激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)

國網(wǎng)無錫供電公司 蘇 曉 丁 爭

如何解決輸電線路被外力破壞的問題一直都是困擾線路運檢人員的一大難題，傳統(tǒng)的人防、物防設(shè)施難以再保障架空線路的運行安全，存在非常多的安全隱患。當(dāng)前國際上為解決輸電線路外力破壞問題，監(jiān)控報警系統(tǒng)主要有三個研究方向：使用雷達(dá)微波進(jìn)行監(jiān)控。這種方法從理論上講可行度非常高，但由于設(shè)備本身造價太高難以大量投入生產(chǎn)和使用；使用視頻監(jiān)控。這種方式需借助人工力量，需監(jiān)控人員24小時不斷地觀察監(jiān)控，當(dāng)輸電線路受到威脅時監(jiān)控人員需到線路現(xiàn)場進(jìn)行警告；使用紅外激光或普通激光在輸電線路附近進(jìn)行布放。該方法具有較高局限性且報警準(zhǔn)確率較低，因此沒有被推廣[1]。

1 激光探測技術(shù)的遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)

激光探測技術(shù)的典型應(yīng)用有激光測距儀及激光探測系統(tǒng)。激光探測系統(tǒng)可將激光信號轉(zhuǎn)化為電信號，也就是可將光信息轉(zhuǎn)化成電信息，通過不同的處理方式可將不同信息進(jìn)行采集，從而實現(xiàn)探測目的。激光探測技術(shù)可分為直接探測和外差探測兩種，按照檢測器可分為單元探測和多元列陣探測。激光探測技術(shù)的優(yōu)勢在于具有較好防水、防塵功能，可在少量遮擋的情況下完成探測，金屬探頭可與很多儀器設(shè)備協(xié)同使用，探測距離相對較遠(yuǎn)，且激光探測技術(shù)使用的儀器設(shè)備成本相對較低[2]。

通過對遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)進(jìn)行實踐得出結(jié)論，該系統(tǒng)能有效保證輸電線路的安全。該系統(tǒng)使用了較為先進(jìn)的激光探測技術(shù)，可以較高的準(zhǔn)確率完成對我國高壓電力線路被外力破壞現(xiàn)象的預(yù)警，該設(shè)備投入使用后，可通過激光檢測技術(shù)識別對輸電線路可能造成破壞的行為，并及時通報給值班人員，值班人員可通過揚聲器對現(xiàn)場進(jìn)行警報，有力阻止外破行為，讓無意間發(fā)生外破行為的可能性降低[3]。當(dāng)前采用激光測距的主要方法有飛行時間測量法、相位測量法及三角原理測量法。遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控警報系統(tǒng)中使用了很多先進(jìn)的科技技術(shù)，如激光探測、人工智能及無線通信技術(shù)。

激光探測的輸電線路在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)工作流程中，在高壓輸電線路附近首先設(shè)置激光探測裝置，激光探測機(jī)將高壓輸電線附近的信息采集并傳達(dá)到GSM 報警主機(jī)中，如果識別到危險信號，GSM 主機(jī)將會控制高音喇叭進(jìn)行警告，提醒現(xiàn)場注意安全，同時還會通過GSM 網(wǎng)絡(luò)向輸電線路運檢人員發(fā)送消息，提醒管理者危險，讓管理者能提高對該區(qū)域的關(guān)注程度，實行實時監(jiān)控，防止威脅線路安全的現(xiàn)象發(fā)生。

