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高速公路电力电缆、电力设备的智能监测防盗系统研究

作　者: 唐妍
导　师: 林景栋
学　校: 重庆大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 载波通信通信组网故障定位电缆防盗智能监测
分类号: TM73
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着国民经济迅猛发展,各种金属资源供应紧张,价格不断攀升,以致电缆盗窃活动频繁发生。尤其是在高速公路路段上,由于其电力线输送的是低压电,且分布广散,使得电缆被盗活动日益猖獗。这严重影响了高速公路的正常运行与管理,给国家造成了重大的财产损失,给高速公路车辆的运行造成了巨大的安全隐患。因此,对高速公路电力电缆的防盗方法和产品的需求越来越迫切。目前高速公路所采用的电力电缆监测系统存在着许多问题,比如反应速度慢、故障点定位不准确等。本文针对人们对电缆防盗系统要求响应速度快、可靠性高、故障定位点准确的要求,提出了基于电力载波技术的智能监测防盗系统。针对高速公路距离长、分布广,收费站多的特点,本文设计的基于电力载波技术的智能监测防盗系统采用监测中心、监测主站和监测从站三级架构实现。监测主站与监测从站采用电力载波通信方式进行连接。如果电缆被盗,主站与从站之间的载波通信就会中断,那么监测主站通过GPRS无线网络将报警信息立即上报给监测中心。本文在详细分析了电力载波通信技术可行性的基础上,结合载波通信的特点,提出了载波通信组网的四点要求:①寻找数据帧的最优路由路径;②出现节点损坏时重新找到一条最优路由路径;③任意时刻只允许一个节点发送数据帧;④满足目标节点的即插即用。以此,本文以载波通信节点的物理网络模型为对象,设计了基于Dijkstra(迪杰斯特拉)算法的载波通信动态组网算法。该算法能够自动寻找数据帧从监测主站传输至各个监测从站的最优路径,从而提高电缆检测效率。同时,针对高速公路电力电缆分布较广,且出现故障后需要快速准确实现故障定位,本文根据以2个相邻节点来确定故障区域的思想,设计了应用于多点故障情况的故障定位方法。当系统检测出现故障后,系统重新通信组网,综合分析主站至各个从站所需时间和重新通信组网前数据帧所历经的路径,快速实现故障点的定位。通过仿真研究,结果表明系统载波通信动态组网算法具有正确性和有效性、故障定位算法具有准确性。同时系统测试研究也表明基于电力载波技术的智能监测防盗系统具有较高的实际故障检测成功率。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题的背景及研究的意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国内高速公路配电系统现状  10
    1.2.2 电缆防盗技术的发展  10-11
    1.2.3 远程监控技术的发展  11-12
  1.3 本文研究的目的和内容  12-15
    1.3.1 研究目的  12
    1.3.2 研究内容  12-15
2 基于电力载波技术的智能监测防盗系统总体方案设计  15-21
  2.1 电缆检测技术分析  15-16
  2.2 智能监测防盗系统需求分析  16-17
  2.3 基于电力载波技术的智能监测防盗系统总体架构  17-19
  2.4 本章小结  19-21
3 基于直接序列扩频技术的电力载波技术分析  21-35
  3.1 低压电力线载波通信信道特性及其模型  21-27
    3.1.1 通信信道特性  21-23
    3.1.2 通信信道模型  23-27
  3.2 扩频通信技术分析  27-34
    3.2.1 扩频通信技术  27-28
    3.2.2 直接序列扩频技术  28-30
    3.2.3 直序扩频系统建模仿真分析  30-33
    3.2.4 直序扩频系统抗干扰分析  33-34
  3.3 本章小结  34-35
4 基于 Dijkstra 算法的载波通信动态组网算法  35-45
  4.1 载波通信节点物理网络组网模型  35-37
  4.2 载波通信动态组网问题的描述  37
  4.3 基于Dijkstra 算法的载波通信动态组网  37-41
    4.3.1 Dijkstra 算法概述  37-39
    4.3.2 基于Dijkstra 算法的载波通信动态组网设计思路  39-41
  4.4 基于Dijkstra 算法的载波通信动态组网实现  41-44
    4.4.1 信息表建立  41-42
    4.4.2 基于Dijkstra 算法的载波通信动态组网步骤  42-44
  4.5 本章小结  44-45
5 基于电力载波技术的高速公路电力电缆故障点定位算法  45-49
  5.1 电缆故障点定位方法比较  45
  5.2 电力电缆故障点定位的要求  45-46
  5.3 故障点定位算法的设计  46-48
    5.3.1 故障点定位的基本原理  46
    5.3.2 故障点定位算法的设计思路  46-47
    5.3.3 故障点定位的步骤  47-48
  5.4 本章小结  48-49
6 基于电力载波技术的智能监测防盗系统的构建  49-65
  6.1 系统硬件  49-60
    6.1.1 硬件系统构建  49-50
    6.1.2 监测站控制器  50-51
    6.1.3 电力载波通信电路  51-56
    6.1.4 其他通信电路  56-58
    6.1.5 电源电路  58-60
  6.2 系统软件  60-63
    6.2.1 通信协议  60-61
    6.2.2 监测站软件构建  61-63
  6.3 本章小结  63-65
7 基于电力载波技术的高速公路电力电缆智能防盗系统验证及分析  65-73
  7.1 仿真分析过程  65-71
    7.1.1 验证对象  65-67
    7.1.2 载波通信动态组网算法正确性的验证结果  67
    7.1.3 载波通信动态组网算法优越性的分析结果  67-68
    7.1.4 故障定位算法准确性的验证结果  68-71
  7.2 系统测试  71-72
  7.3 本章小结  72-73
8 论文结论与展望  73-75
  8.1 论文总结  73
  8.2 展望  73-75
致谢  75-77
参考文献  77-79
附录  79
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  79
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  79

高速公路电力电缆、电力设备的智能监测防盗系统研究

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