一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，屬于電網(wǎng)防護技術領域，預警系統(tǒng)包括現(xiàn)場的電源單元、信息采集單元、報警單元及用于遠程操控的總服務器，總服務器與信息采集單元、報警單元之間通過無線網(wǎng)絡進行遠程信息傳遞，信息采集單元包括桿塔上的激光探測器和視頻監(jiān)控器、懸掛固定于輸電線路上的超聲波探測器，報警單元包括桿塔上的高音報警器和輸電線路上的聲光報警器。本發(fā)明采用多種傳感器進行綜合信息采集，對于進入危險區(qū)域物體的采集準確性大大加強，將危險排除在發(fā)生之前，對進入危險區(qū)域的物體起到了有效的預警和驅離作用。
【專利說明】
一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于電網(wǎng)防護技術領域，具體涉及一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴大，輸電線路越來越密集，運行環(huán)境日趨復雜，眾多輸電線路橫跨公路、鐵路、橋梁、河流、湖泊以及穿越高山、建筑群等，輸電線路的安全越來越受到各種違章施工、違章建筑、違章樹木、漂浮物以及鳥害等的嚴重威脅。
[0003]全國各地輸電線路受外力破壞事故時有發(fā)生，例如，施工工地現(xiàn)場正處在輸電線路下方或附近，施工器具(主要是吊車、挖掘機、混凝土攪拌車等高大施工機械)在操作過程中，其高挑突出部分有時會進入輸電線路的安全限距內致使線路對其放電，甚至碰掛到輸電線路導致跳閘、停電事故;又如，輸電線路在跨越高速公路時，由于車輛超高，輸電線路缺乏警示標志，導致輸電線路受到破壞;還有一些輸電線路在跨越江河時，大型輪船，挖沙船等設備在漲潮時又未載貨物的情況下從輸電線路下方通過，其超高部分造成輸電線路的破壞。
[0004]針對上述安全隱患，人工檢查和制度限制均不能起到很好的預防作用，一旦輸電線路被損壞，損失將是巨大的，輸電線路潛在的、被外力破壞的危險給輸電線路安全運行帶來嚴重威脅，為了將危險因素控制在破壞發(fā)生之前，需要研制開發(fā)一種輸電線路防外力破壞預警系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明解決了現(xiàn)有輸電線路無法消除潛在威脅的缺點，提供了一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，該預警系統(tǒng)使用多種傳感器對潛在威脅進行預警并發(fā)送報警信息控制報警，報警單元在破壞發(fā)生前消除危險因素，多種傳感器進行相互協(xié)助、相互補充、相互融合，檢測準確度高、威脅遺漏率低，能夠有效進行防外力破壞預警。
[0006]本發(fā)明的具體技術方案是:
[0007]—種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，所述的輸電線路通過間隔設置的桿塔架設在空中，該預警系統(tǒng)包括設置在現(xiàn)場的電源單元、信息采集單元及報警單元，以及用于遠程操控的總服務器，電源單元為信息采集單元和報警單元提供電能供應，總服務器與信息采集單元、報警單元之間通過無線網(wǎng)絡進行遠程信息傳遞，關鍵點是，所述的信息采集單元包括安裝于桿塔上的激光探測器和視頻監(jiān)控器以及懸掛固定于輸電線路上的超聲波探測器，報警單元包括設置在桿塔上的高音報警器及設置在輸電線路上的聲光報警器，激光探測器發(fā)射的激光束與地面平行且將輸電線路覆蓋。
[0008]所述的超聲波探測器為超聲波報警球，超聲波報警球包括圓柱形的金屬外殼及其內部的取電模塊、電源管理模塊、無線通訊模塊、微處理器及超聲波傳感器模塊，微處理器與其他模塊均電連接，金屬外殼兩端面分別設置有使輸電線路穿過的圓孔，超聲波傳感器模塊包括三個超聲波傳感器，金屬外殼沿圓周方向均布設置有三個超聲波發(fā)射孔，三個超聲波傳感器一一對應安裝于三個超聲波發(fā)射孔內側，金屬外殼還設置有能夠向外部發(fā)出聲光信號的報警孔，聲光報警器安裝于報警孔內側。
[0009]所述的電源單元為感應取電結合蓄電池的電源形式，電源單元包括CT感應取能線圈、整流濾波電路、取能功率控制電路、蓄電池充放電管理電路及穩(wěn)壓調節(jié)電路，輸電線路穿過CT感應取能線圈，然后依次經(jīng)過整流濾波電路、取能功率控制電路及蓄電池充放電管理電路后形成對蓄電池的充電電路，蓄電池經(jīng)過蓄電池充放電管理電路和穩(wěn)壓調節(jié)電路后形成蓄電池的放電電路。
[0010]所述的蓄電池為超級電容器或者膠體電池。
