输电线路防外力破坏激光对射监测预警装置的制作方法

本发明涉及输电线路保护装置技术领域，尤其涉及输电线路防外力破坏激光对射监测预警装置。

背景技术：

随着城市建设规模的不断扩大，城市电力建设投入的资金越来越多，随之而来的输电线路隐患也越来越多，其中当属外力破坏隐患最为突出，如吊车、水泥泵车、自卸车和打桩机等大型机械在电力线路保护区和高压线路下活动频繁。

为了防止输电线路遭受外力破坏，输电运检室除安排正常的巡视外，组织防外破特巡人员，到线下大型机械施工现场对工具车司机进行危险点告知，与施工方签订高压线路下施工作业协议书等，这就导致电力公司耗费了巨大的人力物力用于预防各种可能的外力破坏，但还是由于施工时间的不确定性以及盯守人员盯守时间的局限性，外力破坏现象时有发生。

专利号为201320764806.9的专利公开了一种电力装置，包括有磁场感应器、声光振动告警器、中心控制处理器及供电单元模块，所述的磁场感应器，声光振动告警器分别与中心控制处理器相连，供电单元模块给中心控制处理器、磁场感应器及声光振动告警器供电。该实用新型的电力防护告警设备，该设备用于电力施工的人员一旦进入电力非安全区域，该设备探测到的磁场达到一定的范围，则对佩戴该设备的施工人员作出震动、声音等告警提醒注意安全。

然而上述方案中的告警功能较为单一，而且警示方式不够醒目，为了电力线路的便捷安全，需要一种安全便利、醒目高效的新式监测预警装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供输电线路防外力破坏激光对射监测预警装置，它利用激光探测原理和智能视频识别技术，可以在输电线路即将遭受外力破坏时，实现智能预判与醒目预警，防止危险事故的发生，起到综合性的保护、监测、报警功能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：输电线路防外力破坏激光对射监测预警装置，包括供电单元以及分别与所述供电单元连接的控制单元、监测预警单元，所述监测预警单元与所述控制单元之间连接通信单元；所述控制单元包括相互连接的电路控制单元与分析控制单元，所述监测预警单元包括视频监控单元、预警单元和探测单元，所述预警单元包括警示灯单元、高频功放单元和激光对射预警装置；所述电路控制单元与所述监测预警单元连接；所述探测单元包括激光探头和红外探测器，所述预警单元分别与所述视频监控单元、所述探测单元连接，所述红外探测器与所述视频监控单元连接。

进一步地，所述供电单元采用光伏充电式，包括太阳能电池板、高能蓄电池以及分别与两者连接的光电转换电路，所述光电转换电路外围设置抗强光涂层，所述供电单元上设置充电指示灯。

进一步地，所述电路控制单元包括数据寄存器、数据存储器、音频放大电路、数模转换电路、滤波电路和usb接口电路。

进一步地，所述分析控制单元包括单片机控制器以及与所述单片机控制器连接的数据采集卡、网络数据库连接器，对所述监测预警单元的视频数据、探测数据进行分析对比，并对所述预警单元进行启停控制；所述数据采集卡的输入端与所述探测单元、所述预警单元和所述视频监控单元连接，所述数据采集卡的输出端与所述网络数据库连接器连接，所述网络数据库连接器通过通信单元连接电力gis网络服务器。

进一步地，所述视频监控单元包括视频图像采集存储单元、后台控制移动装置、图像采集压缩编码单元，所述后台控制移动装置包括全角度移动云台。

进一步地，所述高频功放单元包括高音响喇叭以及分别与所述高音响喇叭连接的定向拾音器和音频采集存储模块。

进一步地，所述激光对射预警装置包括一组或多组高频激光发射管和高频激光接收器，所述高频激光发射管的数量和所述高频激光接收器的数量一一对应。

进一步地，所述激光探头包括激光探头控制器以及分别与所述激光探头控制器连接的报警数据存储器、激光测距模块、激光数据显示模块。

进一步地，所述红外探测器包括高精度红外测量装置以及与所述高精度红外测量装置连接的红外微波传感模块，所述红外微波传感模块包括热释电传感器。

进一步地，所述通信单元包括有线通信单元和无线通信单元，无线通信单元包括远程无线单元和局域无线单元，所述远程无线单元包括4g通信终端。

本发明的有益效果在于：

1、本发明装置专门针对现阶段防止外力破坏的重难点进行设计，采用了红外、激光、图像等技术组成，探测高压输电线路可能将要发生的外力破坏事件，由控制单元整合分析监测数据，提前实现预报警和现场对讲警示阻止。

2、本发明能够根据设定，自动计算外物体接近高压线的位置距离，根据不同高压级别线路设定的安全距离参数来确定其危险程度,实现分档报警。

3、本发明采用远程4g通讯、太阳能供电等先进方式，可远距离实现对高压线路长期点位和临时点位的监控，并提供与视频监控联动接口，可以将激光探测与cmos高清拍照监控两者结合使用，在激光探测到超高物体时迅速启动拍照监控，提高监控效能。

