一种输电线路的山火监测系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种输电线路的山火监测系统，包括：激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控箱和供电电源模块，还包括气象传感器；供电电源模块分别与激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控机和气象传感器相连接，气象传感器与数据采集器相连接，数据采集器与计算机/工控机相连接，激光雷达系统与计算机/工控机相连接。具有节能环保和稳定可靠等优点。
【专利说明】一种输电线路的山火监测系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种山火监测技术，特别涉及一种输电线路的山火监测系统及其方 法。
【背景技术】
[0002] 我国高压架空输电线路网络大部分位于崇山峻岭区域，该区域具有独特的地形地 貌、气候条件极易引发山火，轻则引起输电线路跳闸，重则造成烧毁铁塔，引起长时间不可 恢复的重大电力事故。近年来，因输电线路走廊上引发山火对输电线路的稳定可靠运行造 成严重的影响。目前，国内外对输电线路走廊上的山火监测已有了较多的研究，主要有分布 式终端监测法、图像识别法、卫星遥感地面热点法及激光雷达监测法等几种方案。其中分布 式终端监测法因监测范围太小，难以实现对输电线路较远距离山火的早期预警；图像识别 法要求视频监测设备具有非常高的采样频率和拍摄质量才能为后续的山火特征识别提供 必要的信息来源，且受电源和通讯的制约存在一定的局限性；卫星遥感地面热点法不仅受 卫星过境时间的限制，难以实现全天候监测，而且监测结果较大的受到云层影响；激光雷达 法则是利用激光雷达系统对引发的山火进行监测，该方法是一种监测范围宽、全天候并且 可靠的山火监测，但是该方法功耗较大。
[0003] 目前，已有研究结构对采用激光雷达系统监测输电线路走廊上引发的山火进行了 初步研究，其中，还未对整套监测系统在应用中的节能方面进行研究。本专利从节能的角度 出发，设计了一套节能模块，该模块由雨量传感器、温度传感器、湿度传感器及数据采集器 构成。该模块利用雨量传感器、温度传感器及湿度传感器对周围环境的雨量、温度及湿度 进行感知，将获得的雨量、温度及湿度三种微气象信息通过数据采集器采集后，传输至计算 机，计算机依据采集到的雨量、温度及湿度三种微气象信息控制激光雷达及计算机的工作 状态，使得整套架空输电线路山火监测系统在不易发生山火的情况下将激光雷达关闭，同 时使计算机处于睡眠状态，从而达到节能效果。整套输电线路山火监测系统本身功耗较大， 如果能够根据实地的天气情况对其工作状态进行控制，这对系统的节能具有非常重要的意 义。
[0004] 现有技术存在以下的缺点与不足：
[0005] 1、分布式终端监测法监测范围小，难以对较远距离的输电线路山火进行监测和预 警。
[0006] 2、图像识别法要求视频监测设备具有非常高的采样频率和拍摄质量才能为后续 的山火特征识别提供信息来源，易受电源和通讯的制约。
[0007] 3、卫星遥感地面热点法受卫星过境时间的限制，难以实现全天候监测，易受云层 影响。
[0008] 4、激光雷达法具有监测范围宽、全天候监测山火的优点，但该方法存在功耗较大 的缺点。
[0009] 如果能对其功耗进行控制，对输电线路山火的监测将具有很大的意义。
【发明内容】
[0010] 本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种输电线路的山火监 测系统，该山火监测系统稳定可靠，绿色节能。
[0011] 本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于所述输电线 路的山火监测系统的山火监测方法，该山火监测方法的应用前景广阔，具有很大的市场推 广价值。
[0012] 本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种输电线路的山火监测系统，包括： 激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控箱、供电电源模块和气象传感器；所述供电电源 模块分别与激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控机和气象传感器相连接，气象传感器 与数据采集器相连接，数据采集器与计算机/工控机相连接，激光雷达系统与计算机/工控 机相连接。
[0013] 进一步的，所述激光雷达系统包括：激光发射器、准直镜、旋转电机、激光套筒、光 学探测器、牛顿望远镜、反光镜和光学计数器。
[0014] 进一步的，所述数据采集器用于采集反射光信号。
[0015] 进一步的，所述计算机/工控箱用于处理反射光信号和判断是否有山火发生。
[0016] 进一步的，所述供电电源模块用于给激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控箱 及气象传感器供电。
[0017] 进一步的，所述气象传感器包括：雨量传感器、温度传感器和湿度传感器。
[0018] 本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种监测所述的输电线路的山火监测 系统的山火监测方法，包括以下步骤：
[0019] 步骤1 :程序开始，通过计算机的初始化，开启激光雷达，执行步骤2 ;
