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专利名称：一种防止吊臂车作业触电预警方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210706163.6

专利申请（专利权）人：国网安徽省电力有限公司池州供电公司
权利人地址：安徽省池州市石城大道107号

专利发明（设计）人：曹现峰,邵全,伍伟斌,石庆松,刘洋,张艳华

专利摘要：本发明公开了一种防止吊臂车作业触电的预警系统，包括：高压近电智能预警装置、二维激光雷达、防触电预警监控系统；其中，高压近电智能预警装置是根据作业车辆在超越高压电力设备规定安全范围作业时在非接触状态下的一种智能预警警示装置，并为防触电预警监控系统提供近电感应数据；二维激光雷达用于探测附近物体距离情况，其中，防触电预警监控系统用于接收高压近电智能预警装置、二维激光雷达的数据，并根据相关设置，进行综合分析后给出相应告警状态。本发明在吊车处于作业状态时，能监测近电感应信息和与周围物体之间的距离信息，多维度监测工作环境，多纬度监测吊臂车工作环境并及时提示司机，从而能降低触电事故和输电线路巡视次数。

主权利要求：
1.一种防止吊臂车作业触电的预警系统，其特征包括：高压近电智能预警装置、二维激光雷达、防触电预警监控系统；
所述高压近电智能预警装置包括：发送端和接收端；
所述发送端设置吊车臂的车斗上并包括：传感器、与所述传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块；
所述接收端设置在吊车臂上，并包括：依次电连接的无线接收模块、MPU单元和报警器；
所述传感器采集在架空线下高压线路的感应电压信号并依次经过滤波电路、采样量化电路、数字处理电路的处理后，得到预处理后的感应电压信号并通过所述无线发射模块发送给所述接收端；
所述接收端中的无线接收模块接收到所述预处理后的感应电压信号并传输给所述MPU单元，使得所述MPU单元根据所设定的电压预警阈值对预处理后的感应电压信号进行比较，若超过阈值，则控制报警模块进行报警提示，并将预警信号W发送给所述防触电预警监控系统；
所述二维激光雷达设置在所述车斗上，并包括有雷达发射单元、雷达接收单元、控制单元、分光元件、扫描镜以及光学元件；其中，所述扫描镜包括：呈共轭关系设置的第一扫描镜和第二扫描镜；所述分光元件包括第一光学元件、第二光学元件、第三光学元件；
所述雷达发射单元利用激光器向周围的扫描区域发射激光信号，并从不同角度照射到所述第一扫描镜的同一位置上，并从不同角度透过第一光学元件与第二光学元件后准直汇聚至所述第二扫描镜上，从而调制激光信号的扫描方向；由所述第二扫描镜反射全部入射的激光信号至所述扫描区域上，并由所述分光元件将所述扫描区域上各目标的回波信号反射至第三光学元件，从而经所述第三光学元件汇聚至所述雷达接收单元中的探测器上；所述探测器将接收到的回波信号发送给所述控制单元，从而由控制单元对回波信号进行处理得到二维雷达数据data_r，并通过网络模块发送给所述防触电预警监控系统；
所述防触电预警监控系统包括：初始化功能模块、常运行功能模块和间歇功能模块；
所述初始化功能模块在初始状态时从配置文件中读取关键配置数据，包括：M个告警级M别阀值{Lm}m=1、雷达设置探测距离d1、雷达探测角度的起始角度a1和结束角度a2、其中，Lm表示第m个告警级别阀值；
N
所述常运行功能模块定义并初始化N种告警状态{Hn}n=1，其中，Hn表示第n种告警状态；
N表示告警状态的种类；
所述常运行功能模块在当前周期t1下接收所述二维雷达数据data_r和预警信号W，当均J接收成功时，将超时标识位{lagj}j=1中对应的超时标识位均设置为真；其中，lagj表示第j个超时标识位；并利用式(1)对所述二维雷达数据data_r进行数据修正，得到修正后的二维雷达数据Data_r：Data_r=data_r×Magnification+offset(1)式(1)中，Magnification表示所设置的数据传输倍数，offset表示所设置的数据偏移量；
所述常运行功能模块在当前周期t1下将修正后的二维雷达数据Data_r分别与M个告警M级别阀值{Lm} m=1进行比较，从而得到在当前周期t1下的雷达告警状态Wr：如果Data_r>L1则令Wr=0；
如果Data_r<L1且Data_r>L2则令Wr=1；
如果Data_r<L2且Data_r>Lm?1则令Wr=2；
如果Data_r<Lm?1且Data_r>Lm则令Wr=m?1；
.
