基于数据融合算法的GIS防尘棚环境智能监控系统
技术领域
本发明属于GIS安装环境环境参数的信息管理、监测网络、和智能监控技术领域，尤其涉及一种基于数据融合算法的GIS防尘棚环境智能监控系统。

背景技术
随着大电网的建设，电压等级越来越高。目前已经达到500kV、220kV等电压等级。而电压等级越高，GIS设备闪络故障率越高。电力GIS放电闪络故障是GIS故障的主要因素，发生该现象的原因往往是GIS安装过程中环境清洁度低，空气湿度大。尘埃粒子杂物等进入GIS设备内部从而导致放电闪络。
因此现有技术规范规定了GIS设备安装过程中，温湿度、尘埃粒子个数、压差值必须满足一定指标。所以，实现对GIS安装环境的监控，对GIS安装过程中及时发现环境是否达标、安装是否合规以及后续的环境调控具有重要意义。

发明内容
为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种基于数据融合算法的GIS防尘棚环境智能监控系统，实现GIS安装环境温湿度、尘埃颗粒个数、压差值的高质高效监控与管理，适用于各种等级GIS安装环节中。
包括分散式环境监测点阵、中央处理单元、新风系统控制单元、GIS棚环境监测终端。环境监测单元通过内置的温湿度传感器、颗粒度传感器、压差计采集环境信息，所采集的数据通过通讯模块传送至中央处理单元。中央处理单元经过融合处理后，将数据传送至位于防尘棚棚体内的本地显示终端并通过远程通讯模块传送至远程显示显示终端。用户能够实时清晰的得知防尘棚棚体内的实时情况。将数据传送至位于棚外的新风系统控制单元，实现对新风系统的自动控制。满足对GIS安装棚内部环境监测控制的需要以及智慧工地远程监控的需求。
其具体采用以下技术方案：
一种基于数据融合算法的GIS防尘棚环境智能监控系统，其特征在于：在GIS防尘棚内设置由多个颗粒度传感器构成的分散式环境监测点阵；
针对颗粒度传感器的误差，将所有颗粒度传感器当中的采集到的颗粒度数据进行数据融合，以监控棚内的颗粒度数量。
进一步地，所述将所有颗粒度传感器当中的采集到的颗粒度数据进行数据融合，以监控棚内的颗粒度数量的具体步骤为：
步骤S1：颗粒度传感器数值模糊化：
设分散式环境监测点阵共有n个颗粒度传感器，某一时刻第i个颗粒度传感器所采集到的颗粒度数值为Xi
，各个颗粒度传感器相互独立互不干扰，求得在该时刻，所有颗粒度传感器采集到的颗粒度数值的平均值：

则在该时刻，第i个颗粒度传感器所采集的数值标准方差为：

颗粒度传感器的模糊隶属函数选择为三角型，将第i个颗粒度传感器的采集数值作为三角形中心，将四倍标准方差作为三角形的范围，在该时刻，第i个颗粒度传感器采集的模糊数值为：
Ai
＝{A1i
,A2i
,A3i
}＝{Xi
-2σ2
，Xi
，Xi
+2σ2
}；
步骤S2：各颗粒度传感器数值权重计算：
根据模糊数的距离计算公式：