4、本发明装置旨在外力破坏发生前进行有效的预防和警示，在防止外力破坏上将具有里程碑式的意义。同时该装置可以很大程度上解放线路巡视和现场盯守人员，节约了电力公司的人力物力资源，值得广泛推广与使用。

附图说明

图1是本发明的整体原理结构图。

图2是本发明的控制单元原理结构图。

图3是本发明的监测预警单元原理结构图。

具体实施方式

实施例一

如图1至图3所示，输电线路防外力破坏激光对射监测预警装置，包括供电单元1以及分别与供电单元连接的控制单元2、监测预警单元4；监测预警单元4与控制单元2之间连接通信单元3；控制单元2包括相互连接的电路控制单元8与分析控制单元9，监测预警单元4包括视频监控单元10、预警单元11和探测单元12，预警单元11包括警示灯单元13、高频功放单元14和激光对射预警装置15；电路控制单元8与监测预警单元4连接；探测单元12包括激光探头16和红外探测器17，预警单元11分别与视频监控单元10、探测单元11连接，红外探测器17与视频监控单元10连接。

供电单元1采用光伏充电式，包括太阳能电池板5、高能蓄电池6以及分别与两者连接的光电转换电路7，光电转换电路外围设置抗强光涂层，供电单元上设置充电指示灯。

电路控制单元8包括数据寄存器18、数据存储器19、音频放大电路20、数模转换电路21、滤波电路22和usb接口电路23。数据寄存器用来存储监测装置所采集的过程量数据，数据存储器用来存储各类用于预警分析判断的分析数据，数模转换电路与滤波电路用于实现各个数据采集及应用模块之间的数据类型转换，音频放大电路用来实现预警单元中高频功放单元的放大，usb接口电路用来实现数据对外的通用接口通信。

分析控制单元9包括单片机控制器24以及与单片机控制器24连接的数据采集卡25、网络数据库连接器26，对监测预警单元的视频数据、探测数据进行分析对比，并对预警单元进行启停控制；数据采集卡的输入端与探测单元、预警单元和视频监控单元连接，数据采集卡的输出端与网络数据库连接器连接，网络数据库连接器通过通信单元连接电力gis网络服务器。在具体工作时，数据采集卡通过内置高效的嵌入式图像处理和视频识别模块，实现现场视频图像和视频的本地实时处理，如运动检测、目标识别与跟踪，并对现场进行全时不间断视频监控；当没有检测到现场异常时，只向分析控制单元报告表示巡检正常的报文；当监测到现场异常时，控制器即时将视频流压缩传送到分析控制单元中，由分析控制单元的单片机控制器，利用其强大的计算能力和高压视频识别算法对接收的现场视频进行复杂行为识别，当识别到现场异常时，即时启动设定的应急预警报警处理方案。

视频监控单元10包括视频图像采集存储单元27、后台控制移动装置28、图像采集压缩编码单元29，后台控制移动装置包括全角度移动云台。视频图像采集存储单元包括热像仪与摄像机，热像仪与红外探测器配合使用，借助热辐射信号和红外微波辐射信号的形式，经接收光学系统和光机扫描机构成像在探测器上，再由探测器将信号经前置放大器和进一步放大处理后，送至分析控制单元的显示器，具有不受光线明暗干扰、细节可见的能力。视频图像采集存储单元可以正常显示以较暗的灰度对应较低的景物温度；在相反显示时则以较暗灰度对应较高景物温度，同时，鉴于热成像图不符合人类视觉系统，以及对全景的监视目的，通过增设摄像机，提出了可见光和热成像图像的融合技术，通过图像配准和数据融合，得到关注内容增强的合成图像，这种综合式的监控方式，较传统的模拟影像而言，其数字模式的信息抗干扰能力强，不受传输线路信号衰减以及外界干扰的影响，同时依靠较为强大的计算机服务器，可以直接与数据库之间的网络互联，构件一体式的监视、控制平台，使影像的有效性和实时性更佳。

全角度移动云台外部设置云台防护罩，云台防护罩内设置应急led照明装置和测温装置，应急led照明装置可以弥补采集周边光线的不足，测温装置包括温度传感器，主要是对视频单元进行状态监测，当发生视频单元运行故障时，测温装置可以感知异常发热，并及时确保快速通知工作人员采取应急措施。

高频功放单元14包括高音响喇叭30以及分别与高音响喇叭30连接的定向拾音器31和音频采集存储模块32，在预警条件达到之时，可以通过高音喇叭发出高音警报，警报方式既可以是警示类铃声、音乐，也可以通过连接语音处理装置，录入人工语音，启动真人语音报警，旨在让即将造成外力破坏的大型机械或其他设备得到提醒，停止破坏行为。