.
.
如果Data_r<LM则令Wr=LM；
N
所述常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}n=1进行级别比较，得到在当前周期下的最高告警级别Lmax并输出；
N N
所述常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}n=1与{Hn}n=1进行逐一比N
较，如果Wn>0且Wn≠hn，则在当前周期t1下的第n种当前告警状态{Wn} n=1存入数据库中；否则，不存入数据库；
N N
所述常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}n=1依次赋值给{Hn} n=1；
J J
所述间歇功能模块在当前周期下t2下根据超时判断标志位{lagj}j=1来判断超时状态{WTj}j=1，如果第j个标志位lagj为真，则令第j个超时状态WTj=0，否则，令第j个超时状态WTj=1；最J后所述间歇功能模块将超时标志位{lagj}j=1设置为假。 说明书 : 一种防止吊臂车作业触电预警方法技术领域[0001] 本发明涉及高压输电线路下吊车作业安全预警，具体涉及一种获取二维激光雷达和高压近电智能预警装置相关数据，进行数据解析，综合分析，给出分级告警提醒以及相关信息，并做告警记录的预警系统。背景技术[0002] 电力系统施工时，不可避免地要在高压输电线路下进行吊运作业。吊车起吊时，司机很难根据肉眼目测来判断吊车臂与电缆间的距离，往往因距离较近而未及时停止吊车臂作业而引发人身安全和大范围停电事故。随着电力系统的不断扩大，供电部门通过增加巡视频次来加强电力线路的保护，目前已有根据电场感应原理和无线通信技术判断吊车臂与输电线路距离的报警系统，系统在一定程度上避免了目测方式存在的潜在危险源。但电场感应原理容易受到外在因素如天气等影响，其单一的信息来源无法保证证，信息的可靠性，仍无法完全取代或从源头上减少线路管理人员的巡视频次。发明内容[0003] 本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种防止吊臂车作业触电预警方法，以期能集吊车作业报警和监控于一体，以降低触电事故和输电线路巡视次数，从而能保证生产作业的安全性。[0004] 本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：[0005] 本发明一种防止吊臂车作业触电的预警系统的特点包括：高压近电智能预警装置、二维激光雷达、防触电预警监控系统；[0006] 所述高压近电智能预警装置包括：发送端和接收端；[0007] 所述发送端设置吊车臂的车斗上并包括：传感器、与所述传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块；[0008] 所述接收端设置在吊车臂上，并包括：依次电连接的无线接收模块、MPU单元和报警器；[0009] 所述传感器采集在架空线下高压线路的感应电压信号并依次经过滤波电路、采样量化电路、数字处理电路的处理后，得到预处理后的感应电压信号并通过所述无线发射模块发送给所述接收端；[0010] 所述接收端中的无线接收模块接收到所述预处理后的感应电压信号并传输给所述MPU单元，使得所述MPU单元根据所设定的电压预警阈值对预处理后的感应电压信号进行比较，若超过阈值，则控制所述报警模块进行报警提示，并将预警信号W发送给所述防触电预警监控系统；[0011] 所述二维激光雷达设置在所述车斗上，并包括有雷达发射单元、雷达接收单元、控制单元、分光元件、扫描镜以及光学元件；其中，所述扫描镜包括：呈共轭关系设置的第一扫描镜和第二扫描镜；所述分元件包括第一、第二、第三光学元件；[0012] 