求得第i个颗粒度传感器与第j个颗粒度传感器的模糊数距离，从而列出所有颗粒度传感器与其他颗粒度传感器的模糊数距离矩阵：

取模糊距离的倒数为真实度：

则真实度矩阵为：

则一个颗粒度传感器在所有颗粒度传感器的权重由下式求得：

步骤S3：根据权重计算最符合的传感器数值：
在求得各个颗粒度传感器的权重后，则由：
X＝α1
X1
+α2
X2
+…+αn
Xn

求得在该时刻，最接近真实值的颗粒度传感器数值。
进一步地，所述分散式环境监测点阵通过ZigBee模块连接MCU；所述MCU连接新风系统；当棚内的颗粒度数量超出预设的阈值时，启动新风系统。
进一步地，在GIS防尘棚内还设置有温度传感器、湿度传感器和压差计，分别经信号调理滤波电路和ZigBee模块连接MCU。
进一步地，所述MCU经NB-IOT模块利用基站与物联网云平台建立连接和数据通信。
进一步地，所述MCU连接有声光报警模组、棚内点阵显示屏和棚外点阵显示屏。
进一步地，采用太阳能电池板和蓄电池供电。
进一步地，所述分散式环境监测点阵由多个环境监测单元组成，每一所述环境监测单元包括颗粒度传感器、温度传感器、湿度传感器、压差计、蓄电池、控制板和短距离收发天线；所述控制板上设置有一个信号处理滤波电路和一个ZigBee模块。
进一步地，所述控制板通过ZigBee模块连接中央处理单元；所述MCU设置在中央处理单元上，中央处理单元上还设置有一个ZigBee模块、一个电源模块和一个NB-IOT模块。
进一步地，所述新风系统的控制单元包括一个ZigBee模块、一个单片机和一个红外线发射模块；所述单片机对所接收到的信息进行判断，选择新风系统设置信号通过红外线发射模块对新风系统进行设置；
还设置有GIS棚环境监测终端，由本地监测终端以及远程监测终端组成；
所述本地监测终端对于接收到中央处理单元的数据进行判别，并控制声光报警模组是否工作，以及棚内外点阵显示屏的数据显示；以及将融合后的环境信息通过NB-IOT与基站通讯的方式，将数据传输至物联网云平台；通过物联网云平台连接远程监测终端，实现GIS安装棚棚内环境远距离实时监测。
与现有技术相比，本发明及其优选方案具有以下有效效果：通过分散式环境监测点阵中多个低成本的颗粒度传感器以及基于模糊算法的数据融合算法，推算出更符合实际情况的颗粒度个数。逼近高端颗粒度传感器的性能，大大降低了成本。与此同时，通过对环境中多个探测点的探测也更符合棚内的实际情况，增强了数据可信度。
可以通过红外线发射模块对新风系统进行控制，实现测量、控制、反馈的闭环控制系统。能让GIS防尘棚更加快速节能的达到施工要求。
进一步还可以通过物联网云平台实现低成本的远程监控功能，在声光报警显示单元中通过采用DB9一拖二的方式、减少点阵显示屏驱动的数量，降低了成本。

附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例GIS防尘棚内各模块布局图；
图中：1-防尘棚棚体，2-环境监测单元，3-中央处理单元，4-声光报警显示单元，5-棚内点阵显示屏，6-棚外点阵显示屏，7-天线，8-声光报警模组，9-新风系统，10-新风系统控制单元。
图2是本发明实施例环境监测单元的电路结构图；
图3是本发明实施例中央处理单元的电路结构图；
图4是本发明实施例本地监测终端的电路结构图；
图5是本发明实施例新风系统控制单元的电路结构图；
图6是本发明实施例完整系统流程示意图。

具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
如图1-图6所示，本实施例提供的基于数据融合算法的GIS防尘棚环境智能监控系统，其主要设计包括：
分散式环境监测点阵的各个环境监测单元2通过内置的温湿度传感器、颗粒度传感器、压差计采集环境信息，所采集的数据通过通讯模块传送至中央处理单元3。中央处理单元3经过融合处理后，将数据传送至位于防尘棚棚体1内的本地检测终端并通过远程通讯模块传送至远程显示终端。实现棚内环境的实时智能监测。将数据传送至位于防尘棚棚体1外的新风系统控制单元10，通过红外线控制新风系统9对防尘棚棚体1内的环境进行调控。
具体地，在本实施例中：
分散式环境监测点阵，由多个环境监测单元2组成，环境监测单元2由外壳、温湿度传感器、颗粒度传感器、压差计、太阳能充电板、蓄电池、控制板、短距离收发天线7组成。控制板由信号处理滤波电路、ZigBee模块、其他外围附属电路组成。
中央处理单元3，由ZigBee模块、电源模块、单片机、NB-IOT模块、其他外围附属电路组成。其中中央处理单元3对分散式环境监测点阵获取的颗粒度个数进行基于模糊算法的数据融合。
新风系统控制单元10，由ZigBee模块、单片机、红外线发射模块及其他外围附属电路组成。其中单片机对所接收到的信息进行判断，选择最合适的新风系统设置信号通过红外线发射模块对新风系统9进行设置。
GIS棚环境监测终端，：由本地监测终端以及远程监测终端组成，本地监测终端对于接收到中央处理单元3的数据，进行判别并控制声光报警模组8是否工作，以及棚内外点阵显示屏的数据显示。将融合后的环境信息通过NB-IOT与基站通讯的方式，将数据传输至物联网云平台。在物联网云平台开发远程监测终端，实现GIS安装棚棚内环境远距离实时智能监测。
在本实施例中，分散式环境监测点阵由8个环境监测单元2组成。
首先环境监测单元2开始工作，采集当前时间点防尘棚内部的温湿度、压差值、颗粒度数值。并将其打包好通过ZigBee通讯将数据传送给中央处理单元3。
中央处理单元3在接收到分散式环境监测点阵所采集到的数据后，对颗粒度数值建立模糊算法的数据融合模型，推算出目前空间最合理的颗粒度数值。
采用的模糊算法的数据融合模型，主要设计如下：
①颗粒度传感器数值模糊化
设分散式环境监测点阵共有n个环境监测单元2，某一时刻第i个颗粒度传感器所采集到的颗粒度数值为Xi
，各个颗粒度传感器相互独立互不干扰，可以求得在该时刻，所有颗粒度传感器采集到的颗粒度数值的平均值：

