一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，属于电网防护技术领域，预警系统包括现场的电源单元、信息采集单元、报警单元及用于远程操控的总服务器，总服务器与信息采集单元、报警单元之间通过无线网络进行远程信息传递，信息采集单元包括杆塔上的激光探测器和视频监控器、悬挂固定于输电线路上的超声波探测器，报警单元包括杆塔上的高音报警器和输电线路上的声光报警器。本发明采用多种传感器进行综合信息采集，对于进入危险区域物体的采集准确性大大加强，将危险排除在发生之前，对进入危险区域的物体起到了有效的预警和驱离作用。
【专利说明】
一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统
技术领域
[0001]本发明属于电网防护技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展和城市规模的不断扩大，输电线路越来越密集，运行环境日趋复杂，众多输电线路横跨公路、铁路、桥梁、河流、湖泊以及穿越高山、建筑群等，输电线路的安全越来越受到各种违章施工、违章建筑、违章树木、漂浮物以及鸟害等的严重威胁。
[0003]全国各地输电线路受外力破坏事故时有发生，例如，施工工地现场正处在输电线路下方或附近，施工器具(主要是吊车、挖掘机、混凝土搅拌车等高大施工机械)在操作过程中，其高挑突出部分有时会进入输电线路的安全限距内致使线路对其放电，甚至碰挂到输电线路导致跳闸、停电事故;又如，输电线路在跨越高速公路时，由于车辆超高，输电线路缺乏警示标志，导致输电线路受到破坏;还有一些输电线路在跨越江河时，大型轮船，挖沙船等设备在涨潮时又未载货物的情况下从输电线路下方通过，其超高部分造成输电线路的破坏。
[0004]针对上述安全隐患，人工检查和制度限制均不能起到很好的预防作用，一旦输电线路被损坏，损失将是巨大的，输电线路潜在的、被外力破坏的危险给输电线路安全运行带来严重威胁，为了将危险因素控制在破坏发生之前，需要研制开发一种输电线路防外力破坏预警系统。
【发明内容】
[0005]本发明解决了现有输电线路无法消除潜在威胁的缺点，提供了一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，该预警系统使用多种传感器对潜在威胁进行预警并发送报警信息控制报警，报警单元在破坏发生前消除危险因素，多种传感器进行相互协助、相互补充、相互融合，检测准确度高、威胁遗漏率低，能够有效进行防外力破坏预警。
[0006]本发明的具体技术方案是:
[0007]—种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，所述的输电线路通过间隔设置的杆塔架设在空中，该预警系统包括设置在现场的电源单元、信息采集单元及报警单元，以及用于远程操控的总服务器，电源单元为信息采集单元和报警单元提供电能供应，总服务器与信息采集单元、报警单元之间通过无线网络进行远程信息传递，关键点是，所述的信息采集单元包括安装于杆塔上的激光探测器和视频监控器以及悬挂固定于输电线路上的超声波探测器，报警单元包括设置在杆塔上的高音报警器及设置在输电线路上的声光报警器，激光探测器发射的激光束与地面平行且将输电线路覆盖。
[0008]所述的超声波探测器为超声波报警球，超声波报警球包括圆柱形的金属外壳及其内部的取电模块、电源管理模块、无线通讯模块、微处理器及超声波传感器模块，微处理器与其他模块均电连接，金属外壳两端面分别设置有使输电线路穿过的圆孔，超声波传感器模块包括三个超声波传感器，金属外壳沿圆周方向均布设置有三个超声波发射孔，三个超声波传感器一一对应安装于三个超声波发射孔内侧，金属外壳还设置有能够向外部发出声光信号的报警孔，声光报警器安装于报警孔内侧。
[0009]所述的电源单元为感应取电结合蓄电池的电源形式，电源单元包括CT感应取能线圈、整流滤波电路、取能功率控制电路、蓄电池充放电管理电路及稳压调节电路，输电线路穿过CT感应取能线圈，然后依次经过整流滤波电路、取能功率控制电路及蓄电池充放电管理电路后形成对蓄电池的充电电路，蓄电池经过蓄电池充放电管理电路和稳压调节电路后形成蓄电池的放电电路。