激光对射预警装置15包括一组或多组高频激光发射管33和高频激光接收器34，高频激光发射管的数量和高频激光接收器的数量一一对应。在实际使用时，激光对射预警装置根据需要监测范围的大小进行多组铺设，每组对射装置覆盖一定区域，最终旨在覆盖整个监测区域，当所在区域内即将收到外力破坏时，不仅产生功放声音预警，激光对射预警装置还会在区域内通过发送接收的方式发出激光信号，从视觉上对该区域进行预警标识，激光对射光束覆盖距离远，鲜明可辩，尤其适用于夜间预警行为。

激光探头16包括激光探头控制器35以及分别与激光探头控制器35连接的报警数据存储器36、激光测距模块37、激光数据显示模块38。与激光对射预警装置的预警指示功能不同的是，激光探头的激光功能主要用于对预警行为的探测，可以根据不同输电线路电场强度及电压强度的不同，在存储器中设置不同的安全预警距离，并对进入可视范围内的大型机械实时激光测距，并在数据显示模块中显示，一旦大型机械即将超越安全距离时，就由激光探头控制器将预警动作数据送入分析控制单元中，从而实现激光预警功能。

红外探测器17包括高精度红外测量装置39以及与高精度红外测量装置连接的红外微波传感模块40，红外微波传感模块包括热释电传感器，根据国家标准，传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。热释电传感器是测量红外的一种传感器，是一种测量装置，它能在规定条件下感觉外界红外线温度变化的信息，按一定的规律转换成易于传输和处理的电信息。红外探测器的主要作用在于对电力线路施工现场内的特定设备进行重点布控，在电力线路上易受损的关键设置上安装红外探测器，并对进场施工的大型机械设备上安装红外探测器，有利于辅助视频图像的处理，便于夜间非可见光布控，并能弥补激光探测的盲点，使监控更加全方位与具体化。

通信单元3包括有线通信单元和无线通信单元，无线通信单元包括远程无线单元和局域无线单元，远程无线单元包括4g通信终端。

本发明在具体实施时，利用4g通信终端建立监测预警装置和输电线路后台控制站的4g通信网络，实现实时与后台数据融合，保证及时互通；监测预警装置通过4g通信终端连接到移动运营商内部单元，再通过移动运营商与后台控制站系统之间的有线专线连接到后台系统，通信终端使用专用的接入点接入到4g单元，在通过身份认证后或者无线单元的私有ip地址，与后台控制站系统构成广域的虚拟专用tcp/ip单元，从而形成了监测预警装置与后台控制站系统的双向通信链路，最终实现大容量、高质量的数据传输及融合。4g通信技术关键特征是单元融合，传输速率更高，同时在安全和认证方面也提出了更高的要求。本发明在通信安全和认证过程中，通过预警装置与无线接入网建立了基于数字认证的双向身份认证机制，并在安全接入和安全传输方面，采用预警装置和无线接入网建立加密网关，从而终端和后台控制站系统侧都能安全、可靠的收发数据。

为了扩大装置的适用范围和便捷度，本发明的通信单元还设置有局域无线单元，局域无线单元包括蓝牙收发设备和数据加密装置，输电线路巡检人员可以通过便携式控制端，如智能手机或平板电脑，通过局域无线单元进行监测预警装置的数据连接与控制，实现非接触维护，规范现场作业。蓝牙在链路层上通过使用蓝牙设备地址、认证私钥、加密私钥和随机码等多个参数保证通信安全，为调试、维护以及操作提供方便、安全等有利保证。

实施例二

输电线路防外力破坏激光对射监测预警装置，与实施例一的区别在于：在本实施例中，供电单元采用锂电充电式，即装置由高性能锂电池供源，可以在阳光不充足或不便采集的区域使用，供电单元上设置充电指示灯。

与此同时，本发明中的供电单元、控制单元、通信单元、监测预警单元均采用封装式的设计，分别安装固定于装置内的相应部位，各装置外围设置防护外壳，以做到有效的防水、防震，防护外壳外涂有绝缘漆层，可以有效防止高压感生电流对各装置的影响。

我们将本装置应用于某地区的线路保护区中，在应用之前，该线路保护区中有郑渝高铁、蒙华铁路的修建、西气东输工程的持续开展以及各种工程房屋建设施工，吊车、水泥泵车、自卸车和打桩机等大型机械在电力线路保护区和高压线路下活动频繁，隐患很大，电力公司输电运检室除安排正常的巡视外，组织防外破特巡人员，到线下大型机械施工现场对工具车司机进行危险点告知，，严重地段对其进行实时盯守。输电运检室联合公证处下达《隐患通知书》102份；下达《电力线路保护区限报停电通知书》32份；盯守线下危险施工点36处，平均每处需3名检修人员轮班，另外，电力公司分发防外破宣传手册、彩页5000余份，耗费巨大的人力物力，在应用本发明装置之后，在线路保护区全区域共有施工点为79处，仅需不到10人的应急处理人员班组和5台应急救援车辆，就可以实现全区范围内的线路预警，带来了巨大的经济与社会效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，例如本装置的安装位置及附图中所展示的安全帽样式等，并非对本发明作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。