本發(fā)明涉及一種電線積冰自動(dòng)檢測裝置及積冰觀測對(duì)比方法，尤其涉及一種工作性能穩(wěn)定檢修方便的便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置及積冰觀測對(duì)比方法。

背景技術(shù)：

冬季氣溫低下并多發(fā)雨雪天氣，因此室外許多通訊線路、輸電線路上會(huì)出現(xiàn)積冰現(xiàn)象，懸空線路上的積冰超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)壓斷線路，壓塌電線桿、鐵塔等，帶來巨大的損失。

以前，氣象部門對(duì)線路的積冰檢測采用人工方式，人工測量線路上積冰的直徑、厚度、重量等。人工測量的效率低、準(zhǔn)確性不足，不能及時(shí)的預(yù)報(bào)險(xiǎn)情。

為了能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)的進(jìn)行積冰測量，使用自動(dòng)檢測裝置進(jìn)行線路積冰狀況的檢測，現(xiàn)有的電線積冰自動(dòng)檢測裝置包括電線積冰架、傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、系統(tǒng)控制單元和終端顯示設(shè)備，現(xiàn)有的傳感器和數(shù)據(jù)采集單元為一體結(jié)構(gòu)。由于傳感器使用環(huán)境比較惡劣，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的封裝結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器和數(shù)據(jù)采集單元的一體結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝，成本很高，而且一旦損壞，需要同時(shí)更換傳感器和數(shù)據(jù)采集單元，維護(hù)費(fèi)用高，而且需要拆除封裝結(jié)構(gòu)，維修不方便?，F(xiàn)有的自動(dòng)檢測裝置還存在標(biāo)定過程復(fù)雜、傳感器長時(shí)間使用后會(huì)產(chǎn)生飄移等問題。而且，當(dāng)自動(dòng)檢測裝置出現(xiàn)問題時(shí)，需要技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，而往往電線積冰自動(dòng)檢測裝置都是安裝在野外環(huán)境惡劣的地區(qū)，增加了維修人員的工作難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)以上問題，本發(fā)明提出一種成本更低、工作性能更穩(wěn)定、維護(hù)檢修更方便的便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置及積冰觀測對(duì)比方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置，包括電線積冰架、傳感器、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和終端顯示設(shè)備；其中，所述傳感器單獨(dú)封裝，所述控制系統(tǒng)包括控制芯片、通訊模塊和數(shù)據(jù)采集單元；電線因積冰發(fā)生彎曲形變，通過傳感器的封裝結(jié)構(gòu)將電線的彎曲形變實(shí)時(shí)的傳遞給傳感器，傳感器將彎曲形變量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元將電信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；控制系統(tǒng)的控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到積冰數(shù)據(jù)；控制系統(tǒng)的通訊模塊將積冰數(shù)據(jù)送到終端顯示設(shè)備；終端顯示設(shè)備顯示檢測到的積冰數(shù)據(jù)；供電系統(tǒng)為整個(gè)裝置提供電源。電線積冰自動(dòng)檢測裝置還包括遠(yuǎn)程調(diào)試工具，控制系統(tǒng)通過通訊模塊將積冰數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程調(diào)試工具，遠(yuǎn)程調(diào)試工具對(duì)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)維護(hù)。

控制系統(tǒng)外接溫度傳感器和濕度傳感器，用來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的免標(biāo)定功能。免標(biāo)定功能的具體實(shí)現(xiàn)為預(yù)先通過對(duì)傳感器在不同環(huán)境下溫度和濕度的測試，獲得不同環(huán)境下傳感器的系數(shù)，從而得到一個(gè)測試數(shù)據(jù)庫；設(shè)備工作時(shí)實(shí)時(shí)采集環(huán)境的溫度和濕度，根據(jù)采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)，結(jié)合測試數(shù)據(jù)庫，糾正不同環(huán)境下傳感器的系數(shù)。

