輸電線(xiàn)路帶電作業(yè)安全實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種輸電線(xiàn)路帶電作業(yè)安全實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)電網(wǎng)的快速發(fā)展，帶電檢修已成為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定供電的重 要手段，同時(shí)給帶電作業(yè)工作提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。帶電作業(yè)人員在作業(yè)過(guò)程中，由于工作程 序繁瑣，工作環(huán)境惡劣等原因，往往使作業(yè)人員容易忽視身邊危險(xiǎn)，無(wú)意中過(guò)于接近帶電設(shè) 備，造成人員傷亡。因此，如何有效保障帶電作業(yè)過(guò)程中作業(yè)人員安全、增強(qiáng)帶電作業(yè)工作 的安全管理，預(yù)防及減少安全事故的發(fā)生，已成為我國(guó)帶電作業(yè)領(lǐng)域重要的研宄項(xiàng)目。
[0003] 帶電作業(yè)的安全距離是指作業(yè)人員在確保安全的前提下，與帶電體或接地體之間 所應(yīng)保持的各種最小空氣間隙距離的總稱(chēng)，是保證帶電作業(yè)人身和設(shè)備安全的關(guān)鍵，輸電 線(xiàn)路帶電作業(yè)安全距離的準(zhǔn)確計(jì)算是帶電作業(yè)中一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。
[0004] 目前，我國(guó)帶電作業(yè)安全距離的確定和作業(yè)過(guò)程的管控，主要是依靠具有豐富帶 電作業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)責(zé)監(jiān)護(hù)人員的監(jiān)督及作業(yè)人員的自覺(jué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。專(zhuān)責(zé)監(jiān)護(hù)人完全憑借自 身的工作經(jīng)驗(yàn)、個(gè)人狀態(tài)通過(guò)目測(cè)來(lái)確定安全距離，這種做法存在一定的主觀因素，同時(shí)還 會(huì)受到視覺(jué)角度和外界環(huán)境等客觀因素的影響，容易造成距離的判斷結(jié)果與實(shí)際安全距離 存在較大差距，無(wú)法保證帶電作業(yè)人員的安全；另一方面，帶電作業(yè)人員在作業(yè)過(guò)程中，由 于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)點(diǎn)多面廣，工作繁重，作業(yè)人員易疲勞，精力不夠集中，容易發(fā)生違章行為，從而 導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，僅僅依靠專(zhuān)責(zé)監(jiān)護(hù)人員的觀察能力和作業(yè)人員的自覺(jué)性，一般 很難保證現(xiàn)場(chǎng)帶電作業(yè)時(shí)安全距離的準(zhǔn)確判斷和作業(yè)過(guò)程的有效控制。
[0005] 項(xiàng)目針對(duì)目前我國(guó)電力行業(yè)帶電作業(yè)中安全預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)品缺乏、功能單一等現(xiàn) 狀，提出基于多傳感器的帶電作業(yè)安全距離實(shí)時(shí)檢測(cè)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)作業(yè)人員作業(yè)過(guò) 程中的安全距離進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算及預(yù)警，并實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，項(xiàng)目的研宄對(duì) 防止作業(yè)人員的習(xí)慣性違章和人身傷亡等安全事故的發(fā)生提供了有效的技術(shù)方法和技術(shù) 手段，可望在帶電作業(yè)安全信息獲取、安全距離預(yù)警和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等方面取得技術(shù)、方法 和應(yīng)用上突破，對(duì)促進(jìn)我國(guó)帶電作業(yè)工作的發(fā)展具有十分重要的工程實(shí)踐價(jià)值。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型針對(duì)目前我國(guó)帶電作業(yè)中安全距離預(yù)警系統(tǒng)缺乏的問(wèn)題，提供一種保 證作業(yè)人員安全并提高帶電作業(yè)效率的輸電線(xiàn)路帶電作業(yè)安全實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。
[0007] 本實(shí)用新型提供的這種輸電線(xiàn)路帶電作業(yè)安全實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，包括若干隨動(dòng)攝像 頭、移動(dòng)監(jiān)控終端和控制指揮中心；隨動(dòng)攝像頭中集成超聲波測(cè)距模塊；隨動(dòng)攝像頭通過(guò) 無(wú)線(xiàn)通信方式與移動(dòng)監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；移動(dòng)監(jiān)控終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式與控制指揮 中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0008] 所述隨動(dòng)攝像頭包括超聲波測(cè)距模塊、攝像頭裝置、單片機(jī)控制系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信 模塊；超聲波測(cè)距模塊內(nèi)嵌在攝像頭裝置的前端；超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)連 接；攝像頭裝置與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制攝像頭裝置實(shí)時(shí)跟隨目標(biāo)運(yùn) 動(dòng)；單片機(jī)控制系統(tǒng)的串口與無(wú)線(xiàn)通信模塊連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)將視頻數(shù)據(jù)和測(cè)距數(shù)據(jù) 通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)至控制中心。