[0011]所述的無線網(wǎng)絡為GSM網(wǎng)絡或者3G網(wǎng)絡。
[0012]所述的預警系統(tǒng)還設置有移動終端通過無線網(wǎng)絡與總服務器相連。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過現(xiàn)場布置的多種類傳感器進行危險信息的捕捉采集，涉及激光探測器、超聲波探測器及視頻監(jiān)控器，激光探測器能夠采集金屬類危險物品是否靠近輸電線路，能夠避免金屬類物體對輸電線路的撞擊破壞，但其不能采集非金屬物品的威脅，而超聲波探測器能夠彌補激光探測器的這一漏洞，兩種探測器相互補充、相互協(xié)作，使得進入危險區(qū)域的物品能夠無遺漏地被探測出，多傳感器聯(lián)合檢測的準確率明顯提高，確認威脅后，桿塔上的高音報警器及輸電線路上的聲光報警器啟動并將危險物品驅離，例如汽車、船、鳥類等，最終達到危險因素遠離報警區(qū)域的目的，操作人員通過視頻監(jiān)控器能夠查看到現(xiàn)場的具體情況，可以將探測失誤率徹底降為零，避免了預警系統(tǒng)中信息采集單元的失效。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明中預警系統(tǒng)的結構示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明中超聲波探測器的結構示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明中預警系統(tǒng)的工作原理示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明中電源單元的工作原理示意圖。
[0018]附圖中，1、輸電線路，2、桿塔，3、總服務器，4、激光探測器，5、高音報警器，6、視頻監(jiān)控器，7、超聲波探測器，701、金屬外殼、702、超聲波傳感器，703、超聲波發(fā)射孔，704、聲光報警器，705、報警孔，8、激光束，9、CT感應取能線圈，10、整流濾波電路，11、取能功率控制電路，12、蓄電池充放電管理電路，13、穩(wěn)壓調節(jié)電路，14、蓄電池，15、移動終端。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明涉及一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，所述的輸電線路I通過間隔設置的桿塔2架設在空中，該預警系統(tǒng)包括設置在現(xiàn)場的電源單元、信息采集單元及報警單元，以及用于遠程操控的總服務器3，電源單元為信息采集單元和報警單元提供電能供應，總服務器3與信息采集單元、報警單元之間通過無線網(wǎng)絡進行遠程信息傳遞，所述的信息采集單元包括安裝于桿塔2上的激光探測器4和視頻監(jiān)控器6以及懸掛固定于輸電線路I上的超聲波探測器7，報警單元包括設置在桿塔2上的高音報警器5及設置在輸電線路I上的聲光報警器704，激光探測器4發(fā)射的激光束8與地面平行且將輸電線路I覆蓋。
[0020]具體實施例，如圖1至圖4所示，現(xiàn)有的感應取電都是采用直接供能或者間接供能的方式，由于輸電線路I上電流大小變化幅值大，直接供能不能很好地保證預警系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，而間接供能控制電路復雜，電池頻繁充放電可靠性差，因此，本發(fā)明中采用了專門設計的組合式的供能方式，當母線負載電流足夠時，采用電磁感應直接供能，同時保持蓄電池14充滿電，當電流不足或者停電等狀態(tài)時，采用蓄電池14供電為主的方式，電源單元為感應取電結合蓄電池14的電源形式，蓄電池14為超級電容器或者膠體電池，電源單元包括CT感應取能線圈9、整流濾波電路10、取能功率控制電路11、蓄電池充放電管理電路12及穩(wěn)壓調節(jié)電路13，電源中涉及的各個電路均采取現(xiàn)有的電路形式，輸電線路I穿過CT感應取能線圈9使其感應出電壓，然后依次經(jīng)過整流濾波電路10、取能功率控制電路11及蓄電池充放電管理電路12對蓄電池14進行充電，蓄電池14經(jīng)過蓄電池充放電管理電路12進行放電，然后經(jīng)過穩(wěn)壓調節(jié)電路13向用電單元供電，該電源單元共有三種狀態(tài)。狀態(tài)1:輸電線路上電流很小，不足以使電源單元中的電路工作，電源單元處于未啟動狀態(tài)，不對負載輸出電壓和功率;狀態(tài)2:輸電線路上電流足夠大，甚至非常大時，此時取能功率控制電路11控制取能的功率，在儲能電路儲滿能量后，取得的功率與負載消耗的功率相等，嚴格限制多余的能量進入電路，保護電路正常工作;狀態(tài)3:輸電線路I上電流能夠使裝置啟動工作，但取得的能量小于負載的功率時，電路處于斷續(xù)工作狀態(tài);該電源單元中的取電電路以最大效率取能，并為儲能電路充電，在儲能電路儲滿能量之前，先不對負載輸出電壓和功率，當儲能電路儲滿能量后，再對負載供電，當電源單元處于未開啟狀態(tài)時，儲能電路即蓄電池14能夠對負載進行供電，保證電源單元對負載的不間斷供電。