控制系統(tǒng)外接溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器，用來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的免清零功能。免清零功能的具體實(shí)現(xiàn)為根據(jù)溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速以及采集到的積冰數(shù)據(jù)，由控制芯片綜合分析計(jì)算分析判斷設(shè)備狀況；當(dāng)檢測到設(shè)備上沒有積冰時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)傳感器采集到的數(shù)值進(jìn)行清零，當(dāng)檢測到設(shè)備上有積冰時(shí)，控制系統(tǒng)準(zhǔn)確的輸出積冰數(shù)據(jù)。

對(duì)便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試的方法，包括以下步驟：

（1）電線積冰自動(dòng)監(jiān)測裝置通過通訊模塊和服務(wù)器相連，將積冰數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，遠(yuǎn)程調(diào)試工具從服務(wù)器獲得積冰數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；

（2）當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，操作者或者用戶要訪問電線積冰自動(dòng)監(jiān)測裝置，通過遠(yuǎn)程調(diào)試工具的客戶端軟件登錄到服務(wù)器，并輸入需要訪問設(shè)備的id；

（3）當(dāng)設(shè)備從服務(wù)器收到用戶的請(qǐng)求訪問的命令，響應(yīng)連接，此時(shí)，操作者或者用戶可以通過遠(yuǎn)程調(diào)試工具對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試和診斷。

利用便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置進(jìn)行積冰觀測對(duì)比的方法，包含以下步驟：

（1）利用電線積冰自動(dòng)檢測裝置測量4mm電線積冰時(shí)電線積冰南北向直徑、南北向厚度、南北向重量、東西向直徑、東西向厚度、東西向重量，以及利用溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器記錄測量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速；

（2）利用電線積冰自動(dòng)檢測裝置測量26.8mm電線積冰時(shí)電線積冰南北向直徑、南北向厚度、南北向重量、東西向直徑、東西向厚度、東西向重量，以及利用溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器記錄測量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速；

（3）對(duì)全國各個(gè)測量站點(diǎn)測得的4mm和26.8mm兩種電纜的電線積冰南北向直徑、南北向厚度、南北向重量、東西向直徑、東西向厚度、東西向重量分別進(jìn)行差值、差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差的對(duì)比；

其中，差值的計(jì)算公式為：

；

差值平均值的計(jì)算公式為：

；

差值標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式為：

；

其中，xi為第i次的差值，ai為4mm電線時(shí)某一要素第i次電線積冰觀測值，ui為26.8mm電線時(shí)某一要素第i次電線積冰觀測值；為第i次的差值平均值；為第i次的差值標(biāo)準(zhǔn)差；

（4）統(tǒng)計(jì)分析每次電線積冰過程中兩種電纜測得的各要素的全國平均差值；

（5）繪制每次電線積冰過程中兩種電纜線測得的各要素的差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差的空間分布圖，分析分布特征及原因；

（6）統(tǒng)計(jì)分析每次電線積冰過程中不同電線積冰現(xiàn)象時(shí)，包括雨凇、霧凇或濕雪，各要素的全國的平均差值；

（7）統(tǒng)計(jì)分析每次電線積冰過程中不同氣象條件下，即不同的溫度、濕度、風(fēng)速或風(fēng)向下，各要素的全國的平均差值。

有益效果：本發(fā)明的傳感器單獨(dú)封裝，結(jié)構(gòu)緊湊，用膠水密封，完全把電路封裝在里面，防水防塵等級(jí)高，且可以單獨(dú)檢修更換，成本低；控制系統(tǒng)通過優(yōu)化算法可以糾正不同環(huán)境下傳感器的系數(shù)，克服了傳感器在不同環(huán)境下系數(shù)不一致的問題，從而實(shí)現(xiàn)免標(biāo)定；新增免清零功能克服了傳感器隨著時(shí)間的推移，采集數(shù)據(jù)產(chǎn)生正向或負(fù)向的漂移的問題；遠(yuǎn)程調(diào)試工具可以讓技術(shù)人員在全國各個(gè)地方隨時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，一旦出現(xiàn)了故障，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行診斷，無需到現(xiàn)場。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是增加了免標(biāo)定功能的裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是增加了免清零功能的裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是遠(yuǎn)程調(diào)試方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明所述的便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置包括電線積冰架、傳感器、控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程調(diào)試工具、供電系統(tǒng)和終端顯示設(shè)備，裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，控制系統(tǒng)又包括控制芯片、通訊模塊和數(shù)據(jù)采集單元。裝置的工作原理是：當(dāng)電線積冰后，電線因積冰發(fā)生彎曲形變，通過傳感器的封裝結(jié)構(gòu)將電線的形變傳遞給傳感器，傳感器將形變量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，送到控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將得到的積冰數(shù)據(jù)通過通訊模塊送到終端顯示設(shè)備進(jìn)行顯示，同時(shí)通過通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程調(diào)試工具。