2 激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計

激光探測技術(shù)主要是通過激光將現(xiàn)場的信息進(jìn)行采集，通過GSM 報警主機(jī)完成對危險的識別[4]。該系統(tǒng)能將物體距離高壓線路的距離進(jìn)行計算，使用人工智能及設(shè)置好的程序，根據(jù)不同的高壓級別線路設(shè)定不同的安全距離參數(shù)，以此來實現(xiàn)對危險程度的判斷，對不同的危險程度采用不同的報警方式。此外該設(shè)備還兼具鐵塔傾斜報警及撞擊報警等功能，可實現(xiàn)一套設(shè)備檢測多種現(xiàn)象。該設(shè)備使用GSM 通訊方式，使用太陽能進(jìn)行供電，可實現(xiàn)高壓線路的長期點位監(jiān)控及臨時點位的監(jiān)控，且該技術(shù)能和視頻監(jiān)控技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，當(dāng)激光探測到物體高速接近輸電線路時，可喚醒視頻監(jiān)控裝置對現(xiàn)場情況進(jìn)行記錄，大幅度提高了監(jiān)控效果。

2.1 系統(tǒng)功能

激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)核心在于激光探測，通過激光將高壓線附近磁場強(qiáng)度的變化值及激光往返于靶心和設(shè)備間所使用的的時間、確定外來物體和高壓線之間的距離關(guān)系，按照GSM 主機(jī)中設(shè)置好的安全距離參數(shù)值進(jìn)行報警，如外來物體對輸電線路造成的威脅較高，超過了基本的警戒值或其他預(yù)設(shè)值，GSM 主機(jī)將會發(fā)送信號到現(xiàn)場的高音喇叭中發(fā)出警報提示，與此同時GSM 主機(jī)還會將信號發(fā)送給運檢人員通過視頻觀察現(xiàn)場的情況，如危險等級較高，運檢人員將會進(jìn)行遠(yuǎn)程喊話阻止外來物體對高壓線的破壞，還能通過調(diào)度監(jiān)控中心在后臺操作處置。該系統(tǒng)能根據(jù)相對距離進(jìn)行位置分析，對高壓線路下方的樹木生長情況進(jìn)行實時監(jiān)控、實現(xiàn)超高報警，同時傳感器還能檢測到鐵塔是否發(fā)生沉降，實現(xiàn)對鐵塔傾斜的報警和撞擊報警。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)想要發(fā)揮作用、實時保護(hù)輸電線路，硬件支持是必不可少的，該系統(tǒng)的基本硬件組成包括了激光探測儀器、探頭、GSM 激光報警控制主機(jī)、高聲喇叭、警示燈、太陽能板以及高清攝像頭等相關(guān)的部件。該系統(tǒng)中的激光探測設(shè)備應(yīng)能夠檢測在800米之內(nèi)的物體，精度應(yīng)保證在±0.5m 范圍內(nèi)，當(dāng)外來物體超過初始警戒報警值時，可檢測到該物體繼續(xù)向輸電線路移動的情況，如超過危險距離將會采取預(yù)防措施。在設(shè)置該系統(tǒng)的硬件時，應(yīng)將激光探頭、激光報警控制主機(jī)及其他需固定的輔助設(shè)備安裝在需監(jiān)控高壓線路的一側(cè)，安裝激光探頭時，應(yīng)保證激光可水平對準(zhǔn)相鄰鐵塔間輸電線電弧下垂5米、6米和8.5米的位置，實現(xiàn)對超高物體高度的檢測[5]。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)置

該系統(tǒng)的后臺由運檢人員進(jìn)行操控，可通過手機(jī)、平板或計算機(jī)等終端設(shè)備實現(xiàn)后臺管理。當(dāng)在終端設(shè)備中對該系統(tǒng)下達(dá)“布防”命令后，該系統(tǒng)將會投入到警戒狀態(tài)中，當(dāng)有外來物體進(jìn)入到激光探測裝置設(shè)定的警戒距離值時，警報裝置將會被觸發(fā)，運檢人員可通過監(jiān)控設(shè)備看到現(xiàn)場情況，以便通過后臺操作系統(tǒng)更改警戒的等級。在報警裝置被觸發(fā)后，高音喇叭將會默認(rèn)播放系統(tǒng)設(shè)定的程序，如“前方高壓危險，操作注意安全”等語音提示，主機(jī)也會講現(xiàn)場各種情況，如外界物體的危險程度與輸電電纜間的距離等情報，通過GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到運檢人員的終端系統(tǒng)中，讓終端人員能實現(xiàn)對輸電電線現(xiàn)場情況的遠(yuǎn)程控制。這樣就實現(xiàn)了終端人員即使沒在現(xiàn)場也可對現(xiàn)場實際情況了如指掌，那些對線路造成安全的不法行為都會被記錄。在這個過程中還可添加人臉識別系統(tǒng)，對照人臉識別再和戶籍警察取得一定的聯(lián)系，讓不法分子的信息全面展示在警察眼前，從根源上震懾，這樣就便于對不法行為進(jìn)行全面制止。