[0021]信息采集單元和報警單元均通過無線網(wǎng)絡與總服務器3進行信息傳遞，無線網(wǎng)絡為GSM網(wǎng)絡或者3G網(wǎng)絡，預警系統(tǒng)還設置有移動終端15通過無線網(wǎng)絡與總服務器3相連，移動終端15選擇為手機，操作人員通過移動終端15可以對總服務器隨時隨地進行控制，激光探測器4的應用是基于脈沖式激光測距的，激光探測器4安裝于桿塔2上，其保護對象為至下一個桿塔2之間的輸電線路1，激光探測器4發(fā)射的激光束8能夠將輸電線路I整體覆蓋，輸電線路I處于激光束8的包圍之中，當有金屬物體闖入輸電線路I周圍產(chǎn)生的強電磁場中時，輸電線路I周圍的電磁場會發(fā)生變化，激光探測器4中的激光檢測電路發(fā)射激光束8，并采樣、檢測該磁場強度的變化，實現(xiàn)對金屬物體的探測與識別，其原理為激光的多普勒效應，激光探測器4將采集到的磁場強度信息發(fā)送至總服務器3進行分析并判斷是否有金屬物體進入輸電線路I周圍激光束8覆蓋的探測區(qū)域，如果有，則報警單元中的高音報警器5在桿塔2周圍進行高音報警，聲光報警器704在輸電線路I周圍進行聲音和閃光報警，該種激光探測器的使用壽命長、耗電量小，探測漏報率低，可以探測的跨度范圍達到500米左右，但是其不能捕捉非金屬物體進入輸電線路I周圍的情況。
[0022]超聲波探測器7為超聲波報警球，超聲波報警球包括圓柱形的金屬外殼701及其內部的取電模塊、電源管理模塊、無線通訊模塊、微處理器及超聲波傳感器模塊，微處理器與其他模塊均電連接，金屬外殼701兩端面分別設置有使輸電線路穿過的圓孔，超聲波傳感器模塊包括三個超聲波傳感器702，金屬外殼701沿圓周方向均布設置有三個超聲波發(fā)射孔703，三個超聲波傳感器702—一對應安裝于三個超聲波發(fā)射孔703內側，金屬外殼701還設置有能夠向外部發(fā)出聲光信號的報警孔705，聲光報警器704安裝于報警孔705內側，圓弧形外殼設計確保幾乎不影響輸電線路I周圍高壓電場的分布，也不會產(chǎn)生電暈放電，超聲波報警球以超聲波測距為檢測原理，連續(xù)測量周圍物體到球體的距離，三個超聲波傳感器702均勻分布在圓柱形金屬外殼701的圓周上，每兩個之間的夾角為120度，三個超聲波傳感器能夠覆蓋金屬外殼701周圍360度范圍，一旦有物體到球體的距離小于設定的距離值時，超聲波報警球中的聲光報警器就會發(fā)出閃光和聲音報警信號，而且還會將該報警信息發(fā)送至總服務器3中，桿塔2上的高音報警器5也能夠在桿塔2周圍發(fā)出高音報警，超聲波探測器7的探測距離較短，但其抗干擾能力強，其結合激光探測器4可以形成一個相互補充的信息采集單元，保證了危險靠近時采樣的可靠性。
[0023]視頻監(jiān)控器6安裝于桿塔2上，其通過報警啟動或者遠程啟動，為節(jié)省功耗，其平時處于待機狀態(tài)，當檢測到有物體進入靠近輸電線路I周圍區(qū)域時，視頻監(jiān)控器6被啟動，拍攝現(xiàn)場的照片或者視頻，然后與報警信息一起被發(fā)送至總服務器3，用于為操作人員提供現(xiàn)場的圖像信息，該視頻監(jiān)控器6也可以通過總服務器3遠程啟動，用于遠程查看線路現(xiàn)場的情況。
[0024]高音報警器5選用高音喇叭報警器，高音喇叭報警器安裝于桿塔2上，其由報警啟動，也可以通過總服務器3遠程控制啟動，由于總服務器3還連接有遠程終端15通過GSM/GPRS進行控制，因此，該高音喇叭報警器還可以直接通過遠程終端15進行喊話，提醒現(xiàn)場與危險物體相關人員注意遠離輸電線路I，對于危險區(qū)域內物體的驅離效果會更好。
[0025]在異物入侵的檢測技術中，激光和超聲波都有廣泛的應用，在輸電線路I防外力破壞的實踐中，這兩種方法又各有優(yōu)缺點，正好可以相互補充，實現(xiàn)更可靠的防外力破壞預警。原因如下:I)利用激光檢測輸電線路磁場變化的方法僅對進入保護區(qū)域的超高金屬物體有效，無法對非金屬物體進行檢測，而超聲波測距則不受物體是否為金屬的影響;2)超聲波探測的最大距離不超過15米，超聲波報警能夠保護的沿線路方向的長度不大于15米，相對于200米?400米的線路檔距來說，該保護范圍有限，其正好可以通過激光探測方法進行彌補。
