基于ZigBee技術(shù)的巡線安全互助報警系統(tǒng)研究

潘偉建 洪 靜 崔利兵 朱志華

（浙江華電器材檢測研究所，浙江 杭州 310015）

0 引言

隨著電網(wǎng)的擴大和電壓等級的升高，輸電線路在電網(wǎng)中的作用和地位越來越重要。線路分布在城鎮(zhèn)、田野、丘陵、高山之中，隨時可能遭遇洪汛、臺風、高溫、雷雨、冰雪、泥石流等惡劣自然災(zāi)害的侵襲和各種人為的外力破壞，為了確保電網(wǎng)的安全經(jīng)濟供電，對線路管理工作提出了很高的要求。因此，野外巡線、檢修等工作日益增多，作業(yè)人員野外工作時發(fā)生人身傷亡的事故時有發(fā)生［1］，其原因主要有如下幾點：（1）野外作業(yè)條件惡劣。線路運行檢修人員面臨的是大量的野外作業(yè)，且常常是單兵作戰(zhàn)，如線路巡視、檢修、測量、修剪樹木等，有可能遭遇觸電、墜落、砸傷、摔傷、夾傷、割傷、刺傷、溺水、中暑、凍傷、雷擊、昆蟲及其他動物襲擊等傷害。（2）作業(yè)人員安全意識不高。有些野外作業(yè)人員的安全意識較薄弱，缺乏必要的培訓，靠著藝高人膽大盲目進行作業(yè)，不主動佩戴使用安全防護器具，或安全防護器具使用不當，對安全防護器具的功能、佩戴方法與使用注意事項了解不夠，導(dǎo)致意外的發(fā)生。（3）缺少安全報警系統(tǒng)。目前缺少一種可以對野外作業(yè)人員的身體狀態(tài)進行監(jiān)控，發(fā)生意外時進行報警、定位的系統(tǒng)，以致延誤救援時間。

在遭遇危險時如何及時報警，以提高救援效率，保障作業(yè)人員的生命安全，是現(xiàn)代社會“以人為本”理念的具體表現(xiàn)，也是企業(yè)管理層面臨的現(xiàn)實棘手難題。因此，開發(fā)一套適用于野外巡線作業(yè)的安全互助報警系統(tǒng)，有其實際意義和應(yīng)用前景。

1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是新一代的通信網(wǎng)絡(luò)，該技術(shù)集無線通信、嵌入式計算、傳感器和分布式處理于一體，屬多學科交叉的研究領(lǐng)域［2－5］。表1為常用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對比表，其中的ZigBee技術(shù)較適合輸電線路巡線作業(yè)的低成本、少維護要求。

2 ZigBee技術(shù)應(yīng)用于輸電線路巡線作業(yè)的可行性論證

ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、工作在2.4 GHz和868／915 MHz的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)方案，是一種雙向傳輸（two-way）的無線通信標準，采用一般IEEE802.15.4收發(fā)器技術(shù)與嵌入ZigBee技術(shù)協(xié)議棧的組合；按IEEE802.15.4標準，在數(shù)千個微傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器僅需很少的能量，便可以接力的方式將數(shù)據(jù)從一個傳感器無線傳送到另一個傳感器，依次傳遞，以構(gòu)成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，主要用于中短距離無線系統(tǒng)連接，能夠滿足對各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和控制命令、信息輸入的需求，使現(xiàn)有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化；特別適用于信息采集與監(jiān)控領(lǐng)域。表2所列是ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于巡線安全互助報警系統(tǒng)所具備的條件［6－8］。

表1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對比表

3 輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)研究

研制輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)的主要思路是實現(xiàn)野外無移動信號地區(qū)巡線作業(yè)現(xiàn)場人員近距離（作業(yè)半徑1 500 m）間個體作業(yè)人員相互信息采集、互報、呼叫等功能，突出執(zhí)行人員遇險報警，確保野外作業(yè)的安全可控。本系統(tǒng)的設(shè)計原則為研發(fā)一種既不妨礙作業(yè)人員的工作，也不引入新的安全隱患，又能提供安全保障和語音通訊功能的裝置，功能上分為2個獨立系統(tǒng)，即腕表監(jiān)控系統(tǒng)（由主控芯片、紅外脈搏測量傳感器、電源控制等組成）和主機監(jiān)控系統(tǒng)（由CPU模塊、語音編解碼模塊、ZigBee通訊模塊、無線通訊微網(wǎng)絡(luò)模塊、加速度傳感器等組成），兩者之間采用無線通訊模式，實現(xiàn)監(jiān)測、報警及定位的作用。表3列舉了巡線安全互助報警系統(tǒng)主要部件模塊所具備的功能特點。

