一种配电网带电作业环境监测系统及方法与流程

1.本发明涉及带电作业环境监测领域，尤其是一种配电网带电作业环境监测系统及方法。


背景技术：

2.我国在故障检修和处理领域的自动化水平严重落后于发达国家；早期由于测试技术的限制，配网需要在故障发生后才能检修处理，导致停电时间较长，尽管随着配网自动化技术的快速发展，故障检修能力有所改进，但是配网检修基本还是依靠人工和简单的设备，智能化水平较低，对于复杂情况的应急处理能力较差，无法满足人民群众对高质量供电水平的要求。
3.在中国专利文献上公开的“一种带电作业人员安全距离监测装置”，其公开号为cn215376528u，公开了一种带电作业人员安全距离监测装置，包括电源模块、数据处理模块和预警模块；电源模块供电，数据处理模块连接预警模块；数据处理模块用于接收定位数据，并对带电作业人员安全距离进行处理和预警，发送预警信号到预警模块中。但是公开号为cn215376528u的中国专利仅仅涉及安全距离的监测，并未考虑带电作业现场的其他影响因素。


技术实现要素：

4.本发明解决了目前配电网带电作业配套的环境监测智能化水平不高的问题，提出一种配电网带电作业环境监测系统及方法，通过多角度的作业环境检测，结合带电作业专家系统综合判断带电作业环境的安全性和潜在危险，利用声光报警为现场人员提供危险提示；保证带电作业的安全，提高带电作业的作业效率。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种配电网带电作业环境监测系统，包括带电作业环境监测终端，负责带电作业现场环境数据采集，数据分析计算和数据传输；带电作业手持终端，与带电作业环境监测终端连接，用于操作人员的身份判断，现场通讯交互以及必要的信息采集；带电作业专家系统，与带电作业手持终端连接，结合带电作业现场的视频和实时数据进行告警，根据危险特征给出处置提示；自校验系统，用于对电气环境检测数据和自然环境检测数据进行校验。
6.本发明的配电网带电作业环境监测系统，包括带电作业环境监测终端、带电作业手持终端、带电作业专家系统和自校验系统四个部分；带电作业环境监测终端进行现场环境书籍的采集，数据的分析计算以及数据的传输；带电作业手持终端配备给现场的操作人员使用，用于操作人员身份判断、参数设置、现场通讯交互、数据存储以及必要信息采集；自校验系统能够对电气环境检测数据与自然环境检测数据进行校验；带电作业专家系统采用
云平台的架构，对现场采集的数据进行高级应用；本发明的系统能够实现多角度的作业环境检测，并通过带电作业专家系统来判断风险，并给出处置提示，极大提高了带电作业现场的安全性。
7.作为优选，所述带电作业环境监测终端包括数据量采集模块，所述数据量采集模块连接有无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有主控计算模块，所述主控计算模块分别连接有数据存储模块以及wifi通讯接口提示灯模块，所述数据存储模块还连接有数据输出模块。
8.本发明中，为了监测现场操作人员的作业流程和作业动作的规范性，通过现场设置视频采集，将现场作业视频通过wifi传输至带电作业环境监测终端。
9.作为优选，所述带电作业专家系统包括实时告警计算模块，所述实时告警计算模块分别连接有告警模型和数据告警数据，所述告警模型连接有分析优化模块，所述数据告警模型连接有告警分析优化模块，所述分析化模块和告警分析优化模块之间还连接有告警数据记录模块和故障处理记录模块。
10.本发明中，带电作业专家系统是面向带电作业现场的需求，结合现场的视频和实时数据进行危险提示和告警，有效防范危险操作；提高带电作业现场的作业效率，降低工作强度，提高安全性。
11.作为优选，所述自校验系统包括电气环境检测校验模块和自然环境检测校验模块，所述电气环境检测校验模块利用获取的数据参数与带电作业手持终端上的数值进行比对校验；所述自然环境检测校验模块利用带电作业现场的温度、湿度以及风速读数与当地的天气数据进行比对校验。