[0026]本發(fā)明針對輸電線路I的安全問題，為其提供了安全可靠及時的防外力破壞手段，同時，極大地克服了輸電線路I防外力破壞只能靠傳統(tǒng)人工巡線等手段的弊端，提高了輸電線路I防護的信息化和智能化水平，本發(fā)明提出基于多傳感器融合技術的輸電線路I監(jiān)測理念，采用安裝于桿塔2中部的激光探測器4、視頻監(jiān)控器6及直接安裝于輸電線路I上的超聲波探測器7進行危險信息的采集并進行整體融合，當探測到有外物進入報警區(qū)域時，啟動視頻監(jiān)控器6和高音報警器5，在進行警示驅離的同時，對現(xiàn)場進行拍照取證，超聲波探測器7探測到外物入侵后，立即啟動聲光報警器704，也可觸發(fā)安裝于桿塔2上的視頻監(jiān)控器6和高音報警器5，實施聯(lián)動報警，阻止外破的進一步發(fā)生，本發(fā)明能夠有效地對輸電線路I進行監(jiān)測，提高了輸電線路I防護的智能化和信息化水平。
【主權項】
1.一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，所述的輸電線路(I)通過間隔設置的桿塔(2)架設在空中，該預警系統(tǒng)包括設置在現(xiàn)場的電源單元、信息采集單元及報警單元，以及用于遠程操控的總服務器(3)，電源單元為信息采集單元和報警單元提供電能供應，總服務器(3)與信息采集單元、報警單元之間通過無線網(wǎng)絡進行遠程信息傳遞，其特征在于:所述的信息采集單元包括安裝于桿塔(2)上的激光探測器(4)和視頻監(jiān)控器(6)以及懸掛固定于輸電線路(I)上的超聲波探測器(7)，報警單元包括設置在桿塔(2)上的高音報警器(5)及設置在輸電線路(I)上的聲光報警器(704)，激光探測器(4)發(fā)射的激光束(8)與地面平行且將輸電線路(I)覆蓋。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，其特征在于:所述的超聲波探測器(7)為超聲波報警球，超聲波報警球包括圓柱形的金屬外殼(701)及其內部的取電模塊、電源管理模塊、無線通訊模塊、微處理器及超聲波傳感器模塊，取電模塊經(jīng)過電源管理模塊后與其他模塊電連接，微處理器與其他模塊均電連接，金屬外殼(701)兩端面分別設置有使輸電線路穿過的圓孔，超聲波傳感器模塊包括三個超聲波傳感器(702)，金屬外殼(701)沿圓周方向均布設置有三個超聲波發(fā)射孔(703)，三個超聲波傳感器(702)—一對應安裝于三個超聲波發(fā)射孔(703)內側，金屬外殼(701)還設置有能夠向外部發(fā)出聲光信號的報警孔(705)，聲光報警器(704)安裝于報警孔(705)內側。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源單元為感應取電結合蓄電池(14)的電源形式，電源單元包括CT感應取能線圈(9)、整流濾波電路(10)、取能功率控制電路(11)、蓄電池充放電管理電路(12)及穩(wěn)壓調節(jié)電路(13)，輸電線路(I)穿過CT感應取能線圈(9)，然后依次經(jīng)過整流濾波電路(10)、取能功率控制電路(11)及蓄電池充放電管理電路(12)后形成對蓄電池(14)的充電電路，蓄電池(14)經(jīng)過蓄電池充放電管理電路(12)和穩(wěn)壓調節(jié)電路(13)后形成蓄電池的放電電路。4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，其特征在于:所述的蓄電池(14)為超級電容器或者膠體電池。5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線網(wǎng)絡為GSM網(wǎng)絡或者3G網(wǎng)絡。6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多傳感器融合技術的輸電線防破壞預警系統(tǒng)，其特征在于:所述的預警系統(tǒng)還設置有移動終端(15)通過無線網(wǎng)絡與總服務器(3)相連。
【文檔編號】G08B21/00GK105957298SQ201610363127
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】于建友, 楊景波, 楊松, 劉明, 孫吉成
【申請人】國網(wǎng)吉林省電力有限公司白山供電公司, 國家電網(wǎng)公司