所述雷达发射单元利用激光器向周围的扫描区域发射激光信号，并从不同角度照射到所述第一扫描镜的同一位置上，并从不同角度透过第一光学元件与第二光学元件后准直汇聚至所述第二扫描镜上，从而调制激光信号的扫描方向；由所述第二扫描镜反射全部入射的激光信号至所述扫描区域上，并由所述分光元件将所述扫描区域上各目标的回波信号反射至第三光学元件，从而经所述第三光学元件汇聚至所述雷达接收单元中的探测器上；所述探测器将接收到的回波信号发送给所述控制单元，从而由控制单元对回波信号进行处理得到二维雷达数据data_r，并通过网络模块发送给所述防触电预警监控系统；[0013] 所述防触电预警监控系统包括：初始化功能模块、常运行功能模块和间歇功能模块；[0014] 所述初始化功能模块在初始状态时从配置文件中读取关键配置数据，包括：M个告M警级别阀值{Lm}m=1、雷达设置探测距离d1、雷达探测角度的起始角度a1和结束角度a2、其中，Lm表示第m个告警级别阀值；[0015] 所述常运行功能模块定义并初始化N种告警状态{Hn}Nn=1，其中，Hn表示第n种告警状态；N表示告警状态的种类；[0016] 所述常运行功能模块在当前周期t1下接收所述二维雷达数据data_r和预警信号JW，当均接收成功时，将超时标识位{lagj}j=1中对应的超时标识位均设置为真；其中，lagj表示第j个超时标识位；并利用式(1)对所述二维雷达数据data_r进行数据修正，得到修正后的二维雷达数据Data_r：[0017] Data_r=data_r×Magnification+offset(1)[0018] 式(1)中，Magnification表示所设置的数据传输倍数，offset表示所设置的数据偏移量；[0019] 所述常运行功能模块在当前周期t1下将修正后的数据Data_r分别与M个告警级别阀值[0020] {Lm}Mm=1进行比较，从而得到在当前周期t1下的雷达告警状态Wr：[0021] 如果Data_r>L1则令Wr=0；[0022] 如果Data_r<L1且Data_r>L2则令Wr=1；[0023] 如果Data_r<L2且Data_r>Lm?1则令Wr=2；[0024] 如果Data_r<Lm?1且Data_r>Lm则令Wr=m?1；[0025] 如果Data_r<LM则令Wr=LM；[0026] 所述常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}Nn=1进行级别比较，得到在当前周期下的最高告警级别Lmax并输出；[0027] 所述常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}Nn=1与{Hn}Nn=1进行逐N一比较，如果Wn>0且Wn≠hn，则在当前周期t1下的第n种当前告警状态{Wn}n=1存入数据库中；否则，不存入数据库；[0028] 所述常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}Nn=1依次赋值给{Hn}Nn=1；J所述间歇功能模块在当前周期下t2下根据超时判断标志位{lagj} j=1来判断超时状态{WTjJ}j=1，如果第j个标志位lagj为真，则令第j个超时状态WTj=0，否则，令第j个超时状态WTj=J1；最后所述间歇功能模块将超时标志位{lagj j=1设置为假。[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：[0030] 本发明从减少停电损失的目的出发设计开发吊车作业监控系统，该系统由安装在吊车臂上的高压近电智能预警装置、二维激光雷达、防触电预警监控系统（上位机系统）3个部分组成。当吊车处于作业状态时，二维激光雷达可以时监测吊车臂与输电线路之间的距离，近电检测装置可实时监测电压信息，多维度监测大大提高了监测数据来源的可靠性，并发送到工控上位机，上位机系统进行数据解析，综合分析，根据分级设置给出分级告警提醒以及相关信息，并做告警记录用于提示司机，从而能集吊车作业报警和监控于一体，进一步降低了触电事故和输电线路巡视次数。