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1、基于物联网的高压输电线路鸟害监测与预警系统设计基于物联网的高压输电线路鸟害监测与预警系统设计摘要摘要ABSTRACT第一章第一章 绪论绪论1.1 引言引言1.2 物物联联网与网与应应用用简简介介1.2.1 物物联联网网简简介介1.2.2 高高压输电线压输电线路路鸟鸟害害现现状与状与驱鸟驱鸟方法方法简简介介1.3 课题课题研究的内容与研究的内容与创创新点新点1.3.1 课题课题研究的内容研究的内容1.3.2 课题课题研究的研究的创创新点新点第二章第二章 基于物基于物联联网的网的鸟鸟害害监测监测与与预预警系警系统统分析与框架分析与框架设计设计2.1 高高压输电线压输电线路路鸟鸟害害监测监测与与预预
2、警系警系统统需求分析需求分析2.2 基于物基于物联联网的网的鸟鸟害害监测监测与与预预警系警系统统功能分析功能分析2.3 物物联联网网传传感网感网络络技技术术分析分析2.4 基于物基于物联联网的网的高高压输电线压输电线路路鸟鸟害害监测监测与与预预警系警系统统框架框架设计设计2.5 本章小本章小结结第三章第三章 嵌入式操作系嵌入式操作系统统和无和无线线网网络络分析分析3.1 嵌入式嵌入式 LINUX 操作系操作系统统3.1.1 嵌入式嵌入式 Linux 系系统统概述概述3.1.2 Linux 内核的主要模内核的主要模块块3.1.3 Linux 的文件的文件结结构构3.1.4 嵌入式嵌入式 Linu
3、x 的开的开发发3.2 3G 网网络络3.2.1 3G 的起源的起源3.2.2 3G 通信的特点通信的特点3.3.3 3G 通信通信标标准准3.3 WLAN 网网络络3.4 本章小本章小结结第四章第四章 飞鸟飞鸟微波多普勒探微波多普勒探测测和光和光电电探探测传测传感模感模块设计块设计4.1 飞鸟飞鸟回波微多普勒效回波微多普勒效应应4.1.1 点目点目标标回波的微多普勒效回波的微多普勒效应应模型模型4.1.2 飞鸟飞鸟散射点模型散射点模型4.1.3 飞鸟飞鸟回波模型回波模型4.1.4 飞鸟飞鸟回波的微多普勒效回波的微多普勒效应应4.2 离散化离散化飞鸟飞鸟回波多普勒信号的提取回波多普勒信号的提取
4、4.2.1 多普勒雷达原理多普勒雷达原理4.2.2 多普勒雷达多普勒雷达头设计头设计4.3 光光电电探探测传测传感模感模块设计块设计4.3.1 光光电电探探测测原理原理4.3.2 光光电检测电电检测电路的路的设计设计4.3.3 单单片机程序片机程序设计设计4.4 本章小本章小结结第五章第五章 监监控控终终端端应应用用软软件件总总体体设计设计5.1 摄摄像像头应头应用程序用程序5.1.1 交叉交叉编译编译 mjpg-streamer 应应用程序用程序5.1.2 用用 HTML 编编写写 WEB 脚本脚本5.1.3 摄摄像像头应头应用文件的下用文件的下载载5.1.4 验证摄验证摄像像头应头应用文件
5、用文件5.2 3G 模模块块的的应应用程序用程序5.2.1 PPP 相关介相关介绍绍5.2.2 LINUX 内核的内核的 PPP 实现实现5.2.3 PPP 拨拨号脚本的建立号脚本的建立5.2.4 拨拨号号验证验证第六章第六章 调试调试与运行与运行6.1 搭建整体硬件平台搭建整体硬件平台6.2 测试过测试过程中遇到的程中遇到的问题问题及解决及解决办办法法6.2.1 灵敏度灵敏度问题问题6.2.2 电电源功耗源功耗问题问题6.2.3 3G 模模块拨块拨号号验证验证6.3 测试结测试结果果总结总结与展望与展望参考文献参考文献第一章第一章 绪论绪论1.1 引言引言国家“十二五”规划明确提出，物联网将