本發(fā)明的傳感器將原有的傳感器中的數(shù)據(jù)采集單元?jiǎng)冸x出來，做成獨(dú)立的模塊，與控制系統(tǒng)做成一體，可靠性更高。當(dāng)后期數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)問題時(shí)，可以單獨(dú)檢查更換傳感器或者數(shù)據(jù)采集單元，不用再一起更換傳感器和數(shù)據(jù)采集單元，維護(hù)更方便，維護(hù)費(fèi)用更低。傳感器單獨(dú)封裝，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度更高，可以有效的減少漂移。用防濕防潮的膠水密封，完全把電路封裝在里面，防水防塵等級(jí)達(dá)到ip68。

電線積冰架一般由兩組支架組成，每組支架包括兩根支柱和一根導(dǎo)線。進(jìn)行電線積冰觀測業(yè)務(wù)的導(dǎo)線有兩種規(guī)格，4mm和26.8mm。本發(fā)明對(duì)兩種規(guī)格的測試導(dǎo)線都進(jìn)行自動(dòng)化測量，實(shí)施對(duì)比觀測，計(jì)算積冰的平均厚度和直徑，并對(duì)比分析兩種觀測的差異，計(jì)算差值、差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差等，評(píng)估其一致性。

利用便攜式電線積冰自動(dòng)檢測裝置進(jìn)行積冰觀測對(duì)比的具體方法如下，包含步驟：

（1）利用電線積冰自動(dòng)檢測裝置測量4mm電線積冰時(shí)電線積冰南北向直徑、南北向厚度、南北向重量、東西向直徑、東西向厚度、東西向重量，以及利用溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器記錄測量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速；

（2）利用電線積冰自動(dòng)檢測裝置測量26.8mm電線積冰時(shí)電線積冰南北向直徑、南北向厚度、南北向重量、東西向直徑、東西向厚度、東西向重量，以及利用溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器記錄測量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速；

（3）對(duì)全國各個(gè)測量站點(diǎn)測得的4mm和26.8mm兩種電纜的電線積冰南北向直徑、南北向厚度、南北向重量、東西向直徑、東西向厚度、東西向重量分別進(jìn)行差值、差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差的對(duì)比；

其中，差值的計(jì)算公式為：

；

差值平均值的計(jì)算公式為：

；

差值標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式為：

；

其中，xi為第i次的差值，ai為4mm電線時(shí)某一要素第i次電線積冰觀測值，ui為26.8mm電線時(shí)某一要素第i次電線積冰觀測值；為第i次的差值平均值；為第i次的差值標(biāo)準(zhǔn)差；

（4）統(tǒng)計(jì)分析每次電線積冰過程中兩種電纜測得的各要素的全國平均差值；

（5）繪制每次電線積冰過程中兩種電纜線測得的各要素的差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差的空間分布圖，分析分布特征及原因；

（6）統(tǒng)計(jì)分析每次電線積冰過程中不同電線積冰現(xiàn)象時(shí)，包括雨凇、霧凇或濕雪，各要素的全國的平均差值；

（7）統(tǒng)計(jì)分析每次電線積冰過程中不同氣象條件下，即不同的溫度、濕度、風(fēng)速或風(fēng)向下，各要素的全國的平均差值。

為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低功耗，控制系統(tǒng)中的控制芯片采用高級(jí)的arm架構(gòu)芯片，對(duì)數(shù)據(jù)采集單元得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，得到積冰數(shù)據(jù)。控制系統(tǒng)還具有免標(biāo)定、免清零、抗干擾等功能。

