本發明屬于輸電線路監測技術領域，具體涉及一種多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測系統及方法。
背景技術：
智能電網及超高壓輸電網建設力度不斷加強，各類輸電線路不斷增加，伴隨而來的是輸電線路中的桿塔的數量不斷增加，而有些桿塔的建設地點可能會存在各種安全隱患，包括氣象、地質災害和人為外力破壞。傳統的輸電線路桿塔穩定性檢查主要依靠運行人員進行周期性地巡視，雖然發現安全隱患，但由于本身的局限性，缺乏在線實時監測的技術手段，在巡視真空期難以及時掌握輸電線路桿塔的狀況，極易導致事故的發生。因此需要一種新的桿塔穩定性監測技術，可以對輸電線路的桿塔穩定性進行實時檢測，以便針對桿塔狀況進行安全性防護和管理，為輸電線路安全運行提供保障。
技術實現要素：
本發明提供一種多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測系統及方法，利用多個振動傳感器和傾角傳感器，結合rs-232串行通信接口和3g無線通信網絡，實現對桿塔穩定性監測。
本發明采取的技術方案為：
一種多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測系統，包括桿塔監測裝置、無線視頻服務器、監控主站，桿塔監測裝置與無線視頻服務器連接，無線視頻服務器通過通信網絡與監控主站通信連接。
所述桿塔監測裝置包括傳感器模塊、微處理器模塊、電源模塊，所述微處理器模塊外接有rs232串行通信接口，并通過rs232總線分別與傳感器模塊和無線視頻服務器連接；
所述傳感器模塊包括3個振動傳感器和1個傾角傳感器，所述3個振動傳感器分別安裝在桿塔塔頂、塔腰和塔基上，所述傾角傳感器安裝在桿塔橫擔上。
所述電源模塊包括有太陽能電池、蓄電池。
所述無線視頻服務器與監控主站通過3g網絡通信。
本發明一種多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測系統，有益效果在于：
1：本發明采用多個振動傳感器和傾角傳感器能夠獲取比單一傳感器更多的信息,形成比單一信源更可靠、更完全的融合信息。
2：本發明采用rs232通信方式連接傳感器和微處理器，具有抗干擾能力強和準確率高的優點。
3：本發明的電源模塊采用太陽能與蓄電池組合使用，有效解決了因電源饋電影響正常工作的問題。
4：本發明中小波變換相比傳統方法可以更容易地分離出噪聲、干擾，能夠減小甚至完全剔除噪聲系數，同時最大限度地保留信號系數，得到真實信號的最優估計，具有更好的濾波效果。
5：本發明中數據融合將多個傳感器的信息及數據進行多層次的綜合處理，由此來減小在信息處理中可能出現的失誤和對目標感知的不確定性，能對各自傳感器的屬性決策結果進行融合，得到整體一致的決策，提高了多源信息處理結果的質量,有利于對桿塔穩定性狀況更加準確地判斷和決策。
6：本發明是根據桿塔各部位振動傳感器和桿塔傾角傳感器數據通過微處理器進行濾波、信號融合，得出桿塔穩定性的診斷結果，并經過rs232串行通信接口傳輸至無線視頻服務器，無線視頻服務器通過3g通信網絡與監控主站進行通信。
7：本發明基于貝葉斯準則的得到數據融合的最優準則，實現數據的更進一步精確融合，從而得出更準確的判斷和決策。
8：本發明小波包能量譜方法能夠從各頻率成分信號的能量提取特征量，以此作為穩定性診斷的輸入特征量，能夠對穩定性進行有效判斷。
9：本發明利用rbf神經網絡產生各種故障模式的基本概率分配，作為貝葉斯推理的診斷輸入。
附圖說明
圖1為本發明的系統結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測系統，包括桿塔監測裝置、無線視頻服務器、監控主站，桿塔監測裝置與無線視頻服務器連接，無線視頻服務器通過通信網絡與監控主站通信連接。