[0010]所述的蓄电池为超级电容器或者胶体电池。
[0011]所述的无线网络为GSM网络或者3G网络。
[0012]所述的预警系统还设置有移动终端通过无线网络与总服务器相连。
[0013]本发明的有益效果是:本发明通过现场布置的多种类传感器进行危险信息的捕捉采集，涉及激光探测器、超声波探测器及视频监控器，激光探测器能够采集金属类危险物品是否靠近输电线路，能够避免金属类物体对输电线路的撞击破坏，但其不能采集非金属物品的威胁，而超声波探测器能够弥补激光探测器的这一漏洞，两种探测器相互补充、相互协作，使得进入危险区域的物品能够无遗漏地被探测出，多传感器联合检测的准确率明显提高，确认威胁后，杆塔上的高音报警器及输电线路上的声光报警器启动并将危险物品驱离，例如汽车、船、鸟类等，最终达到危险因素远离报警区域的目的，操作人员通过视频监控器能够查看到现场的具体情况，可以将探测失误率彻底降为零，避免了预警系统中信息采集单元的失效。
【附图说明】
[0014]图1是本发明中预警系统的结构示意图。
[0015]图2是本发明中超声波探测器的结构示意图。
[0016]图3是本发明中预警系统的工作原理示意图。
[0017]图4是本发明中电源单元的工作原理示意图。
[0018]附图中，1、输电线路，2、杆塔，3、总服务器，4、激光探测器，5、高音报警器，6、视频监控器，7、超声波探测器，701、金属外壳、702、超声波传感器，703、超声波发射孔，704、声光报警器，705、报警孔，8、激光束，9、CT感应取能线圈，10、整流滤波电路，11、取能功率控制电路，12、蓄电池充放电管理电路，13、稳压调节电路，14、蓄电池，15、移动终端。
【具体实施方式】
[0019]本发明涉及一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，所述的输电线路I通过间隔设置的杆塔2架设在空中，该预警系统包括设置在现场的电源单元、信息采集单元及报警单元，以及用于远程操控的总服务器3，电源单元为信息采集单元和报警单元提供电能供应，总服务器3与信息采集单元、报警单元之间通过无线网络进行远程信息传递，所述的信息采集单元包括安装于杆塔2上的激光探测器4和视频监控器6以及悬挂固定于输电线路I上的超声波探测器7，报警单元包括设置在杆塔2上的高音报警器5及设置在输电线路I上的声光报警器704，激光探测器4发射的激光束8与地面平行且将输电线路I覆盖。
[0020]具体实施例，如图1至图4所示，现有的感应取电都是采用直接供能或者间接供能的方式，由于输电线路I上电流大小变化幅值大，直接供能不能很好地保证预警系统的稳定工作，而间接供能控制电路复杂，电池频繁充放电可靠性差，因此，本发明中采用了专门设计的组合式的供能方式，当母线负载电流足够时，采用电磁感应直接供能，同时保持蓄电池14充满电，当电流不足或者停电等状态时，采用蓄电池14供电为主的方式，电源单元为感应取电结合蓄电池14的电源形式，蓄电池14为超级电容器或者胶体电池，电源单元包括CT感应取能线圈9、整流滤波电路10、取能功率控制电路11、蓄电池充放电管理电路12及稳压调节电路13，电源中涉及的各个电路均采取现有的电路形式，输电线路I穿过CT感应取能线圈9使其感应出电压，然后依次经过整流滤波电路10、取能功率控制电路11及蓄电池充放电管理电路12对蓄电池14进行充电，蓄电池14经过蓄电池充放电管理电路12进行放电，然后经过稳压调节电路13向用电单元供电，该电源单元共有三种状态。状态1:输电线路上电流很小，不足以使电源单元中的电路工作，电源单元处于未启动状态，不对负载输出电压和功率;状态2:输电线路上电流足够大，甚至非常大时，此时取能功率控制电路11控制取能的功率，在储能电路储满能量后，取得的功率与负载消耗的功率相等，严格限制多余的能量进入电路，保护电路正常工作;状态3:输电线路I上电流能够使装置启动工作，但取得的能量小于负载的功率时，电路处于断续工作状态;该电源单元中的取电电路以最大效率取能，并为储能电路充电，在储能电路储满能量之前，先不对负载输出电压和功率，当储能电路储满能量后，再对负载供电，当电源单元处于未开启状态时，储能电路即蓄电池14能够对负载进行供电，保证电源单元对负载的不间断供电。