则在该时刻，第i个颗粒度传感器所采集的数值标准方差为：

防尘棚内影响颗粒度数值的因素众多，从而导致不同位置的颗粒度传感器往往与真实颗粒度数值存在一定误差，这些因素往往无法量化、但可以肯定的是，所有的颗粒度数值均会靠近真实颗粒度数值。因此，与真实颗粒度数值数值差越大的传感器，与其他点阵传感器的数值差也越大。因此，颗粒度传感器的模糊隶属函数选择为三角型，将第i个颗粒度传感器的采集数值作为三角形中心，将四倍标准方差作为三角形的范围，因此可以写出在该时刻，第i个颗粒度传感器采集的模糊数值为:
Ai
＝{A1i
,A2i
,A3i
}＝{Xi
-2σ2
，Xi
，Xi
+2σ2
}
②各颗粒度传感器数值权重计算
在获得各个颗粒度传感器的模糊数值后，因为所有的颗粒度数值均在真实数值附近，与真实颗粒度越远的颗粒度传感器，与其他颗粒度传感器的距离也会越远，因此衡量一个颗粒度传感器的数值是否有较高的真实度，可以从该颗粒度传感器与其他传感器的相似度来衡量。当颗粒度传感器的数值与其他的颗粒度传感器数值越接近，则代表该颗粒度传感器与之更相似。
根据模糊数的距离计算公式：

可以求得第i个颗粒度传感器与第j个颗粒度传感器的模糊数距离，从而可以列出所有颗粒度传感器与其他颗粒度传感器的模糊数距离矩阵:

衡量一个颗粒度传感器数值的真实度，可以从该颗粒度传感器数值与所有颗粒度传感器的距离得知，当该数值越真实，则与所有颗粒度传感器数值的距离越小，为了方便运算，取模糊距离的倒数为真实度：

则真实度矩阵为：

则一个颗粒度传感器在所有颗粒度传感器的权重可由下式求得：

③根据权重计算最符合的传感器数值
在求得各个颗粒度传感器的权重后，则可以由：
X＝α1
X1
+α2
X2
+…+αn
Xn

求得在该时刻，最接近真实值的颗粒度传感器数值。
中央处理单元3通过ZigBee模块将数据传送给本地监测终端，本地监测终端在接收到防尘棚环境数据后，判断数据是否达到安全数值。如果数据超出安全数值，则控制声光报警模组8报警，并在声光报警显示单元4上进行提示。同时，防尘棚环境数据传送到棚内点阵显示屏5和棚外点阵显示屏6显示。
中央处理单元3通过ZigBee模块将数据传送给新风系统控制单元10，新风系统控制单元10在接收到防尘棚环境数据后，根据测量到的环境参数，如果湿度高于一定阈值，控制新风系统开启除湿功能，如果温度高于一定阈值，保存当前温度，并调低新风系统温度等级，经过一段时间重新测量并比较保存的温度，如果温度依然高于一定阈值且温度变化低于一定阈值，则继续降低新风系统温度等级直至最低级。如果温度低于一定阈值，则保存当前温度，调高新风系统温度等级，经过一段时间重新测量并比较保存的温度，如果温度依然低于于一定阈值且温度变化低于一定阈值，则继续提高新风系统温度等级直至完全关闭空调功能。如果颗粒度参数高于一定阈值，则控制新风系统的通风等级。
中央处理单元3通过NB-IOT模块将数据通过基站传送给物联网云平台，在物联网云平台上开发的远程监测显示终端将实时远程显示GIS防尘棚内部环境状态，并实时保存环境状态数据，生成每日环境状态报表。
本实施例的具体工作流程参照图6。
本领域技术人员根据本实施例的记载可以结合本领域公知常识进行改进调整或简化，比如，分散式环境监测点阵的最简设计应当是仅包含颗粒度传感器及对应的通信模块即可，温湿度传感器和压差计等属于实现发明目的的次要结构。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于数据融合算法的GIS防尘棚环境智能监控系统，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

GIS防尘棚厂家请联系：黄生 135-70963007

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