自動(dòng)觀冰站技術(shù)方案.doc

自動(dòng)觀冰站技術(shù)方案一、 系統(tǒng)概述、極端氣候條件在近年來不斷發(fā)生，嚴(yán)重威脅供電安全。因此研究微氣象條件下輸電線路導(dǎo)線覆冰的形成和狀態(tài)變化機(jī)理，總結(jié)發(fā)展規(guī)律是規(guī)避由于線路規(guī)劃設(shè)計(jì)失誤造成大面積線路冰雪氣象災(zāi)害的有效方法。因此在冰雪多發(fā)地區(qū)建立輸電線路人工覆冰觀冰站，實(shí)現(xiàn)觀察和掌握嚴(yán)寒地區(qū)不同氣象條件下輸電線路導(dǎo)線覆冰的形成和變化趨勢。由于常規(guī)的人工觀冰站環(huán)境比較惡劣，存在觀測人員工作辛苦，觀測數(shù)據(jù)不夠精確、觀測數(shù)據(jù)量較少等問題。自動(dòng)觀兵站利用現(xiàn)代電子技術(shù)、測量技術(shù)、新能源技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件技術(shù)等現(xiàn)代化手段，采集被觀測導(dǎo)線的覆冰前后整個(gè)過程的重力、環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、日照、氣壓、雪（冰）厚、現(xiàn)場圖像等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后通過GPRS或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，中心利用軟件分析、數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析處理，給出覆冰厚度、氣象參數(shù)、圖像等。相比人工觀測站具有全天候工作、自動(dòng)化程度高、采集數(shù)據(jù)精確、節(jié)省人力、物力的優(yōu)點(diǎn)。二、 系統(tǒng)總體架構(gòu)自動(dòng)觀冰站由安裝在觀冰站現(xiàn)場的觀測裝置、無線通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心組成；觀測裝置安裝在觀測塔上，主要由監(jiān)控主機(jī)、傳感器、圖像監(jiān)控設(shè)備、電源系統(tǒng)組成。傳感器主要有：環(huán)境溫濕度傳感器：測量環(huán)境溫濕度；氣壓傳感器：測量大氣壓力；風(fēng)速傳感器：測量風(fēng)速；、風(fēng)向傳感器：測量風(fēng)向；日照傳感器：測量日照強(qiáng)度；拉力傳感器：測試觀測導(dǎo)線的重量變化；圖像設(shè)備：拍攝現(xiàn)場圖像；雪厚標(biāo)尺：觀測覆雪的厚度。三、 技術(shù)實(shí)現(xiàn) 如下圖所示在觀冰站上安裝相關(guān)監(jiān)測設(shè)備，相關(guān)塔體結(jié)構(gòu)需做改動(dòng)，頂部加裝設(shè)備安裝平臺。 四、1、 監(jiān)測主機(jī)監(jiān)測主機(jī)主要完成微氣象區(qū)氣象數(shù)據(jù)、模擬導(dǎo)線法覆冰數(shù)據(jù)、供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)、觀雪臺雪量數(shù)據(jù)等各個(gè)數(shù)據(jù)采集、模型處理和高清攝像機(jī)對觀雪臺、模擬導(dǎo)線的現(xiàn)場實(shí)時(shí)拍照數(shù)據(jù)壓縮處理并將其數(shù)據(jù)打包，按照相關(guān)通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式通過GPRS通信方式發(fā)送至監(jiān)控中心，監(jiān)測中心通過分析判斷得出現(xiàn)場的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)控中心可對監(jiān)測主機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，如監(jiān)測主機(jī)的采樣時(shí)間間隔以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請求等。