輸電線路帶電作業安全實時控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種輸電線路帶電作業安全實時控制系統。
【背景技術】
[0002] 隨著我國電網的快速發展，帶電檢修已成為保證電網的安全運行和穩定供電的重 要手段，同時給帶電作業工作提出了嚴峻的挑戰。帶電作業人員在作業過程中，由于工作程 序繁瑣，工作環境惡劣等原因，往往使作業人員容易忽視身邊危險，無意中過于接近帶電設 備，造成人員傷亡。因此，如何有效保障帶電作業過程中作業人員安全、增強帶電作業工作 的安全管理，預防及減少安全事故的發生，已成為我國帶電作業領域重要的研宄項目。
[0003] 帶電作業的安全距離是指作業人員在確保安全的前提下，與帶電體或接地體之間 所應保持的各種最小空氣間隙距離的總稱，是保證帶電作業人身和設備安全的關鍵，輸電 線路帶電作業安全距離的準確計算是帶電作業中一項至關重要的工作。
[0004] 目前，我國帶電作業安全距離的確定和作業過程的管控，主要是依靠具有豐富帶 電作業實踐經驗的專責監護人員的監督及作業人員的自覺來實現。專責監護人完全憑借自 身的工作經驗、個人狀態通過目測來確定安全距離，這種做法存在一定的主觀因素，同時還 會受到視覺角度和外界環境等客觀因素的影響，容易造成距離的判斷結果與實際安全距離 存在較大差距，無法保證帶電作業人員的安全；另一方面，帶電作業人員在作業過程中，由 于現場作業點多面廣，工作繁重，作業人員易疲勞，精力不夠集中，容易發生違章行為，從而 導致安全事故的發生。因此，僅僅依靠專責監護人員的觀察能力和作業人員的自覺性，一般 很難保證現場帶電作業時安全距離的準確判斷和作業過程的有效控制。
[0005] 項目針對目前我國電力行業帶電作業中安全預警系統產品缺乏、功能單一等現 狀，提出基于多傳感器的帶電作業安全距離實時檢測和視頻監控系統，對作業人員作業過 程中的安全距離進行準確計算及預警，并實現作業現場的全過程實時監控，項目的研宄對 防止作業人員的習慣性違章和人身傷亡等安全事故的發生提供了有效的技術方法和技術 手段，可望在帶電作業安全信息獲取、安全距離預警和作業現場監控等方面取得技術、方法 和應用上突破，對促進我國帶電作業工作的發展具有十分重要的工程實踐價值。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型針對目前我國帶電作業中安全距離預警系統缺乏的問題，提供一種保 證作業人員安全并提高帶電作業效率的輸電線路帶電作業安全實時控制系統。
[0007] 本實用新型提供的這種輸電線路帶電作業安全實時控制系統，包括若干隨動攝像 頭、移動監控終端和控制指揮中心；隨動攝像頭中集成超聲波測距模塊；隨動攝像頭通過 無線通信方式與移動監控終端進行數據交互；移動監控終端通過無線通信方式與控制指揮 中心進行數據交互。
[0008] 所述隨動攝像頭包括超聲波測距模塊、攝像頭裝置、單片機控制系統和無線通信 模塊；超聲波測距模塊內嵌在攝像頭裝置的前端；超聲波測距模塊與單片機控制系統連 接；攝像頭裝置與單片機控制系統連接，單片機控制系統控制攝像頭裝置實時跟隨目標運 動；單片機控制系統的串口與無線通信模塊連接，單片機控制系統將視頻數據和測距數據 通過無線通信模塊發至控制中心。
[0009] 所述超聲波測距模塊包括超聲波發射電路和超聲波接收電路；超聲波發射電路發 射超聲波信號，該信號遇到被檢測物返回由超聲波接收電路接收，超聲波接收電路將接收 的信號傳至單片機控制系統。
[0010] 所述超聲波發射電路包括超聲波傳感器的發射器、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射 器連接。
[0011] 所述超聲波接收電路采用單穩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的攝像頭。
[0013] 所述移動監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、存儲模塊連接；電源模塊給 上述各模塊供電。
[0014] 本實用新型是基于多超聲波傳感器融合的帶電作業安全距離實時檢測系統，可實 時發出警報信號。通過本實用新型為帶電作業的安全提供有效的監控，對預防或減少帶電 作業人身傷害等事故的發生具有十分重要的工程實踐價值。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的原理示意圖。
[0016] 圖2是本實用新型的隨動攝像頭前端結構示意圖。
[0017] 圖3是本實用新型的超聲波測距模塊功能框圖。
[0018] 圖4是本實用新型的振蕩-放大型發射原理框圖。
[0019] 圖5是本實用新型的超聲波發射電路圖。
[0020] 圖6是本實用新型的超聲波接收電路圖。