附图说明[0031] 图1是本发明所述的防止吊臂车作业触电预警系统构成框图；[0032] 图2是本发明所述的近电智能预警装置构成框图；[0033] 图3是本发明实例中所述的二维雷达探测范围示意图；[0034] 图4是本发明所述的防触电预警监控系统核心功能函数图。具体实施方式[0035] 本实施例中，如图1所示，一种防止吊臂车作业触电的预警系统，包括：高压近电智能预警装置、二维激光雷达、防触电预警监控系统；[0036] 高压近电智能预警装置包括：发送端和接收端；[0037] 发送端设置吊车臂的车斗上并包括：传感器、与传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块；[0038] 接收端设置在吊车臂上，如图2所示，并包括：依次电连接的无线接收模块、MPU单元和报警器；[0039] 传感器采集在架空线下高压线路的感应电压信号并依次经过滤波电路、采样量化电路、数字处理电路的处理后，得到预处理后的感应电压信号并通过无线发射模块发送给接收端；[0040] 接收端中的无线接收模块接收到预处理后的感应电压信号并传输给MPU单元，使得MPU单元根据所设定的电压预警阈值对预处理后的感应电压信号进行比较，若超过阈值，则控制报警模块进行报警提示，并将预警信号W发送给防触电预警监控系统；[0041] 由于发送模块一般安装在大型工程机械中离高压线路最近的部位，而接收装置距离驾驶员及现场其他施工人员越近越好，优选的，采用无线方式连接发送模块和接收模块。通过2.4G无线方式传输数据，无障碍情况下数据通讯传输距离可达200米以上，可满足现场距离的需求。发送模块（发射端）、接收模块（接收端）可采用本地电源供电(12V～24V)及电池供电。[0042] 其工作原理为：智能预警系统将接收到的监测信号进行前端分析处理，取出50HZ工频信号，经过数字滤波排除干扰信号，分析其信号强度，当达到预设值时发出无线报警信号给接收端，接收端在接收到该信号后报警，提示用户设备已接近强电，请注意危险。预警系统只对220V以上工频50HZ?60HZ的电压预警，电路通过数字滤波抗干扰，稳定可靠。特别注意：智能预警系统不对直流、高频、静电预警，该设备主要用于对检测架空线下施工的作业车辆预警的系统，检测的电压可根据需要通过接收端人机界面设置。[0043] 二维激光雷达设置在车斗上，并包括有雷达发射单元、雷达接收单元、控制单元、分光元件、扫描镜以及光学元件；其中，扫描镜包括：呈共轭关系设置的第一扫描镜和第二扫描镜；分元件包括第一、第二、第三光学元件；[0044] 雷达发射单元利用激光器向周围的扫描区域发射激光信号，并从不同角度照射到第一扫描镜的同一位置上，并从不同角度透过第一光学元件与第二光学元件后准直汇聚至第二扫描镜上，从而调制激光信号的扫描方向；由第二扫描镜反射全部入射的激光信号至扫描区域上，并由分光元件将扫描区域上各目标的回波信号反射至第三光学元件，从而经第三光学元件汇聚至雷达接收单元中的探测器上；探测器将接收到的回波信号发送给控制单元，从而由控制单元对回波信号进行处理得到二维雷达数据data_r，并通过网络模块发送给防触电预警监控系统；[0045] 本实例中，激光二维雷达是采用飞行时间（TOF,TimeofFlight）原理设计，通过对激光脉冲反射过程的精密时间测量，获得高精度的距离信息，配合电机旋转完成对周围环境的二维扫描，可实现40m范围内的可靠测量，角度范围270°，如图3所示。[0046] 防触电预警监控系统包括：初始化功能模块、常运行功能模块和间歇功能模块；其工作流程如图4所示：[0047] 初始化功能模块在初始状态时从配置文件中读取关键配置数据，包括：M个告警级M别阀值{Lm}m=1、雷达设置探测距离d1、雷达探测角度的起始角度a1和结束角度a2、其中，Lm表示第m个告警级别阀值；[0048] 常运行功能模块定义并初始化N种告警状态{Hn}Nn=1，其中，Hn表示第n种告警状态；N表示告警状态的种类；[0049] 