為了實(shí)現(xiàn)免標(biāo)定功能，預(yù)先通過對(duì)傳感器在不同環(huán)境下溫度和濕度的測試，獲得不同環(huán)境下傳感器的系數(shù)，從而得到一個(gè)測試數(shù)據(jù)庫。如圖2所示，整個(gè)裝置工作時(shí)，控制系統(tǒng)外接溫度傳感器和濕度傳感器，實(shí)時(shí)采集環(huán)境的溫度和濕度，根據(jù)采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)，結(jié)合測試數(shù)據(jù)庫，糾正不同環(huán)境下傳感器的系數(shù)，克服了傳感器在不同環(huán)境下系數(shù)不一致的問題，從而實(shí)現(xiàn)免標(biāo)定。

如圖3所示，為了實(shí)現(xiàn)免清零功能，控制系統(tǒng)外接溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器，根據(jù)溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速以及采集到積冰數(shù)據(jù)的綜合關(guān)系，由控制芯片計(jì)算分析判斷裝置處于什么狀況。當(dāng)裝置沒有積冰時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)傳感器采集到的數(shù)值進(jìn)行清零，當(dāng)檢測到裝置上有積冰時(shí)，準(zhǔn)確的給出積冰數(shù)據(jù)。本裝置新增的免清零功能克服了傳感器隨著時(shí)間的推移，采集數(shù)據(jù)產(chǎn)生正向或負(fù)向的漂移的問題。本裝置通過優(yōu)化算法可自動(dòng)校準(zhǔn)系數(shù)和實(shí)現(xiàn)清零工作，無需工作人員去現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)工作。

控制系統(tǒng)進(jìn)一步地采用優(yōu)化算法，去除干擾因素。例如，采用均值濾波算法，即將一個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)去除最大值和最小值，然后求平均，可以有效的去除例如3分鐘以內(nèi)的干擾因素。

遠(yuǎn)程調(diào)試工具可以讓技術(shù)人員在全國各個(gè)地方隨時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，一旦出現(xiàn)了故障，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行診斷，并對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行修復(fù)，無需到現(xiàn)場。操作技術(shù)人員可以使用電腦軟件或者移動(dòng)客戶端軟件通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備匹配的登錄密鑰連接到自動(dòng)檢測裝置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試診斷。遠(yuǎn)程調(diào)試的方法如圖4所示，電線積冰自動(dòng)監(jiān)測裝置通過高速通訊模塊和私有服務(wù)器相連，該服務(wù)器必須有公網(wǎng)的ip，連接的方式可以通過有線的方式連接，也可以通過無線的方式連接。連接的過程是由電線積冰自動(dòng)監(jiān)測裝置主動(dòng)發(fā)起去連接服務(wù)器。操作者或者用戶要訪問電線積冰自動(dòng)監(jiān)測裝置，通過客戶端軟件，登錄到服務(wù)器并輸入需要訪問設(shè)備的id，該id的設(shè)備在連接服務(wù)器的時(shí)候一旦收到用戶的要求訪問的命令，則會(huì)響應(yīng)遠(yuǎn)方的連接，此時(shí)就可以對(duì)這套設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試和診斷。

本發(fā)明的供電系統(tǒng)可以使用獨(dú)立的太陽能電池供電系統(tǒng)；終端顯示設(shè)備可以是電腦上的顯示軟件，也可以是手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上的客戶端app，控制系統(tǒng)和終端顯示設(shè)備以及遠(yuǎn)程調(diào)試工具的通訊模塊采用當(dāng)前最先進(jìn)的4g模塊，代替原有的短息通訊方式，通訊卡采用最新的物聯(lián)卡，速度快，流量費(fèi)用少。