[0020] 步骤2 :输入实时的雨量、温度及湿度控制信号，执行步骤3 ;
[0021] 步骤3 :通过计算机程序判断是否有雨量信号，如有雨量信号则执行步骤4,否则 保持激光雷达开启状态并执行步骤5 ;
[0022] 步骤4 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第一定时器定时一 段时间后唤醒计算机，并返回执行步骤2 ;
[0023] 步骤5 :通过计算机程序判断实时输入的湿度信号，如果湿度信号较强，则执行步 骤6,否则保持激光雷达开启并执行步骤7 ;
[0024] 步骤6 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第二定时器定时一 段时间后唤醒计算机，并返回执行步骤2 ;
[0025] 步骤7 :通过计算机程序判断温度信号，如果温度信号较低，则执行步骤8,否则执 行步骤9 ;
[0026] 步骤8 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第三定时器定时一 段时间后唤醒计算机，返回执行步骤2 ;
[0027] 步骤9 :开启激光雷达，控制计算机处于睡眠状态，并通过第四定时器定时一段时 间后唤醒计算机，返回执行步骤2。
[0028] 进一步的，在步骤4中，所述第一定时器的定时时间根据用户实际需要设定；在步 骤6中，所述的第二定时器的定时时间根据用户实际需要设定；在步骤8中，所述第三定时 器的定时时间根据用户实际需要设定；在步骤9中，所述第四定时器的定时时间根据用户 实际需要设定。
[0029] 本发明的工作原理：本发明从节能的角度出发，利用雨量传感器、温度传感器及湿 度传感器得到输电线路现场实时的雨量、温度及湿度信号控制激光雷达及计算机的工作状 态，当实地输电线路走廊上不易发生山火时，使激光雷达处于关闭状态，同时使计算机处于 睡眠状态，反之，则唤醒计算机、开启激光雷达；本发明的山火监测系统由电源模块为雷达 系统的工作提供电源，由激光发射器发射激光，激光通过准直镜校准使发射出的激光以直 线射出，射出后的激光经过激光套筒中的反射镜反射入大气中，与大气中的烟雾相互作用 后反射，反射的激光信号被激光套筒中的光学探测器接收，并经过光学计数器计数后通过 数据采集，并将采集到的数字信号传入计算机/工控机，经计算机数据处理后，得到输电线 路走廊上是否引发山火。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有如下优点与效果：
[0031] 1、节能环保；通过雨量传感器、温度传感器及湿度传感器所感应到的实地雨量、温 度及湿度信号控制激光雷达的工作状态，使得输电线路走廊在不易发生山火的情况下，使 激光雷达处于关闭状态，反之激光雷达处于开启状态，这样，既能有效的监测输电线路走廊 引发的山火，同时也达到了整套输电线路山火监测系统的节能效果。
[0032] 2、通过雨量传感器、温度传感器及湿度传感器所感应到的实地雨量、温度及湿度 信号有效的控制计算机处于运行状态或者睡眠状态，达到输电线路山火监测系统的节能效 果。
[0033] 3、具有很大的市场推广价值。本发明既能监测输电线路走廊上引发的山火，使输 电线路更加稳定、可靠的运行；同时又能使输电线路山火监测系统达到了节能的效果，本发 明的应用前景广阔，具有很大的市场推广价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1是本发明的激光雷达监测系统框图。
[0035] 图2是本发明的激光雷达系统工作状态控制流程图。
[0036] 图3是本发明监测装置的安装示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0038] 实施例
[0039] 如图1所示，为本发明的山火监测系统的组成框图，该山火监测系统在工作过程 中，由旋转电机带动激光套筒转动，以实现激光系统全方位的扫描，并采用雨量、温度及湿 度三种传感器所感应到的雨量、温度及湿度三种信号去控制整套输电线路山火监测系统的 工作状态，该山火监测系统主要包括：电源模块、计算机/工控机、数据采集器、雨量传感 器、温度传感器、湿度传感器、激光发射器1、准直镜2、旋转电机3、反光镜4、牛顿望远镜5、 激光套筒6、光学探测器7及光子计数器等组成。激光信号8由激光发射器1发射经过准直 镜2后，通过反射镜4反射到烟雾中，激光信号8与烟雾作用后，反射光信号9反射通过光 学探测器7接收处理后。通过光子计数器、数据采集器后由计算机进行处理，判断输电线路 周围是否有山火发生。该激光雷达监测系统安装于输电线路杆塔10上。
[0040] 本输电线路山火监测系统还包括节能模块，该模块由电源模块为其供电，本节能 模块由雨量、温度及湿度传感器和数据采集器构成，主要利用雨量、温度及湿度三种传感器 感知的雨量、温度及湿度三种信号经数据采集器后传入计算机/工控机，经计算机处理后 控制激光雷达系统及计算机的工作状态，由此在输电线路走廊不易产生山火时，将激光雷 达关闭、计算机处于睡眠状态，反之，开启激光雷达、唤醒计算机，使激光雷达和计算机处于 工作状态，这样既能够监测输电线路走廊上引发的山火，同时达到节能效果。
[0041] 如图3所示，为本发明的输电线路激光雷达监测系统的安装示意图，输电线路激 光雷达监测系统的具体安装过程如下：
[0042] (1)由塔底的电源模块为计算机/工控机、激光雷达系统、数据采集器、雨量传感 器、温度传感器及湿度传感器供给电能；
