淺析輸電線路“三跨”施工在線雷達測距及監(jiān)控設(shè)備的研究及應(yīng)用

李 欣 朱培能 祝 勇

（湖南省送變電工程有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著我國交通及電網(wǎng)的不斷發(fā)展及運維改造，使得輸電線路不可避免跨越高速鐵路、高速公路和重要輸電通道區(qū)段，“三跨”施工日益頻繁，跨越情況更加復(fù)雜，往往會因為工程施工的地點、施工時間及環(huán)境（跨高鐵施工一般在凌晨，施工環(huán)境光線差）、任務(wù)緊迫性、特殊性等原因，對跨越施工提出了更高的要求，架線施工及投運后的斷線跌落事故將造成不可估量的后果。以往傳統(tǒng)的“三跨”施工方案已經(jīng)不能滿足新的進度和安全性要求。其中在施工時各類線、索對跨越網(wǎng)（架）的安全距離監(jiān)測是“三跨”施工中的薄弱環(huán)節(jié)。

輸電線路“三跨”施工中各類線、索對跨越網(wǎng)（架）的安全距離監(jiān)測成為施工中的薄弱環(huán)節(jié)。針對這一點，我們擬引入并改進一套在線雷達監(jiān)控測距設(shè)備，安裝在跨越網(wǎng)（架）上，實時測量安全距離及傳輸動態(tài)畫面，通過信號的傳輸，實時在線監(jiān)測線、索在拖放過程中每根線、索高度變化的實時數(shù)值，依托設(shè)置報警距離閾值，提醒工程牽張場指揮發(fā)出正確指令。通過本項目的研究，旨在為今后“三跨”施工提供更科學(xué)、直觀和便捷的現(xiàn)場可視化管控系統(tǒng)。

1 目前現(xiàn)狀

1.1 施工方法現(xiàn)狀

結(jié)合我公司輸電線路工程跨越施工經(jīng)驗，在常規(guī)跨越施工中，大部分采用空中織網(wǎng)或者搭設(shè)跨越架方式對被跨越物進行防護，個別情況下通過“牽引管”等特殊放線方法進行“裸奔”（即不對被跨物采取任何防護措施，僅通過加強牽張系統(tǒng)自身的安全性來保障被跨物的安全）放線作業(yè)。

傳統(tǒng)的跨越施工方法在處理跨越處信息監(jiān)控時，往往是安排施工人員通過肉眼來進行觀測，并經(jīng)過經(jīng)驗判斷發(fā)出指令信息，信息通信渠道采用的是電臺通信技術(shù)（如對講機），通信存在局限性和信號不穩(wěn)定性。

1.2 設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）測距技術(shù)。目前較常用的技術(shù)有常規(guī)雷達波、毫米雷達波、紅外線、激光等測距技術(shù)手段。通過技術(shù)、經(jīng)濟、應(yīng)用效果等方面的對比，紅外激光測距技術(shù)已在線路“防外破”方面有所應(yīng)用。

（2）通信傳輸技術(shù)。較常見的通信技術(shù)有微波通信、網(wǎng)橋傳輸、 電臺通訊、 4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)韧ㄓ嵓夹g(shù)， 經(jīng)研究對比，確定“網(wǎng)橋傳輸+4G網(wǎng)絡(luò)”結(jié)合方式能很好地適應(yīng)線路“三跨”施工在山區(qū)、野外環(huán)境通常無4G信號下的通信特點。

（3）軟、硬件整合研究。目前市場上在視頻監(jiān)控、測距、通信傳輸方面等均有大量的設(shè)備可供選用，但尚無一套直接能用于線路“三跨”施工的在線檢測測距及即時通信設(shè)備。

