一种用于架空输电线路的多激光雷达阵列监控方法与流程

本发明涉及输电线路监控领域，具体是一种用于架空输电线路的多激光雷达阵列监控方法。

背景技术：

架空输电线路是电力传输的重要设备，是电力系统稳定运行的重要保证。其主要特点是分布地域广、环境复杂，一旦发生故障，将对主网主系统造成严重影响。目前线下违章施工、违章建房、违章植树等外力破坏是导致输电线路跳闸的最主要原因，此类事件给架空输电线路运维人员增加了极大的工作量，增加了运营成本，降低了生产效率，因此如何提前发现外力破坏的隐患，第一时间向外力破坏实施者发出警告，第一时间通知运维人员，从而将外力破坏行为及时制止成为了一个重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种用于架空输电线路的多激光雷达阵列监控方法，采用多阵列激光雷达阵列进行实时监控，实现对架空输电线路进行实时监控，并且能够第一时间向外力破坏实施者发出警告，第一时间通知运维人员，从而将外力破坏行为及时制止。

本发明采用如下的技术方案：

一种用于架空输电线路的多激光雷达阵列监控方法，多激光雷达阵列包括光学镜头组、激光发射和接收系统及数据处理系统；

光学镜头组作用是杂散光消除和户外环境防尘处理；

激光发射和接收系统包括发射部分和接收部分，发射部分由激光器驱动电路、激光器和激光发射光学系统组成，激光器驱动电路用来驱动激光器产生激光脉冲信号，激光发射光学系统对激光进行整形；接收部分由激光接收光学系统、光电探测器和接收处理电路组成，激光接收光学系统用于对接收的回波整形，光电探测器把光信号转换成电信号，接收处理电路对电信号进行滤波处理，减少后续数据处理单元容错算法的计算量；

数据处理系统负责系统时序控制、数据计算、预警阈值设置功能；

通过整个系统高速扫描对三维场景进行复现，设备将脉冲激光发射并接收反射信号，通过时间差计算出目标物的距离；测量时激光器在高速旋转过程中不断重复发射和接收激光脉冲，从而得到一组组不同角度下目标物距离数据，在Z轴方向采用频分复用的方式同时有多条光线扫描，实现对三维场景的复现，并不断的进行更新，当该场景内有任何物体位置、角度发生变化时，被捉并定位。

进一步，采用一个转镜在空间对激光光束方向和接收视场方向同时进行二维扫描，配合多激光束实现三维空间扫描。

进一步，所述转镜采用16个反射面构成的不规则圆柱体。

进一步，对场景物体捕捉定位具体实现步骤如下：

步骤一、在高压线铁塔上，距离高压线下方任意的位置安装由光学镜头组、激光发射和接收系统组成的智能探测器，智能探测器在距离高压线下方任意的空间上实时的进行探测，智能探测器发射多频率多角度激光，监测回波反射时间；当有投影长度大于规定尺寸的物体进入到探测区，系统锁定目标位置；

步骤二、数据处理系统对智能探测器探测的实时数据进行分析、判定；如判定为有物体侵入到探测区，控制夜视仪对入侵目标进行跟踪；

步骤三、数据处理系统控制智能语音警告器播放警告语音；

步骤四、将夜视仪抓拍的图片或视频通过无线通信模块传输到运检指挥中心后台或移动作业终端设备。

进一步，步骤一中当有投影长度大于20cm的物体进入到探测区，系统锁定目标位置。

进一步，所述无线通信模块设有多模通信单元，包括但不局限于3G通信单元、4G通信单元、WIFI单元中的任一种或任意组合。

进一步，所述3G通信单元至少为WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA中的任一种或其任意组合。

进一步，所述4G通信单元至少为TD-LTE、FDD-LTE中的任一种或其任意组合。

本发明用于架空输电线路的多激光雷达阵列监控方法，多激光雷达阵列包括光学镜头组、激光发射和接收系统及数据处理系统，采用多激光雷达阵列，对架空输电线路高压线以下空间进行分层扫描，监测架空输电线路附近空间是否有人员、车辆、植被等可能导致架空输电线路破坏的物体。通过采用多激光阵列对架空输电线路周围空间进行三维立体扫描，当架空输电线路附近空间有外物入侵时，多激光雷达阵列将在第一时间监测到入侵物体，并能精确监测入侵物体实际外观、尺寸及距输电线路实际距离，确保了对架空输电线路外物入侵监测的实时性与准确性。将这些实时数据反馈给智能分析系统，实现对架空输电线路外物入侵的实时预警功能。