12.本发明中，对于电气环境检测校验模块，主要采用两种方式进行校验，其中一种校验方式为利用手持的电流和电压检测设备进行校验，若手持电流和电压检测设备的读数与带电作业手持终端的数值一致，则认为系统正常，手持电流和电压检测设备是现场作业人员的必备工具，为现有技术；另一种校验方式为通过带电作业专家系统的数据读取线路电压参数，将该参数与带电作业手持终端上的电压读数进行校验，若参数误差大于阈值，则反馈系统故障，并由现场操作人员进行参数设置和系统检测。
13.作为优选，所述分析优化模块包括人体姿态模型和直线筛选优化模块，所述直线筛选优化模块采用直线筛选优化方法，所述直线筛选优化方法具体为将获取的图像灰度化处理，读取rgb格式的输入图像，将彩色图像转化为黑白灰图像；随后采用双参数的canny边缘提取算法，根据sobel边缘差分算子求取中灰度图的像素梯度图；获取图像边缘之后，采用hough变换识别图像中的直线集。
14.本发明中，在获取人体姿态模型时，首先建立卷积神经网络，收集10000张具有人体四肢或五官的图像，并将图像进行灰度处理转化为灰度图；然后将人体四肢与五官的信息在图像中标定，将每一张灰度图像以及灰度图像中人体姿态连线以及四肢与五官的信息作为输入，作为卷积神经网络的数据集，进行机器学习以及人体识别模型的搭建。
15.作为优选，所述告警模型包括双目摄像头，所述双目摄像头用于获取图像的深度数据；所述告警分析优化模块包括多个测量模块。
16.本发明中，告警分析优化模块中的测量模块包括电流测量模块、电场测量模块以及温度和湿度测量模块。
17.作为优选，所述数据量采集模块包括若干种类的传感器以及数模转换器，数据量经过传感器采集后进入至数模转换器，并通过wifi传输至无线通讯模块。
18.本发明中，数据量采集模块中包含的传感器检测种类包括电场、电流、温度、湿度和风速数据。
19.一种配电网带电作业环境监测方法，适用于上述的一种配电网带电作业环境监测系统，包括以下步骤：s1，将带电作业环境监测终端完成布置，进行系统登录，并进行系统自校验；s2，根据带电作业工单和现场数据进行电气环境检测；s3，判断温度和湿度是否符合作业要求；s4，对作业工具进行检测，判断作业工具是否满足要求；s5，根据带电作业专家系统来判断作业人员操作是否合规。
20.本发明中，对于配电网带电作业环境监测的流程，首先进行初始化处理，将带电作业环境监测终端进行布置，然后系统登录，进行初步的验证，系统进行自校验，对系统的检测数据是否准确进行判断，若准确，则进入电气环境安全性的判断，若无误，则进行温度和湿度是否符合作业要求的判断，若符合，则进行作业工具是否满足要求的判断，若满足要求，则进行作业人员操作是否合规的判断。
21.本发明的有益效果是：对于本发明的一种配电网带电作业环境监测系统及方法，通过多角度的作业环境检测，结合带电作业专家系统综合判断带电作业环境的安全性和潜在危险，利用声光报警为现场人员提供危险提示；保证带电作业的安全，提高带电作业的作业效率。
附图说明
22.图1是本发明一种配电网带电作业环境监测系统及方法的系统示意图；图2是本发明一种配电网带电作业环境监测系统及方法带电作业环境监测终端的示意图；图3是本发明一种配电网带电作业环境监测系统及方法带电作业专家系统的示意图；图4是本发明一种配电网带电作业环境监测系统及方法的方法流程图。
具体实施方式
23.实施例1：本实施例提出一种配电网带电作业环境监测系统，参考图1、图2和图3，包括带电作业环境监测终端，负责带电作业现场环境数据采集，数据分析计算和数据传输；带电作业手持终端，与带电作业环境监测终端连接，用于操作人员的身份判断，现场通讯交互以及必要的信息采集；带电作业专家系统，与带电作业手持终端连接，结合带电作业现场的视频和实时数据进行告警，根据危险特征给出处置提示；自校验系统，用于对电气环境检测数据和自然环境检测数据进行校验。本发明的系统能够实现多角度的作业环境检测，并通过带电作业专家系统来判断风险，并给出处置提示，极大提高了带电作业现场的安全性。