在此基礎(chǔ)上，我們通過充分的市場調(diào)研，擬通過引進以上這些應(yīng)用的硬件，通過整合及二次組合軟件開發(fā)，使之具有適應(yīng)輸電線路“三跨”施工應(yīng)用，旨在為輸電線路“三跨”施工提供一種新的遠程監(jiān)控手段，以期提高“三跨”施工安全性及施工效率，為線路“三跨”安全施工提供可靠的技術(shù)支撐。

2 在線雷達測距及監(jiān)控設(shè)備的研發(fā)

2.1 設(shè)備組成

由視頻采集監(jiān)控裝置、激光雷達測距裝置和無線通信鏈路裝置組成。

2.2 主要實現(xiàn)目標(biāo)

將監(jiān)控裝備安裝于架（網(wǎng)）上的接近點（一套設(shè)備）或者接近區(qū)域（多套設(shè)備組合），對上方通過的線、索進行安全距離測量、視頻監(jiān)測，并同步形成數(shù)據(jù)傳輸鏈路，通過終端接收器，即可獲得監(jiān)測設(shè)備視頻畫面及監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，并實時提供語音提示和報警數(shù)據(jù)。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

（1）無線自組網(wǎng)+4G數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。無線自組網(wǎng)是由移動主機通過無線連接形成的自主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為一種無中心分布控制網(wǎng)絡(luò)，它沒有基站，中心轉(zhuǎn)發(fā)裝置也不需要任何骨干網(wǎng)絡(luò)的支持，各移動主機本身就充當(dāng)路由器，具有路由和轉(zhuǎn)發(fā)信息等功能。源和目標(biāo)之間有時需要多個主機從中轉(zhuǎn)發(fā)。無線自組網(wǎng)也可以通過專用網(wǎng)關(guān)節(jié)點連接到固定骨干網(wǎng)上，實現(xiàn)與因特網(wǎng)的連接。

（2）激光雷達傳感器測距技術(shù)。激光雷達-光感測距技術(shù)是一種遙感技術(shù)，通常使用脈沖激光束對周圍環(huán)境進行掃描，并且測量信號從掃描對象返回到檢測器的時間。激光時間測距原理可用于測量從一米到幾公里的距離。為了增加激光雷達系統(tǒng)的測量范圍，可以使用不可見的近紅外激光脈沖。這些激光器的功率遠遠高于連續(xù)波激光器，同時也是符合人眼安全要求的激光功率。在掃描過程中，激光雷達系統(tǒng)將掃描各個距離點，根據(jù)這些點則可以計算出周圍環(huán)境的3D圖像。

（3）無線視頻采集、壓縮及編解碼技術(shù)。前端視頻/圖像監(jiān)控采集系統(tǒng)使架空線路施工過程于可視監(jiān)控之中，系統(tǒng)利用數(shù)字視頻壓縮技術(shù)、低功耗技術(shù)、GPRS/CDMA/3G/4G無線通信技術(shù)、太陽能供電技術(shù)，實時監(jiān)測現(xiàn)場周圍環(huán)境情況，施工管理人員可以遠程查看放線施工現(xiàn)場的監(jiān)控圖像或報警聯(lián)動上傳的圖像信息，從而實現(xiàn)對架空線路放線施工過程及環(huán)境全天候?qū)崟r在線監(jiān)測。

3 實施方案及現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 實施方案

通過上述研究，我們將視頻采集系統(tǒng)、激光雷達傳感器測距系統(tǒng)、 通信傳輸系統(tǒng)三個系統(tǒng)融合用于“三跨”施工，監(jiān)測各類線、 索對跨越架（網(wǎng)）的安全距離。將視頻采集系統(tǒng)、測距監(jiān)控報警裝置安裝于架（網(wǎng)）上的接近點或者接近區(qū)域（多套設(shè)備組合），對上方通過的線、索進行接近距離監(jiān)測和視頻監(jiān)控；通信傳輸裝置安裝在放線區(qū)段的各個塔位，形成數(shù)據(jù)傳輸鏈路，實時傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)，通過終端接收器，即可獲得監(jiān)測設(shè)備畫面及監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，并及時進行語音信息提示和報警。