6、会在智能电网、智能交通、智能物流、金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。据有关消息称，其中智能电网总投资预计达 2 万亿元，居十大领域之首，预计到 2015 年物联网的产业规模 2000 亿元。 十大领域中智能电网的投资总额最大。据悉，自 2009 年开始至 2020 年，我国“坚强智能电网“将分为三个阶段发展，从初期的规划试点阶段到“十二五“期间的全面建设阶段，“十三五“时期的引领提升阶段，智能电网建设总投资规模约 4万亿元。2011-2015 年为规划的全面建设阶段，此阶段投资约 2 万亿元，2016-2020 年智能电网基本建成阶段的投资 1.7 万亿元。预计到 2015 年建成 50
7、 个面向物联网应用的示范工程，5 到 10 个示范城市，形成核心技术的产业规模 2000亿元，其中传感器 100 亿元，系统和试验检测 700 亿元，芯片、中间件和集成模块及设备产业的产业规模 600 亿元，工程实施、服务开发系统和运维 600 亿元。物联网的普及需要三大技术网络支持，一个是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别；二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网，实现数据的传输和计算；三是应用网络，即输入输出控制终端，包括手机等终端，而这些无疑是 3G 时代移动智能网络的重要特征。物联网应该有三个特性：全面感知、可靠的传送、智能作用。今天如
8、果说互联网是实现人和人之间的沟通，那完全可以建立人与物，物与物之间的沟通，这就叫做物联网。3G 网络是提供物联网信息传送的有效平台。目前中国移动已经开通了包括手机支付、物流管理、终端监控、电器卫视、农业蔬菜大棚监控等在内的一系列物联网业务。中国移动已在 31 个省(区、市)开通 M2M 物联网应用以移动技术为代表的普适计算、泛在网络被称为继计算机技术、互联网技术之后信息技术的第三次革命。而物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用，物联网也被视为互联网的应用拓展。因此应用创新是
9、物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新 2.0是物联网发展的灵魂.。随着生态环境的改善，人们爱鸟护鸟意识的提高，使得鸟类数量大增。但鸟类的增加，对电力线路的安全运行造成威胁，即所谓“鸟害”，引起线路跳闸停电，给国家及企业造成巨大的经济损失。研制及生产一种在高压输电线路上既能消除鸟害，又不伤害鸟类的设备，同时对整个输电线网络的鸟害进行预警，将是对电力生产做出的重大贡献。1.2 物物联联网与网与应应用用简简介介在计算机互联网的基础上，利用无线数据通信技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网可
10、分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。 网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。 应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成
11、人类社会。 物联网注定要催化中国乃至世界生产力的变革。（1）对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；（2）需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；（3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的 IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算。1.2.2 高高压输电线压输电线路路鸟鸟害害现现状与状与驱鸟驱鸟方法方法简简介介鸟类与人类共同生活在我们这个蓝色的星球上，一方面我们人类与鸟类和平共处、互惠互利，另一方面我们也越来越多地