常运行功能模块在当前周期t1下接收二维雷达数据data_r和预警信号W，当均接J收成功时，将超时标识位{lagj}j=1中对应的超时标识位均设置为真；其中，lagj表示第j个超时标识位；并利用式(1)对二维雷达数据data_r进行数据修正，得到修正后的二维雷达数据Data_r：[0050] Data_r=data_r×Magnification+offset(1)[0051] 式(1)中，Magnification表示所设置的数据传输倍数，offset表示所设置的数据偏移量；[0052] 常运行功能模块在当前周期t1下将修正后的数据Data_r分别与M个告警级别阀值M{Lm}m=1进行比较，从而得到在当前周期t1下的雷达告警状态Wr：[0053] 如果Data_r>L1则令Wr=0；[0054] 如果Data_r<L1且Data_r>L2则令Wr=1；[0055] 如果Data_r<L2且Data_r>Lm?1则令Wr=2；[0056] 如果Data_r<Lm?1且Data_r>Lm则令Wr=m?1；[0057] 如果Data_r<LM则令Wr=LM；[0058] 这里m越大Lm所代表的告警级别越高；[0059] 常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}Nn=1进行级别比较，得到在当前周期下的最高告警级别Lmax并输出；[0060] 常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}Nn=1与{Hn}Nn=1进行逐一比N较，如果Wn>0且Wn≠hn，则在当前周期t1下的第n种当前告警状态{Wn} n=1存入数据库中；否则，不存入数据库；[0061] Wn>0表示第n种当前告警状态存在告警，并且Wn≠hn即第n种告警状态当前告警级别与历史告警级别不同，以避免一个持续的告警状态会重复存入数据库。[0062] 常运行功能模块在当前周期t1下将N种当前告警状态{Wn}Nn=1依次赋值给{Hn}Nn=1；此赋值操作为更新历史告警状态。[0063] 间歇功能模块在当前周期t2下根据超时判断标志位{lagj}Jj=1来判断超时状态J{WTj} j=1，如果lagj为真，则令第j个超时状态WTj=0，否则，令第j个超时状态WTj=1；最后J间歇功能模块将超时标志位{lagj}j=1设置为假。[0064] 此处{lagj}Jj=1做为超时判断的标志位，设置为假并不代表，已超时，而是经过一段时间（例如30秒），这段时间内如果接收到第j种数据，则把对应的lagj的值赋值为真，这段J J时间过后再根据{lagj}j=1来给{WTj}j=1赋值。[0065] 本实例中，系统主要包含：近电电压预警信息和二维扫描雷达预警信息监控页，二维扫描雷达设置页和告警历史页，可获取测距雷达系统和电压预警系统相关数据，进行数据解析，综合分析，给出分级告警提醒以及相关信息，并做告警记录。[0066] 具体的说：[0067] 通过TCP协议采集二维激光扫描雷达的测距信息，并把测距信息按照设置的告警分级阀值判断如超过告警基准阀值则通过上位机界面显示及声音给出相应等级测距告警信息，并将告警信息纳入告警数据库。[0068] 通过GPIO协议采集高压近电智能预警装置的测距信息，并把电压预警信息通过上位机（安装本系统的设备）界面显示及声音给出相应电压告警信息，并将告警信息纳入告警数据库。[0069] 通过二维扫描雷达设置页，可以进行连接二维激光雷达，开启二维激光雷达扫描，设置雷达扫描角度，设置距离告警分组阀值等操作。[0070] 可通过查看历史界面，分页查看历史告警信息。[0071] 全面实现获取测距雷达系统和电压预警系统相关数据，进行数据解析，综合分析，给出分级告警提醒以及相关信息，并做告警记录等功能。操作人员通过此系统可对防触电预警系统的运行状态一目了然。

专利地区：安徽

专利申请日期：2022-06-21

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN114988305B