3.2 系統(tǒng)組成

根據(jù)上述背景及功能要求，我們采用固態(tài)激光感器測量方案來進行實施，實現(xiàn)通過的線、索高度的測量，主機再通過數(shù)據(jù)采集通道將傳感器數(shù)據(jù)采集分析，通過主控芯片設(shè)置算法與參數(shù)判定，按用戶需求將告警參數(shù)及對應(yīng)的告警事件、實時數(shù)據(jù)通過LORA（自組網(wǎng)）無線通信技術(shù)傳送至管理平臺，LORA（自組網(wǎng)）無線通信技術(shù)可實現(xiàn)可視5 km、半遮擋3 km傳輸距離；管理平臺安裝LORA（自組網(wǎng)）數(shù)據(jù)接收終端，將現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)及視頻畫面存儲或通過以太網(wǎng)發(fā)送給牽張場指揮人員。具體傳感器部分技術(shù)實現(xiàn)如下：

激光測距傳感器的工作原理：（1）發(fā)射激光脈沖；（2）記錄回波訊號； （3）距離測量； （4）檢索平面位置和高度； （5）精確計算回波位置； （6）激光雷達傳感器也被稱為激光掃描，能在低對比度或陰暗的情況下、甚至是夜晚進行運作。

八線固態(tài)激光傳感器是一種緊湊的固態(tài)激光雷達，可在8個獨立部分提供高精度的多目標(biāo)檢測。檢測目標(biāo)在100 m范圍內(nèi)，而重量只有75 g，使用了固定的激光光源，從而顯著提高了傳感器的穩(wěn)定性和成本效益。傳感器具有較高的抗噪聲和抗干擾能力。這意味著它不受其他傳感器的信號影響，也不受包括陽光直射在內(nèi)的照明條件影響，并且可以在各種天氣條件（包括雨雪）下提供可靠的檢測。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用

我們將整套設(shè)備用于郴州蓉城-西水220 kV線路工程跨越京廣高鐵施工中，具體實施方法如下：

（1）在搭設(shè)好的跨越架頂端安裝兩臺激光測距傳感器，對準(zhǔn)各類線、索運行方位，并設(shè)定好報警閾值，鏈接系統(tǒng)后即進入工作狀態(tài)。

（2）將視頻采集裝置安裝與跨越檔塔上，鏡頭掃描范圍中心對準(zhǔn)跨越網(wǎng)（架），在操作終端（顯示終端）即可進行自動調(diào)焦等操作。

（3）在跨越塔至控制點（張力場）之間視地形等因素影響每座或間隔一座塔位安裝一臺網(wǎng)橋傳輸信號中繼器，保持通信信號的暢通。

（4）終端接收器（控制器）操作簡單，通過鼠標(biāo)即能完成全部操作。放線指揮者通過此套設(shè)備能實時監(jiān)測牽引繩、導(dǎo)線等是否進入跨越檔安全距離內(nèi)，當(dāng)進入安全距離內(nèi)時能在牽張場實時發(fā)出警報，施工指揮人員立即作出相應(yīng)響應(yīng)，動態(tài)控制牽張設(shè)備的操作，確保了跨越施工的安全進行。

4 結(jié)語

（1）“三跨”施工在線雷達測距及監(jiān)控設(shè)備可以替代肉眼或經(jīng)緯儀觀測線、索對跨越網(wǎng)（架）安全距離的監(jiān)視，提高觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性和實時性。

（2）實時監(jiān)測和結(jié)果顯示，并將監(jiān)測結(jié)果展示在現(xiàn)場負(fù)責(zé)人面前，提高施工現(xiàn)場的指揮、響應(yīng)速度。

（3）研究成果應(yīng)用于“三跨”放線施工，將大大提高架空線路放線施工作業(yè)的安全性。