表2 ZigBee技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于巡線安全互助報警系統(tǒng)所具備的條件

表3 巡線安全互助報警系統(tǒng)各部件模塊所具備的功能特點

在充分對比各部件模塊的參數(shù)、體積、兼容性、價格等要素的基礎(chǔ)上，研制了樣機，具體如圖1所示。

圖1 輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)

上述系統(tǒng)采用動作微傳感器結(jié)合無線傳感器等嵌入式技術(shù)，實時監(jiān)控外出作業(yè)人員狀態(tài)，針對人員突發(fā)事故（如觸電、墜落、意外受傷等）給班組成員和管理層發(fā)出人員狀態(tài)及位置的實時報警，以提高救援效率和速度，這對外出作業(yè)人員的生命安全起了極大的保障作用。輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)所具備的功能如圖2所示。

圖2 輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)所具備的功能示意圖

4 輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)的功能特點

對輸電線路巡線安全互助報警系統(tǒng)進行檢驗發(fā)現(xiàn)，其不僅可以實現(xiàn)設(shè)計要求的常規(guī)性能，而且具有較好的抗電磁場性能，完全滿足其在戶外環(huán)境下的抗電場、磁場干擾要求，具備防水、防冰凍、防烈日、防塵、防摔和防電磁場等特點，適應(yīng)野外惡劣環(huán)境作業(yè)［9］。該裝置功能特點具體如下：（1）墜落報警：發(fā)生墜落后，判斷佩戴者靜止不動、語音提醒佩戴者仍無反應(yīng)，裝置將向作業(yè)組其他成員報警。（2）主動報警：出現(xiàn)意外情況，佩戴者意識清醒需要救援可以主動報警。（3）動作檢測1 min靜止（即佩戴者靜止不動）后心律檢測：心律檢測不符合要求（過快或過慢）、語音提醒仍無反應(yīng)，裝置將向作業(yè)組其他成員報警。（4）定時心律檢測：提醒佩戴者無反應(yīng)，裝置將向作業(yè)組其他成員報警。（5）“黑匣子”：記錄佩戴者一周內(nèi)所有信息。（6）其他組員可以查看某佩戴者報警后的具體位置和狀態(tài)。（7）如附近有其他組員，優(yōu)先報警或相互報警。

5 結(jié)語

用于野外作業(yè)的巡線安全互助報警系統(tǒng)可以為救援贏得時間，減少部分事故的可能傷害。該系統(tǒng)已在多個地區(qū)進行了試點應(yīng)用，反響良好，具有一定的推廣和應(yīng)用價值。

［1］王清葵.送電線路運行與檢修［M］.北京：中國電力出版社，2003

［2］史麗萍，梁經(jīng)宛，劉志遠.煤礦高壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)的開發(fā)［J］.煤礦安全，2010（2）

［3］錢祥忠.高壓開關(guān)柜內(nèi)接頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2007（2）

［4］張建利，馬季，張同建.基于遠紅外測溫的農(nóng)村變電站設(shè)備故障診斷［J］.中國電力教育，2010（S1）

［5］李強，王艷松，劉學民.光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀綜述［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010（1）

［6］真珍，王飛，夏翔.基于RFID的無線溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.科技資訊，2007（27）

［7］盧宇，吳允平，吳進營，等.高電壓環(huán)境測溫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通訊的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.福建師范大學學報：自然科學版，2008（6）

［8］饒少鋒，江修，王斌.基于ZigBee技術(shù)的無線電能抄表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計［J］.微計算機信息，2010（5）

［9］余虹云，俞成彪，李瑞.電力線路器材應(yīng)用與檢測［M］.北京：中國電力出版社，2007