[0043] (2)将激光雷达系统安装于输电线路杆塔上，并将监测到的山火信号通过电缆引 入安装于塔底的数据采集器，并将数据采集器采集到的信号传输至计算机/工控机，经计 算机/工控机计算确定是否是输电线路上发生了山火；
[0044] (3)雨量传感器、温度传感器及湿度传感器可安装于沿着输电线路走廊的附近；
[0045] (4)雨量传感器、温度传感器及湿度传感器感应到的雨量、温度及湿度信号通过数 据采集器采集后传输至计算机/工控机，通过计算机/工控机计算判断该区域是否容易发 生山火，依次决定激光雷达及计算机的工作状态。
[0046] 如图2所示，为本发明的应用于山火监测系统的山火监测方法，主要包括以下步 骤：
[0047] 步骤1 :程序开始，通过计算机的初始化，开启激光雷达，执行步骤2 ;
[0048] 步骤2 :输入实时的雨量、温度及湿度控制信号，执行步骤3 ;
[0049] 步骤3 :通过计算机程序判断是否有雨量信号，如有雨量信号则执行步骤4,否则 保持激光雷达开启状态并执行步骤5 ;
[0050] 步骤4 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第一定时器定时一 段时间后唤醒计算机，并返回执行步骤2 ;
[0051] 步骤5 :通过计算机程序判断实时输入的湿度信号，如果湿度信号较强，则执行步 骤6,否则保持激光雷达开启并执行步骤7 ;
[0052] 步骤6 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第二定时器定时一 段时间后唤醒计算机，并返回执行步骤2 ;
[0053] 步骤7 :通过计算机程序判断温度信号，如果温度信号较低，则执行步骤8,否则执 行步骤9 ;
[0054] 步骤8 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第三定时器定时一 段时间后唤醒计算机，返回执行步骤2 ;
[0055] 步骤9 :开启激光雷达，控制计算机处于睡眠状态，并通过第四定时器定时一段时 间后唤醒计算机，返回执行步骤2 ;
[0056] 通过以上九个程序步骤，使输电线路山火监测系统的工作一直处于循环状态，达 到及时感应雨量、温度及湿度三种控制信号，以控制激光雷达及计算机的工作状态，以达到 节能效果。
[0057] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种输电线路的山火监测系统，包括：激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控箱 和供电电源模块，其特征在于，还包括气象传感器；供电电源模块分别与激光雷达系统、数 据采集器、计算机/工控机和气象传感器相连接，气象传感器与数据采集器相连接，数据采 集器与计算机/工控机相连接，激光雷达系统与计算机/工控机相连接。
2. 根据权利要求1所述的输电线路山火监测系统，其特征在于，所述激光雷达系统包 括：激光发射器、准直镜、旋转电机、激光套筒、光学探测器、牛顿望远镜、反光镜和光学计数 器。
3. 根据权利要求1所述的输电线路山火监测系统，其特征在于，所述数据采集器用于 米集反射光信号。
4. 根据权利要求1所述的输电线路山火监测系统，其特征在于，所述计算机/工控箱用 于处理反射光信号和判断是否有山火发生。
5. 根据权利要求1所述的输电线路山火监测系统，其特征在于，所述供电电源模块用 于给激光雷达系统、数据采集器、计算机/工控箱及气象传感器供电。
6. 根据权利要求1所述的输电线路山火监测系统，其特征在于，所述气象传感器包括： 雨量传感器、温度传感器和湿度传感器。
7. -种应用于权利要求1所述的输电线路的山火监测系统的山火监测方法，其特征在 于，包括以下步骤： 步骤1 :程序开始，通过计算机的初始化，开启激光雷达，执行步骤2 ; 步骤2 :输入实时的雨量、温度及湿度控制信号，执行步骤3 ; 步骤3 :通过计算机程序判断是否有雨量信号，如有雨量信号则执行步骤4,否则保持 激光雷达开启状态并执行步骤5 ; 步骤4 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第一定时器定时一段时 间后唤醒计算机，并执行步骤2 ; 步骤5 :通过计算机程序判断实时输入的湿度信号，如果湿度信号较强，则执行步骤6， 否则保持激光雷达开启并执行步骤7 ; 步骤6 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第二定时器定时一段时 间后唤醒计算机，并执行步骤2 ; 步骤7 :通过计算机程序判断温度信号，如果温度信号较低，则执行步骤8,否则执行步 骤9; 步骤8 :关闭激光雷达，同时控制计算机处于睡眠状态，并通过第三定时器定时一段时 间后唤醒计算机，执行步骤2 ; 步骤9 :开启激光雷达，控制计算机处于睡眠状态，并通过第四定时器定时一段时间后 唤醒计算机，执行步骤2。
8. 根据权利要求7所述的山火监测方法，其特征在于，在步骤4中，所述第一定时器 的定时时间根据用户实际需要设定；在步骤6中，所述的第二定时器的定时时间根据用户 实际需要设定；在步骤8中，所述第三定时器的定时时间根据用户实际需要设定；在步骤9 中，所述第四定时器的定时时间根据用户实际需要设定。
【文档编号】G01S17/88GK104143245SQ201410366299
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】戴栋, 张敏, 谢从珍 申请人:华南理工大学