所述桿塔監測裝置包括傳感器模塊、微處理器模塊、電源模塊，所述微處理器模塊外接有rs232串行通信接口，并通過rs232總線分別與傳感器模塊和無線視頻服務器連接；
所述傳感器模塊包括3個振動傳感器和1個傾角傳感器，所述3個振動傳感器分別安裝在桿塔塔頂、塔腰和塔基上，所述傾角傳感器安裝在桿塔橫擔上。
所述電源模塊包括有太陽能電池、蓄電池。
所述無線視頻服務器與監控主站通過3g網絡通信。
振動傳感器采用adxl345三軸加速度傳感器組成的振動開關模塊，測量桿塔的傾角。
傾角傳感器采用mpu6050加速度傳感器實現傾角的監測。
微處理器模塊采用嵌入式計算機運行操作系統arm-linxu
無線視頻服務器采用bvs-w4010-vc-e3g型號，該服務器能夠支持4路復合視頻輸入，1路復合視頻輸出，支持單畫面、四畫面顯示，支持聲音與視頻同步錄制，傳輸速度快。支持低溫加熱，
一種多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測方法，包括以下步驟：
步驟1：利用安裝在輸電線路桿塔塔頂、塔腰和塔基的三個振動傳感器，獲取桿塔各部位的振動加速度；利用安裝在桿塔橫擔上的傾角傳感器，獲取桿塔傾斜角。
步驟2：利用經步驟1中獲得的桿塔各部位振動加速度和桿塔傾斜角及微處理器模塊，得出桿塔穩定性狀況和預警信息。
步驟2.1：將經步驟1獲得的桿塔塔頂、塔腰、塔基的振動加速度和桿塔橫擔上的桿塔傾斜角，均以rs232通信方式輸送至微處理器模塊內；
步驟2.2：微處理器模塊對步驟2.1中獲得的桿塔塔頂、塔腰、塔基振動加速度和桿塔橫擔上的傾斜角數據，進行濾波、信號融合，得出桿塔穩定性的診斷結果，數據濾波、信號融合方法如下：
采用小波濾波方法，離散小波變換方法如下：
其中：
ψj,n(t)＝2-j/2ψ(2-jt-n)
其中，x(t)為各傳感器檢測的信號，ψj，n(t)為小波基數，j為尺度因子，n為平移因子。信號融合用小波包能量譜方法先求出各頻帶能量
建立神經網絡模型，以所述特征向量為rbf神經網絡的輸入，進行初步穩定性診斷，并完成如下非線性映射：
一般取：
其中e為輸入向量，wi是權值，ci和σi是基函數的數據中心和寬度，n為中心數目，φ(·)為徑向基函數，ω0表示偏差。
將診斷結果作為穩定性狀態的基本概率分配值，利用貝葉斯推理，實現對初步診斷結果的融合，得到決策層融合判斷，貝葉斯推理得到數據融合的最優準則：
其中，u(k)和un(k)表示二值函數；pk(hi/u1(k),…,ui(k),…,un(k))表示第k次量測下hi的后驗概率(i＝0.1)；h1表示目標存在該信號；h0表示目標不存在該信號。
步驟3：將步驟2.得到的桿塔穩定性診斷結果，經過rs232串行通信接口傳輸至無線視頻服務器，無線視頻服務器通過3g通信網絡與監控主站進行通信。
本發明監測系統中，各個部件的功能：
無線視頻服務器，主要完成通過rs232串行通信接口接收桿塔監測裝置發送的信息，通過3g網絡實現與監控主站的通信。
桿塔監測裝置，主要作用是利用振動傳感器和傾角傳感器測得桿塔各部位的振動情況和桿塔傾斜角，傳輸至微處理器模塊，得到桿塔穩定性診斷結果。
整個監測系統采用電源模塊供電，電源模塊采用太陽能與蓄電池結合的供電方式，當陽光充足時太陽能電池能產生足夠的電能，除供給整個系統用電外，多余的電能給蓄電池充電；當夜晚或者陰天的時候太陽能電池產生的電能不足以供系統用電的時候，由蓄電池給系統供電，整個過程由控制器自動完成。
rs232串行通信接口，主要將振動傳感器、傾角傳感器的監測數據傳輸至微處理器模塊，將微處理器模塊的處理結果，傳輸至無線視頻服務器。
本發明的多傳感器數據融合的輸電線路桿塔穩定性監測系統中，采用了3個振動傳感器和1個傾角傳感器，分別實時監測桿塔各部位振動情況和傾斜角，再借助3g通信網絡將數據傳輸到監控主站，通過對傳感器信號濾波、融合得到診斷結果，實現對輸電線路桿塔穩定性的完全監測。