[0009] 所述超聲波測(cè)距模塊包括超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路；超聲波發(fā)射電路發(fā) 射超聲波信號(hào)，該信號(hào)遇到被檢測(cè)物返回由超聲波接收電路接收，超聲波接收電路將接收 的信號(hào)傳至單片機(jī)控制系統(tǒng)。
[0010] 所述超聲波發(fā)射電路包括超聲波傳感器的發(fā)射器、振蕩器和功率放大電路；振蕩 器的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與超聲波傳感器的發(fā)射 器連接。
[0011] 所述超聲波接收電路采用單穩(wěn)式超聲波接收器電路；其包括超聲波傳感器的接收 器、高通放大器電路。
[0012] 所述攝像頭裝置包括帶云臺(tái)的攝像頭。
[0013] 所述移動(dòng)監(jiān)控終端包括視頻采集編碼模塊、視頻壓縮編碼模塊、主控制模塊、4G接 入模塊、LCD顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和電源模塊；視頻采集編碼模塊與視頻壓縮編碼模塊連 接，視頻采集編碼模塊還與主控制模塊連接；視頻壓縮編碼模塊與主控制模塊連接；主控 制模塊與4G接入模塊連接，主控制模塊還分別與LCD顯示模塊、存儲(chǔ)模塊連接；電源模塊給 上述各模塊供電。
[0014] 本實(shí)用新型是基于多超聲波傳感器融合的帶電作業(yè)安全距離實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí) 時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。通過(guò)本實(shí)用新型為帶電作業(yè)的安全提供有效的監(jiān)控，對(duì)預(yù)防或減少帶電 作業(yè)人身傷害等事故的發(fā)生具有十分重要的工程實(shí)踐價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的原理示意圖。
[0016] 圖2是本實(shí)用新型的隨動(dòng)攝像頭前端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3是本實(shí)用新型的超聲波測(cè)距模塊功能框圖。
[0018] 圖4是本實(shí)用新型的振蕩-放大型發(fā)射原理框圖。
[0019] 圖5是本實(shí)用新型的超聲波發(fā)射電路圖。
[0020] 圖6是本實(shí)用新型的超聲波接收電路圖。
[0021] 圖7是本實(shí)用新型的移動(dòng)監(jiān)控終端主要硬件模塊框圖。
[0022] 圖8是本實(shí)用新型的移動(dòng)監(jiān)控的軟件結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖9是本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025] 如圖1所示，本實(shí)用新型包括若干隨動(dòng)攝像頭、移動(dòng)監(jiān)控終端和控制指揮中心。隨 動(dòng)攝像頭中集成超聲波測(cè)距模塊；隨動(dòng)攝像頭通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式與移動(dòng)監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù) 交互；移動(dòng)監(jiān)控終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式與控制指揮中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0026] 隨動(dòng)攝像頭包括超聲波測(cè)距模塊、攝像頭裝置、單片機(jī)控制系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信模塊。 超聲波測(cè)距模塊內(nèi)嵌在攝像頭裝置的前端；超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接；攝像 頭裝置與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制攝像頭裝置實(shí)時(shí)跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)；單片 機(jī)控制系統(tǒng)的串口與無(wú)線(xiàn)通信模塊連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)將視頻數(shù)據(jù)和測(cè)距數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn) 通信模塊發(fā)至控制中心。
[0027] 攝像頭裝置包括帶云臺(tái)的攝像頭。
[0028] 如圖2所示，其中1為超聲波傳感器，可以發(fā)射超聲波和接收色環(huán)反射回來(lái)的超聲 波；2為攝像頭視頻采集器，可以對(duì)監(jiān)控的畫(huà)面信息進(jìn)行采集；3是集成超聲波傳感器的隨 動(dòng)攝像頭的外殼，通過(guò)外殼將傳感器和攝像頭固定在一起。
[0029] 如圖3所示，超聲波測(cè)距模塊包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路、溫度補(bǔ)償電路、串口發(fā)送電路和電源電路。溫度補(bǔ)償電路包括溫度傳感器和信號(hào)處理電 路；溫度補(bǔ)償電路的輸出端與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接。