2、 氣象參數(shù)溫濕度采集：系統(tǒng)中使用的溫度傳感器，其采用SHTxx 系列單芯片傳感器，是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個(gè)電容式聚合體測濕元件和一個(gè)能隙式測溫元件，并與一個(gè) 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實(shí)現(xiàn)無縫連接。SHTxx采用串行接口，它的分辨率可以根據(jù)對現(xiàn)場的采集速率而進(jìn)行調(diào)整，一般情況下默認(rèn)的測量分辨率分別為 14bit（溫度）、12bit（濕度）。它的主要性能指標(biāo)： 溫度的量程范圍：-40123.8 溫度分辨率：0.01 濕度的量程范圍：0%100%RH 環(huán)境濕度監(jiān)測范圍：0%RH10%RH，90%RH100%RH精度：3% RH；80100%RH，精度:2%RH 供電電壓：3.3V風(fēng)速風(fēng)向采集：系統(tǒng)中使用的超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其工作原理是利用超聲波時(shí)差法來實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測量，超聲波在空氣中傳播的時(shí)候，會(huì)和風(fēng)向上的氣流速度疊加。若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，它的速度會(huì)加快；反之，它的速度會(huì)變慢。它的主要特點(diǎn)及性能指標(biāo)： 無啟動(dòng)風(fēng)速限制，360操作，同時(shí)具備風(fēng)速、風(fēng)向的測量； 測量精度高，性能穩(wěn)定； 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，儀器抗腐蝕性強(qiáng)，在安裝和使用時(shí)無需擔(dān)心損壞； 克服了機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀固有的缺陷，能全天候地、長久地正常工作，新的設(shè)計(jì)還可經(jīng)受暴雨、冰雪、霜凍環(huán)境的考驗(yàn)； 設(shè)備輕巧，攜帶輕便，安裝、拆卸容易； 信號接入方便，同時(shí)提供數(shù)字和模擬兩種信號； 不需要維護(hù)和現(xiàn)場校準(zhǔn)。 風(fēng)速：測量范圍：060m/s； 精確性：0.2m/s；（當(dāng)風(fēng)速在0-5米/秒范圍內(nèi)），5米/秒）； 分辨率：0.1 m/s 風(fēng)向：測量范圍：0359.9； 精確性：3； 分辨率：0.1；氣壓采集：系統(tǒng)中選用的SCPX000芬蘭VTI系列氣壓傳感器，它基于D-MEMS技術(shù)的絕對壓力傳感器，它內(nèi)帶AD轉(zhuǎn)換器、ASIC結(jié)構(gòu)以及EEPROM存儲(chǔ)單元，并可通過SPI接口與綜合分機(jī)進(jìn)行通訊。它的主要特點(diǎn)及性能指標(biāo)： 測試范圍：30Kpa120 Kpa絕壓; 絕對壓力精度：-100+100Pa; 分辨率：1.56Pa日照強(qiáng)度采集：系統(tǒng)中使用的TBQ-xx的日照傳感器，它由快速響應(yīng)的線繞電鍍式熱電堆組成。感應(yīng)面涂3M無光黑漆，感應(yīng)面為熱接點(diǎn)，當(dāng)有陽光照射時(shí)溫度升高，它與另一面的冷接點(diǎn)形成溫差電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢與太陽輻射強(qiáng)度成正比。其信號線與CPU的AD接口相連接，并通過計(jì)算得出日照強(qiáng)度。它的主要特點(diǎn)及性能指標(biāo)： 靈敏度：7-14mV/KW.m-2; 響應(yīng)時(shí)間：35S（99%響應(yīng)） 光譜范圍：0.33.2m 溫度系數(shù)：不大于2%(-1040)3、 觀測導(dǎo)線重量采集：系統(tǒng)中使用3個(gè)30KG拉力傳感器，通過測量一根長4米（與現(xiàn)場線路同型號的）導(dǎo)線的實(shí)時(shí)重量變化，監(jiān)測主機(jī)用于采集拉力傳感器的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過相關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出現(xiàn)場實(shí)時(shí)覆冰厚度。 