进一步，用4G及无线WIFI技术等实时传输，实现对架空输电线路进行实时监控，并且能够第一时间向外力破坏实施者发出警告，第一时间通知运维人员，从而将外力破坏行为及时制止，从而将外力破坏行为及时制止。。

本发明还具有以下优点：

1.多激光雷达阵列扫描具有高实时性，响应时间小于500ms。

2.多激光雷达阵列可对架空输电线路周围空间进行三维立体扫描，可精确监控架空输电线路入侵物体的外观、尺寸及距离输电线路实际距离等，确保监控效果的精确性。

3.根据激光功率不同，可配置检测距离，最大监测半径可达1km。

4.多激光雷达阵列通过激光技术进行三维立体扫描，环境适应能力强，可在大雾、雨雪等天气环境下正常工作。

5.采用1550nm红外激光，监测隐蔽，防恶意破坏能力强。

【附图说明】

图1是多激光雷达阵列的监测结构示意图

图2是激光扫描示意图

图3是发射光学示意图

图4是扇形区域扫描示意图

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，多激光阵列监控结构主要由光学镜头组、发射和接收、数据处理系统三大部分组成。光学镜头组作用是杂散光消除和户外环境防尘处理。发射部分主要由激光器驱动电路、激光器和激光发射光学系统组成。激光器驱动电路用来驱动1550nm光纤激光器产生激光脉冲信号，激光发射光学系统的作用是对激光进行整形。接收部分主要由激光接收光学系统、光电探测器和接收处理电路组成。激光接收光学系统的作用是回波整形，光电探测器是把光信号转换成电信号，接收处理电路对电信号进行信号处理。

数据处理系统负责系统时序控制、数据计算、预警阈值设置等系统级功能。

通过整个系统高速扫描对三维场景进行复现，设备将脉冲激光发射并接收反射信号，通过时间差计算出目标物的距离；测量时激光器在高速旋转过程中不断重复发射和接收激光脉冲，从而得到一组组不同角度下目标物距离数据，在Z轴方向采用频分复用的方式同时有多条光线扫描，实现对三维场景的复现，并不断的进行更新，当该场景内有任何物体位置、角度发生变化时，被捉并定位。

采用一个转镜在空间对激光光束方向和接收视场方向同时进行二维扫描，配合多激光束可实现三维空间扫描。多激光阵列具有扫描速度快、扫描视场大和精度高等优点。转镜采用16个面构成的不规则圆柱体，根据精度和速度要求也可设计成更多反射面构成的圆柱体，每个面镀反射膜，每个面与中心轴的夹角可单独设计，方便后续计算及空间精度分布，转镜的主要结构如图2所示。

1550nm光纤激光器发光面在垂直方向的长度为L，激光器输出光束在平行方向的发散角为θ，垂直于结平面方向的发散角为α，整个发射光学系统的物方焦距为f，激光器的发光面位于整个发射光学系统的焦点上，如图3所示。

如图4所示，在扇形区域进行扫描；在某个角度位置，通过测算目标物光波反射回来的时间差，来准确的计算目标物距离远点的距离，从而实现精准定位。

对场景物体捕捉定位具体实现步骤如下：

步骤一、在高压线铁塔上，距离高压线下方任意的位置安装由光学镜头组、激光发射和接收系统组成的智能探测器，智能探测器在距离高压线下方任意的空间上实时的进行探测，智能探测器发射多频率多角度激光，监测回波反射时间；当有投影长度大于20cm的物体进入到探测区，系统锁定目标位置；

步骤二、数据处理系统对智能探测器探测的实时数据进行分析、判定；如判定为有物体侵入到探测区，控制夜视仪对入侵目标进行跟踪；

步骤三、数据处理系统控制智能语音警告器播放警告语音；

步骤四、将夜视仪抓拍的图片或视频通过无线通信模块传输到运检指挥中心后台或移动作业终端设备。

进一步，所述无线通信模块设有多模通信单元，包括但不局限于3G通信单元、4G通信单元、WIFI单元中的任一种或任意组合；所述3G通信单元至少为WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA中的任一种或其任意组合。

所述4G通信单元至少为TD-LTE、FDD-LTE中的任一种或其任意组合。