[0030] 單片機(jī)控制系統(tǒng)包括FPGA。FPGA包括UART發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)時(shí)模塊、 溫度補(bǔ)償模塊、視頻圖像處理模塊、視頻隨動(dòng)模塊、三維坐標(biāo)模塊和片內(nèi)RAM。UART發(fā)送模 塊將接收到的超聲波傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后發(fā)出；數(shù)據(jù)采集模塊采集超聲波傳感器 測(cè)得的數(shù)據(jù)并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理等處理后傳至UART發(fā)送模塊；UART發(fā)送模塊將接收到的數(shù)據(jù) 發(fā)出；計(jì)時(shí)模塊用于超聲波信號(hào)發(fā)出至返回信號(hào)接收整個(gè)過(guò)程的計(jì)時(shí)；溫度補(bǔ)償模塊與溫 度補(bǔ)償電路連接，用于獲取溫度補(bǔ)償信號(hào)并將溫度補(bǔ)償信號(hào)告知單片機(jī)控制系統(tǒng)；三位坐 標(biāo)模塊構(gòu)建當(dāng)前作業(yè)人員與其工作的桿塔的三維坐標(biāo)系，由此給后續(xù)安全警示提供必要的 基準(zhǔn)。
[0031] 視頻圖像處理模塊采集攝像頭的視頻數(shù)據(jù)，由圖像處理算法分析某一攝像頭所監(jiān) 視的對(duì)象(實(shí)際就是其對(duì)應(yīng)的色環(huán)）的成像是否在屏幕的中心位置，若在屏幕的中心位置， 則認(rèn)為該攝像頭是正對(duì)色環(huán)的，就可以啟動(dòng)超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行測(cè)距，若成像不是在屏幕 正中位置，則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)攝像頭的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)（向上、向下、向左或向右)，從而調(diào)節(jié)攝 像頭的方位，保證攝像頭正對(duì)監(jiān)視的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)攝像頭與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的隨動(dòng)，以便進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)成功測(cè)距。這其中的原因是：如果攝像頭沒(méi)有正對(duì)監(jiān)視的目標(biāo)，超聲波傳感器發(fā)射的超 聲波信號(hào)可能不被反射回來(lái)，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)距。
[0032] 視頻隨動(dòng)模塊實(shí)際是依據(jù)視頻圖像處理模塊的輸出信號(hào)，去控制攝像頭云臺(tái)的轉(zhuǎn) 動(dòng)。
[0033] 本實(shí)用新型采用往返時(shí)間法獲取距離信息。往返時(shí)間檢測(cè)法的原理為用超聲波脈 沖激勵(lì)超聲波探頭，使之向外界發(fā)射超聲波，檢測(cè)從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波（假設(shè)傳 播介質(zhì)為氣體），記錄經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收器的時(shí)間，即往返時(shí)間。往返時(shí)間與氣體介質(zhì) 中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x，而所測(cè)距離是聲波傳輸距離的一半。
[0034] 超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)，該信號(hào)遇到被檢測(cè)物返回由超聲波接收電路接 收，超聲波接收電路將接收的信號(hào)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大和濾波；將調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；將溫度傳感器所測(cè)的數(shù)值傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路；利用FPGA對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集并完 成距離的計(jì)算，并準(zhǔn)備下一次的測(cè)距準(zhǔn)備。
[0035] 本實(shí)用新型通過(guò)視頻隨動(dòng)模塊執(zhí)行對(duì)攝像頭的運(yùn)動(dòng)控制，該模塊具有視頻數(shù)據(jù)分 析、視頻圖像處理和云臺(tái)控制等功能。
[0036] 工作時(shí)，視頻圖像處理模塊處理攝像頭監(jiān)測(cè)的色環(huán)是否對(duì)準(zhǔn)中心的信息，若未對(duì) 準(zhǔn)中心，則輸出控制信號(hào)給視頻隨動(dòng)模塊，由視頻隨動(dòng)模塊將偏差量發(fā)給攝像頭云臺(tái)進(jìn)行 調(diào)整并實(shí)施控制，從而使攝像頭對(duì)準(zhǔn)色環(huán)。當(dāng)攝像頭正對(duì)檢測(cè)目標(biāo)，即相應(yīng)色環(huán)在對(duì)應(yīng)攝像 頭成像的屏幕中心位置時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的超聲波傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)，并進(jìn)而完成測(cè)距功 能。測(cè)距后，隨動(dòng)攝像頭中的單片機(jī)系統(tǒng)完成對(duì)安全距離的計(jì)算和確認(rèn)。該單片機(jī)系統(tǒng)不 僅能完成視頻隨動(dòng)功能，也能實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能。
[0037] 如圖4所示，超聲波發(fā)射電路包括超聲波傳感器的發(fā)射器、振蕩器和功率放大電 路；振蕩器的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與超聲波傳感 器的發(fā)射器連接。
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