[0021]信息采集单元和报警单元均通过无线网络与总服务器3进行信息传递，无线网络为GSM网络或者3G网络，预警系统还设置有移动终端15通过无线网络与总服务器3相连，移动终端15选择为手机，操作人员通过移动终端15可以对总服务器随时随地进行控制，激光探测器4的应用是基于脉冲式激光测距的，激光探测器4安装于杆塔2上，其保护对象为至下一个杆塔2之间的输电线路1，激光探测器4发射的激光束8能够将输电线路I整体覆盖，输电线路I处于激光束8的包围之中，当有金属物体闯入输电线路I周围产生的强电磁场中时，输电线路I周围的电磁场会发生变化，激光探测器4中的激光检测电路发射激光束8，并采样、检测该磁场强度的变化，实现对金属物体的探测与识别，其原理为激光的多普勒效应，激光探测器4将采集到的磁场强度信息发送至总服务器3进行分析并判断是否有金属物体进入输电线路I周围激光束8覆盖的探测区域，如果有，则报警单元中的高音报警器5在杆塔2周围进行高音报警，声光报警器704在输电线路I周围进行声音和闪光报警，该种激光探测器的使用寿命长、耗电量小，探测漏报率低，可以探测的跨度范围达到500米左右，但是其不能捕捉非金属物体进入输电线路I周围的情况。
[0022]超声波探测器7为超声波报警球，超声波报警球包括圆柱形的金属外壳701及其内部的取电模块、电源管理模块、无线通讯模块、微处理器及超声波传感器模块，微处理器与其他模块均电连接，金属外壳701两端面分别设置有使输电线路穿过的圆孔，超声波传感器模块包括三个超声波传感器702，金属外壳701沿圆周方向均布设置有三个超声波发射孔703，三个超声波传感器702—一对应安装于三个超声波发射孔703内侧，金属外壳701还设置有能够向外部发出声光信号的报警孔705，声光报警器704安装于报警孔705内侧，圆弧形外壳设计确保几乎不影响输电线路I周围高压电场的分布，也不会产生电晕放电，超声波报警球以超声波测距为检测原理，连续测量周围物体到球体的距离，三个超声波传感器702均匀分布在圆柱形金属外壳701的圆周上，每两个之间的夹角为120度，三个超声波传感器能够覆盖金属外壳701周围360度范围，一旦有物体到球体的距离小于设定的距离值时，超声波报警球中的声光报警器就会发出闪光和声音报警信号，而且还会将该报警信息发送至总服务器3中，杆塔2上的高音报警器5也能够在杆塔2周围发出高音报警，超声波探测器7的探测距离较短，但其抗干扰能力强，其结合激光探测器4可以形成一个相互补充的信息采集单元，保证了危险靠近时采样的可靠性。
[0023]视频监控器6安装于杆塔2上，其通过报警启动或者远程启动，为节省功耗，其平时处于待机状态，当检测到有物体进入靠近输电线路I周围区域时，视频监控器6被启动，拍摄现场的照片或者视频，然后与报警信息一起被发送至总服务器3，用于为操作人员提供现场的图像信息，该视频监控器6也可以通过总服务器3远程启动，用于远程查看线路现场的情况。
[0024]高音报警器5选用高音喇叭报警器，高音喇叭报警器安装于杆塔2上，其由报警启动，也可以通过总服务器3远程控制启动，由于总服务器3还连接有远程终端15通过GSM/GPRS进行控制，因此，该高音喇叭报警器还可以直接通过远程终端15进行喊话，提醒现场与危险物体相关人员注意远离输电线路I，对于危险区域内物体的驱离效果会更好。
[0025]在异物入侵的检测技术中，激光和超声波都有广泛的应用，在输电线路I防外力破坏的实践中，这两种方法又各有优缺点，正好可以相互补充，实现更可靠的防外力破坏预警。原因如下:I)利用激光检测输电线路磁场变化的方法仅对进入保护区域的超高金属物体有效，无法对非金属物体进行检测，而超声波测距则不受物体是否为金属的影响;2)超声波探测的最大距离不超过15米，超声波报警能够保护的沿线路方向的长度不大于15米，相对于200米?400米的线路档距来说，该保护范围有限，其正好可以通过激光探测方法进行弥补。