拉力傳感器量程：30kg（根據(jù)實(shí)際需要定制）； 拉力傳感器測量范圍：1100FS（線性工作區(qū)間）； 拉力傳感器準(zhǔn)確度級別（FS）：0.1及以上； 拉力傳感器技術(shù)指標(biāo)： 分度數(shù)n500；回零誤差（FS）：0.1；示值誤差（FS）：0.2；重復(fù)性（FS）：0.2；滯后（FS）：0.3；長期穩(wěn)定性（FS）：0.2；4、 圖像觀測 在觀測塔上安裝高清攝像機(jī)，定時(shí)對觀測模擬導(dǎo)線的覆冰狀況，可清晰觀測到覆冰的厚度、冰型以及環(huán)境積雪情況，在一定程度上可代替人工現(xiàn)場觀測。 拍攝參數(shù)： 攝像機(jī)： 傳感器芯片：SONY CCD； 像素?cái)?shù)： 1024(H) X 768(V) (PAL)，或高清攝像機(jī)可達(dá)100萬像素以上； 最低照度： 0.01Lux； 變焦率： 光學(xué)18 倍； 預(yù)置位數(shù)量：128； 水平旋轉(zhuǎn)角度：0355； 俯仰角度: 090； 圖像格式：Jpeg； 視頻格式：H.264/mpeg4； 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)：焦距、光圈、景深、云臺預(yù)置位、大小、色度、對比度； 具有專利防雨、雪、污機(jī)構(gòu)，確保任何情況下拍攝照片清晰；5、 積雪厚度觀測 在觀測塔上與攝像機(jī)等高的部位構(gòu)建一積雪平臺，平臺上固定不銹鋼鋼尺，當(dāng)積雪時(shí)積雪會(huì)遮擋鋼尺的相應(yīng)高度，通過照片即可直觀顯示積雪厚度。6、 裝置電源安裝在鐵塔上的監(jiān)測裝置統(tǒng)一采用太陽能對蓄電池浮充的方式進(jìn)行供電。我公司采用超低功耗技術(shù)，裝置待機(jī)電流保持在100mA(12V)以內(nèi)，因此在同等容量電源條件下，裝置可連續(xù)運(yùn)行時(shí)間比目前市面廠家多30%以上。一般情況下數(shù)據(jù)采集裝置配置12V 96AH 電池 即可連續(xù)運(yùn)行60天以上。監(jiān)測裝置選用硅能綠色環(huán)保電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)，該電池相比鉛酸及其他類型電池系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：l 儲(chǔ)備容量高，達(dá)到國際要求的2倍。l 充電接受能力強(qiáng)，達(dá)到國際要求的3倍。l 大電流放電效率高，可高倍率放電，30C放電8S內(nèi)電池不損傷。l 自放電小，年自放電率小于2%。l 充放電無記憶（次數(shù)）。l 能耐高溫及高寒，可以在-50+70范圍內(nèi)使用。l 綠色環(huán)保，該產(chǎn)品采用復(fù)合硅鹽電解質(zhì)取代硫酸，無污染，電池極板亦可再生使用。 l 循環(huán)使用壽命長，戶外監(jiān)測裝置可使用510年。7、 通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測裝置與監(jiān)控中心之間采用無線GPRS、衛(wèi)星等方式進(jìn)行通訊。具有簡單、易行、不用自行架設(shè)網(wǎng)絡(luò)、資費(fèi)便宜等優(yōu)點(diǎn)；對特殊無信號地區(qū)可考慮采用衛(wèi)星通訊方式。8、 軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、設(shè)備臺賬管理、 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)分析處理、預(yù)警預(yù)警等幾個(gè)主要部分：監(jiān)測中心運(yùn)行專家軟件界面監(jiān)控中心的專家軟件主要通過對拉力的計(jì)算分析、氣象條件的分析，給出覆冰的具體厚度，發(fā)展趨勢等:統(tǒng)計(jì)分析: 按日、按月統(tǒng)計(jì)最大值、最小值、平均值，并能生成趨勢曲線、報(bào)表。歷史趨勢圖分析: 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)柱形圖顯示，統(tǒng)計(jì)值、歷史數(shù)據(jù)趨勢圖。覆冰厚度計(jì)算模型： 結(jié)合覆冰的密度（0.9g/cm3）、導(dǎo)線直徑來求解覆冰厚度。 核心目標(biāo)：1測得單位長度導(dǎo)線上的覆冰重量（誤差小于5%