12、受到鸟类所带来的困扰。近年来，生态环境的变化改变了鸟类的生存状态，在一些地区鸟将鸟巢筑在电力系统输电线路的杆塔上，而由于鸟类活动以及电网规模的扩大和增加，导致送电线路由于鸟害发生闪络跳闸呈逐年上升的趋势，鸟类对电网运行的危害愈来愈大 11。特别是在超高压、远距离、大容量的输电线路上，由于鸟害事故所引起的跳闸事件，对电网的安全运行有着严重的负面影响。如：06年发生的美、加大停电事故，就是由于高压送电线路上的鸟粪闪络所引起的跳闸，导致系统瘫痪。再如泉州，地处福建南部，属于亚热带季风气候区，四季分明，光照充足，雨量适中，适合鸟类的繁衍并吸引过路候鸟的逗留。仅2007年泉州电网就因鸟粪引发导致110千
13、伏线路跳闸2起、220千伏线路跳闸4起、35KV主变事故一起。近年的统计资料表明(如表11所示)，由于鸟害所引起的线路故障仅次于闪电雷害和外力破坏，已经占居线路故障总数的第三位。表1-1 2008年至2010年各区域电网线路涉鸟跳闸统计表22单位2008年2009年2010年合计（次）华北电网28333091东北电网513029110华东电网22121448华中电网23362584西北电网34262686合计158137124403电力系统的鸟害事故严重地影响着电网的安全运行及高压架空输电线路的正常运行，直接关系电网的安全可靠和国民的经济效益。国家电网公司2004年12月17日下发了国家电网
14、2004641号关于印发预防输变电设备事故措施的通知和国家电网公司十八项反措都对防鸟害工作提出了明确的要求，江苏省电力公司国家电网公司十八项反措实施细则明确提出“在鸟害多发地段，新建线路设计时应考虑采取防鸟措施，也可在横担上方增设防鸟装置或采取其他有效的防范措施”。电力杆塔由于鸟类栖息发生的输变电线路事故给国家和人民带来了巨大经济损失的同时，也严重影响了正常的生产、生活秩序，电力系统对线路上鸟害防护工作的重视程度逐年提高。因鸟类引起的输电线路故障多为以下几方面33：（1）鸟的筑巢：鸟类易在输电杆塔顶筑巢，筑巢的材料主要是树枝、植物茎杆，甚至有遗留在杆塔附近的金属丝，当在一定的气候条件下，如阴雨
15、天气、大风，引起受潮的树枝或大风吹落的金属丝接触电线造成接地短路。（2）鸟的粪便：鸟排在绝缘子串上的粪便污秽是一种导电混合体，排在绝缘子串上方的稀粪直接沿瓷裙表面下滑，当稀粪便短路4片以上绝缘子串时，即引起单向接地事故。附着在绝缘子串上的粪便污秽形成的电膜在空气的湿度过高和雨雪天气也会造成污闪事故。（3）鸟类嘴罩掀着的筑巢材料在线路上空或导线之间穿越飞行，可能造成接地和相间短路。（4）鸟成队列起飞引起对横担或相间短路。由于鸟类在不同时间、不同地区有不同的习性和生活规律，加之，现有的电力驱鸟设备性能单一，使得传统驱鸟设备驱鸟效果不理想、对鸟类事故的处理针对性不强。1.2.2.1 国内外电力驱鸟器
16、现状我们人类从鸟类身上得到了启发，学到了很多知识，比如早期欧洲国家用于书写的鹅毛笔，现代的飞机等等，这些都是人类经过对鸟类的长期观察、努力研究所创造出来的。但是鸟类在为我们人类做出贡献的同时也带来了许多危害。这些年以来，人类活动开始扩大，地球生态遭受到了前所未有的破坏，原始森林锐减，鸟类已经很难找到高大的树木筑巢，而高压输电线路的塔杆正好成为鸟类筑巢的首选之地，它们在高压线路及其附近频繁活动，造成了越来越多输电线路的鸟害事故。针对输变电线路上的鸟害问题，世界各国的电力公司采取了一系列相似的防治措施4。相似的防治鸟害的措施同时也带来了大致相同的驱鸟效果。各种措施在短期内都是有一定效果的，然而“适者生存”，和其他生物一样，在自然的选择之下鸟类开始有针对性地进化，这样就使得以前的那些防鸟措施不能发挥应有的效果。所以为了更好地做好防鸟驱鸟工作，本课题在对超声波的驱鸟原理进行研究之后，设计了一种应用于高压输电线路的新型超声波驱鸟器。它利用光电检测的方法，对飞鸟进行探测，再通过软件实现声音的无规律变化，避免了鸟对声音的适应性。1、现行电力驱鸟措施目