運檢人員可通過終端設(shè)備對現(xiàn)場進(jìn)行喊話警告，當(dāng)現(xiàn)場不停勸阻繼續(xù)危險作業(yè)時，可將現(xiàn)場的情況報告給電力警察，并將實時監(jiān)控視頻通過無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳送到警察的終端中，由警察制止輸電電線現(xiàn)場的工作。該系統(tǒng)中對于危險物體靠近輸電電線距離不同設(shè)置了不同檔位的報警提示，在危險物體進(jìn)一步靠近電線時用更加清晰急促的聲音提示現(xiàn)場工作人員，這種多檔警報的形式也有助于運檢人員對外界高危動作風(fēng)險進(jìn)行評估，以便采取應(yīng)對措施。

3 激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)的實施

該系統(tǒng)在實際的運行過程中應(yīng)用了激光光電學(xué)融合的原理，實現(xiàn)了當(dāng)外界物品入侵輸電電線危險領(lǐng)域時無人操作完成報警的工作，準(zhǔn)確率較高，有較強(qiáng)的推廣價值和使用價值。該產(chǎn)品設(shè)計思路簡單，使用的硬件先進(jìn)，通過合理的搭配硬件改變了傳統(tǒng)系統(tǒng)在遭遇外力入侵直接觸發(fā)阻斷的落后機(jī)制，實現(xiàn)了對輸電線路危險領(lǐng)域的全角度監(jiān)控，各方向的入侵物都能正確的觸發(fā)警報。

該系統(tǒng)還結(jié)合了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控單元，當(dāng)發(fā)生報警時運檢人員可第一時間確認(rèn)現(xiàn)場具體情況，極大地減少了誤報的情況，使運檢人員任務(wù)量降低。該系統(tǒng)投入使用后，可根據(jù)現(xiàn)場輸電線路具體情況及事故多發(fā)的特點對報警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，具有很強(qiáng)適用性。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)創(chuàng)新和實用性，使用該系統(tǒng)能改變現(xiàn)場的巡查狀態(tài)，將現(xiàn)場線路安全監(jiān)控方法進(jìn)行優(yōu)化，極大減少了人力資源投入，解決了當(dāng)下輸電線容易被外界物品破壞的情況。在未來該項技術(shù)將會朝著更加智能化的方向推進(jìn)，通過機(jī)器人更為智能化的激光探測技術(shù)應(yīng)用，幫助實施遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警，真正地保障線路安全。這對保護(hù)人們的合法權(quán)益和推動社會的穩(wěn)定都有重要的意義。

基于激光探測技術(shù)的實時遠(yuǎn)程線路安全監(jiān)控報警系統(tǒng)投入使用后，能有效檢測輸電線路外部對其有威脅的外物，通過激光感應(yīng)感知到威脅之后，聲光報警設(shè)備將會啟動，對入侵高大機(jī)械及危險行為進(jìn)行安全勸阻，避免對輸電線路造成破壞造成設(shè)備故障和停電，讓供電的可靠性能夠得到保證。該設(shè)備的投入生產(chǎn)，通過實踐不斷對其進(jìn)行改良，將為社會安全可靠供電帶來更大的效益。