017.

[3]张建梁. 物联网技术在配电线路监测系统的应用研究[D].江苏大学，2016.

[4]冯正乾. 高铁无砟轨道安全数据远程采集终端研制[D].北京工业大学，2013.