24.参考图2，带电作业环境监测终端包括数据量采集模块，数据量采集模块连接有无
线通讯模块，无线通讯模块连接有主控计算模块，主控计算模块分别连接有数据存储模块以及wifi通讯接口提示灯模块，数据存储模块还连接有数据输出模块。本实施例中，带电作业环境监测终端可以放置在地面上或者现场作业车内，主要负责读取现场的无线数据，计算并对结果进行判断后，将数据上传至带电作业手持终端和带电作业专家系统；同时，带电作业环境监测终端具有声光提醒功能，当检测数据超出阈值或者接受到带电作业专家系统的危险预警提示时，通过声光报警信息和带电作业手持终端提醒现场作业人员。
25.继续参考图2，数据量采集模块包括若干种类的传感器以及数模转换器，数据量经过传感器采集后进入至数模转换器，并通过wifi传输至无线通讯模块。本实施例中，数据量采集模块中包含的传感器检测种类包括电场、电流、电压、温度、湿度和风速数据，此外，还包括视频人员检测以及远端控制信号的检测，具体可参考图2，对于数据量采集模块的种类，在图2中仅仅进行举例，但不仅仅局限于图中所列举的种类，对于其他传感器检测种类，也可以按需调配增加。
26.参考图3，带电作业专家系统包括实时告警计算模块，实时告警计算模块分别连接有告警模型和数据告警数据，告警模型连接有分析优化模块，数据告警模型连接有告警分析优化模块，分析化模块和告警分析优化模块之间还连接有告警数据记录模块和故障处理记录模块。具体的，对于带电作业专家系统的工作过程，具体为：实时视频数据、实时的现场环境数据，通过实时告警计算模块的分析处理，可以发现一些潜在危险特征，并将危险特征与以往的危险特征数据库进行对比分析，进一步确定危险，并发出提示信息，同时存档；同时，该系统可以管理工单，对工单的内容、工作流程进行闭环管控，通过缺陷总结优化工单；该系统可以通过多个维度发现危险，提示信息的准确程度远高于单一数据来源的系统告警；同时，为了进一步确认告警的特征和处置提示，利用带电作业专家系统对比危险特征，并给出处置提示。
27.具体的，分析优化模块包括人体姿态模型和直线筛选优化模块，直线筛选优化模块采用直线筛选优化方法，直线筛选优化方法具体为将获取的图像灰度化处理，读取rgb格式的输入图像，将彩色图像转化为黑白灰图像；随后采用双参数的canny边缘提取算法，根据sobel边缘差分算子求取中灰度图的像素梯度图；获取图像边缘之后，采用hough变换识别图像中的直线集。此外，在获取人体姿态模型时，首先建立卷积神经网络，收集10000张具有人体四肢或五官的图像，并将图像进行灰度处理转化为灰度图；然后将人体四肢与五官的信息在图像中标定，将每一张灰度图像以及灰度图像中人体姿态连线以及四肢与五官的信息作为输入，作为卷积神经网络的数据集，进行机器学习以及人体识别模型的搭建。
28.告警模型包括双目摄像头，所述双目摄像头用于获取图像的深度数据；所述告警分析优化模块包括多个测量模块。具体的，对于告警模型实施的过程，在此进行详述，通过双目摄像头来获取图像的深度数据，经人体姿态模型与带电导线识别处理后的图像，根据人体关键关节点的二维坐标与导线两端的二维坐标，通过查找深度图中的对应深度值，建立三维模型；之后根据输出的人体姿态图像相邻几帧图像中对应关节的位置关系，计算出各个关节点的位移、速度、加速度等信息，线性外推即可预测关节下一时刻的位置信息，采用卡尔曼滤波的算法，对位置信息进行预测和校正，输出下一时刻经过校正的位置信息，从而进行人体姿态的预测。之后设置人体节点与导线的最小安全距离，若最短距离小于预设的安全距离，则发出警告信号，电脑端通过以太网与作业人员身上穿戴的预警信号器相连，
其中预警信号器包括单片机系统、wifi模块与led指示灯、扬声器、蜂鸣器。
29.告警分析优化模块包括电流测量模块、电场测量模块以及温度和湿度测量模块。