[0026]本发明针对输电线路I的安全问题，为其提供了安全可靠及时的防外力破坏手段，同时，极大地克服了输电线路I防外力破坏只能靠传统人工巡线等手段的弊端，提高了输电线路I防护的信息化和智能化水平，本发明提出基于多传感器融合技术的输电线路I监测理念，采用安装于杆塔2中部的激光探测器4、视频监控器6及直接安装于输电线路I上的超声波探测器7进行危险信息的采集并进行整体融合，当探测到有外物进入报警区域时，启动视频监控器6和高音报警器5，在进行警示驱离的同时，对现场进行拍照取证，超声波探测器7探测到外物入侵后，立即启动声光报警器704，也可触发安装于杆塔2上的视频监控器6和高音报警器5，实施联动报警，阻止外破的进一步发生，本发明能够有效地对输电线路I进行监测，提高了输电线路I防护的智能化和信息化水平。
【主权项】
1.一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，所述的输电线路(I)通过间隔设置的杆塔(2)架设在空中，该预警系统包括设置在现场的电源单元、信息采集单元及报警单元，以及用于远程操控的总服务器(3)，电源单元为信息采集单元和报警单元提供电能供应，总服务器(3)与信息采集单元、报警单元之间通过无线网络进行远程信息传递，其特征在于:所述的信息采集单元包括安装于杆塔(2)上的激光探测器(4)和视频监控器(6)以及悬挂固定于输电线路(I)上的超声波探测器(7)，报警单元包括设置在杆塔(2)上的高音报警器(5)及设置在输电线路(I)上的声光报警器(704)，激光探测器(4)发射的激光束(8)与地面平行且将输电线路(I)覆盖。2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，其特征在于:所述的超声波探测器(7)为超声波报警球，超声波报警球包括圆柱形的金属外壳(701)及其内部的取电模块、电源管理模块、无线通讯模块、微处理器及超声波传感器模块，取电模块经过电源管理模块后与其他模块电连接，微处理器与其他模块均电连接，金属外壳(701)两端面分别设置有使输电线路穿过的圆孔，超声波传感器模块包括三个超声波传感器(702)，金属外壳(701)沿圆周方向均布设置有三个超声波发射孔(703)，三个超声波传感器(702)—一对应安装于三个超声波发射孔(703)内侧，金属外壳(701)还设置有能够向外部发出声光信号的报警孔(705)，声光报警器(704)安装于报警孔(705)内侧。3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，其特征在于:所述的电源单元为感应取电结合蓄电池(14)的电源形式，电源单元包括CT感应取能线圈(9)、整流滤波电路(10)、取能功率控制电路(11)、蓄电池充放电管理电路(12)及稳压调节电路(13)，输电线路(I)穿过CT感应取能线圈(9)，然后依次经过整流滤波电路(10)、取能功率控制电路(11)及蓄电池充放电管理电路(12)后形成对蓄电池(14)的充电电路，蓄电池(14)经过蓄电池充放电管理电路(12)和稳压调节电路(13)后形成蓄电池的放电电路。4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，其特征在于:所述的蓄电池(14)为超级电容器或者胶体电池。5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，其特征在于:所述的无线网络为GSM网络或者3G网络。6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合技术的输电线防破坏预警系统，其特征在于:所述的预警系统还设置有移动终端(15)通过无线网络与总服务器(3)相连。
【文档编号】G08B21/00GK105957298SQ201610363127
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】于建友, 杨景波, 杨松, 刘明, 孙吉成
【申请人】国网吉林省电力有限公司白山供电公司, 国家电网公司