[0021] 圖7是本實用新型的移動監控終端主要硬件模塊框圖。
[0022] 圖8是本實用新型的移動監控的軟件結構圖。
[0023] 圖9是本實用新型的一種實施方式示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0025] 如圖1所示，本實用新型包括若干隨動攝像頭、移動監控終端和控制指揮中心。隨 動攝像頭中集成超聲波測距模塊；隨動攝像頭通過無線通信方式與移動監控終端進行數據 交互；移動監控終端通過無線通信方式與控制指揮中心進行數據交互。
[0026] 隨動攝像頭包括超聲波測距模塊、攝像頭裝置、單片機控制系統和無線通信模塊。 超聲波測距模塊內嵌在攝像頭裝置的前端；超聲波測距模塊與單片機控制系統連接；攝像 頭裝置與單片機控制系統連接，單片機控制系統控制攝像頭裝置實時跟隨目標運動；單片 機控制系統的串口與無線通信模塊連接，單片機控制系統將視頻數據和測距數據通過無線 通信模塊發至控制中心。
[0027] 攝像頭裝置包括帶云臺的攝像頭。
[0028] 如圖2所示，其中1為超聲波傳感器，可以發射超聲波和接收色環反射回來的超聲 波；2為攝像頭視頻采集器，可以對監控的畫面信息進行采集；3是集成超聲波傳感器的隨 動攝像頭的外殼，通過外殼將傳感器和攝像頭固定在一起。
[0029] 如圖3所示，超聲波測距模塊包括超聲波發射電路、超聲波接收電路、A/D轉換電 路、溫度補償電路、串口發送電路和電源電路。溫度補償電路包括溫度傳感器和信號處理電 路；溫度補償電路的輸出端與單片機控制系統連接。
[0030] 單片機控制系統包括FPGA。FPGA包括UART發送模塊、數據采集模塊、計時模塊、 溫度補償模塊、視頻圖像處理模塊、視頻隨動模塊、三維坐標模塊和片內RAM。UART發送模 塊將接收到的超聲波傳感器測得的數據進行轉換后發出；數據采集模塊采集超聲波傳感器 測得的數據并進行信號調理等處理后傳至UART發送模塊；UART發送模塊將接收到的數據 發出；計時模塊用于超聲波信號發出至返回信號接收整個過程的計時；溫度補償模塊與溫 度補償電路連接，用于獲取溫度補償信號并將溫度補償信號告知單片機控制系統；三位坐 標模塊構建當前作業人員與其工作的桿塔的三維坐標系，由此給后續安全警示提供必要的 基準。
[0031] 視頻圖像處理模塊采集攝像頭的視頻數據，由圖像處理算法分析某一攝像頭所監 視的對象(實際就是其對應的色環）的成像是否在屏幕的中心位置，若在屏幕的中心位置， 則認為該攝像頭是正對色環的，就可以啟動超聲波測距模塊進行測距，若成像不是在屏幕 正中位置，則輸出控制信號，驅動攝像頭的云臺轉動（向上、向下、向左或向右)，從而調節攝 像頭的方位，保證攝像頭正對監視的目標，從而實現攝像頭與運動目標的隨動，以便進一步 實現成功測距。這其中的原因是：如果攝像頭沒有正對監視的目標，超聲波傳感器發射的超 聲波信號可能不被反射回來，因而無法實現測距。
[0032] 視頻隨動模塊實際是依據視頻圖像處理模塊的輸出信號，去控制攝像頭云臺的轉 動。
[0033] 本實用新型采用往返時間法獲取距離信息。往返時間檢測法的原理為用超聲波脈 沖激勵超聲波探頭，使之向外界發射超聲波，檢測從超聲波發射器發出的超聲波（假設傳 播介質為氣體），記錄經氣體介質傳播到接收器的時間，即往返時間。往返時間與氣體介質 中的聲速相乘，就是聲波傳輸的距離，而所測距離是聲波傳輸距離的一半。
[0034] 超聲波發射電路發射超聲波信號，該信號遇到被檢測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對接收信號進行放大和濾波；將調理后的信號進行A/D 轉換；將溫度傳感器所測的數值傳輸到信號處理電路；利用FPGA對數字信號進行采集并完 成距離的計算，并準備下一次的測距準備。
[0035] 本實用新型通過視頻隨動模塊執行對攝像頭的運動控制，該模塊具有視頻數據分 析、視頻圖像處理和云臺控制等功能。
[0036] 工作時，視頻圖像處理模塊處理攝像頭監測的色環是否對準中心的信息，若未對 準中心，則輸出控制信號給視頻隨動模塊，由視頻隨動模塊將偏差量發給攝像頭云臺進行 調整并實施控制，從而使攝像頭對準色環。當攝像頭正對檢測目標，即相應色環在對應攝像 頭成像的屏幕中心位置時，觸發相應的超聲波傳感器發射超聲波信號，并進而完成測距功 能。測距后，隨動攝像頭中的單片機系統完成對安全距離的計算和確認。該單片機系統不 僅能完成視頻隨動功能，也能實現測距功能。
[0037] 如圖4所示，超聲波發射電路包括超聲波傳感器的發射器、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 器的發射器連接。
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