30.对于电流测量模块，电流用罗氏线圈来测量。测量时，通电导体在罗氏线圈中心位置上通有待测电流，产生的待测磁场随便待测电流的变化而变化，罗氏线圈从磁通的变化中感应出表征待测电流的电压信号。罗氏线圈感应的电压信号通过外接电阻进行采集，由于罗氏线圈的外接电阻远远大于待测电流的频率，外接电阻测量电压与待测电流的积分呈正比关系，因此，信号调理电路首先将罗氏线圈感应电压信号进行积分放大，获得比例关系，在经过一级放大电路进行ad信号采样。
31.对于电场测量模块，电场强度采用平行半圆板传感单元测量；根据高斯定理可知，处于交变电场中的金属极板会产生随之变化的感应电荷，利用传感器单元本身的固有电容与电荷量就可以产生电压信号，通过电压信号可以与空间电场建立关系式，求得电场强度值。
32.对于湿度测量模块，采用环境传感器，其具体为rs485小型超声波气象站，通过rs485接口通讯采集多种环境检测数值。通过在esp32模块中烧录程序就可实现接收电流和电场传感器数据的同时接收气象站的检测数据并发送给pc端显示。
33.对于数据告警模型，由设置数据的阈值构成；通过程序设置电流、电场、温湿度因素的范围阈值；每当测量的数据超出设置的范围，会通过单片机wifi系统进行报警，单片机系统采用esp32系列， wifi模块用于电脑端与预警信号器的通信，单片机接收电脑端告警信号后，发出高低信号控制led指示灯、扬声器与蜂鸣器的开通与关闭，进而做出预警，发出刺耳的蜂鸣声。
34.自校验系统包括电气环境检测校验模块和自然环境检测校验模块，电气环境检测校验模块利用获取的数据参数与带电作业手持终端上的数值进行比对校验；自然环境检测校验模块利用带电作业现场的温度、湿度以及风速读数与当地的天气数据进行比对校验。
35.对于电气环境检测校验模块，主要采用两种方式进行校验，其中一种校验方式为利用手持的电流和电压检测设备进行校验，若手持电流和电压检测设备的读数与带电作业手持终端的数值一致，则认为系统正常，手持电流和电压检测设备是现场作业人员的必备工具，为现有技术；另一种校验方式为通过后台的数据读取线路电压参数，将该参数与带电作业手持终端上的电压读数进行校验，若参数误差大于阈值，则反馈系统故障，并由现场操作人员进行参数设置和系统检测。
36.对于自然环境检测校验模块，通过现场的温度、湿度和风速读数与当地的天气数据对比进行校验，如果误差在设定的阈值范围内，就反馈系统正常信号，如果超过阈值范围，反馈系统故障。
37.本实施例还提出一种配电网带电作业环境监测方法，适用于上述的一种配电网带电作业环境监测系统，参考图4，包括以下步骤。
38.步骤s1，将带电作业环境监测终端完成布置，进行系统登录，并进行系统自校验；具体的，将带电作业环境监测终端中的数据量采集模块按照操作要求进行布置；随后进行系统登录，系统对作业人员的权限进行判断，比如对作业人员的健康状态、是否具有上岗证件、针对作业内容是否有作业经验，初始化录入项目信息后，读取作业工单内容，根据作业工单内容提示作业人员进行参数设置。
39.步骤s2，根据带电作业工单和现场数据进行电气环境检测；本实施例中，配电作业线路电压从6kv到35kv，不同的电压等级对应不同的绝缘距离；因此，系统需要结合电压等级、温湿度的数据和风速进行综合判断；同时也会通过视频数据判断现场的安全作业距离是否满足响应的标准；若满足要求，则进行下一步，否则会进行危险提示，并将危险提示特征通过带电作业手持终端反馈给作业人员。
40.步骤s3，判断温度和湿度是否符合作业要求；具体的，本实施例中，带电作业一般在良好天气环境下进行，气象环境的判断由现场实时数据和预测数据两部分组成；当预测数据不满足安全作业条件时，就通过声光报警和带电作业手持终端同时提示危险信息。如遇到雷电、雪雹、雨雾、风力大于6级、湿度大于80%时，或者其他突发气象环境突变，进行危险提示。
41.步骤s4，对作业工具进行检测，判断作业工具是否满足要求；本实施例中，作业工具是保证现场作业人员全的关键，针对试验所需工具进行危险预警，系统通过工单内容、现场视频信息，综合判断工具是否满足要求；例如作业工具是否符合工单作业内容、工具的记录是否进行定期检测、对作业工具的应用是否符合安全作业规定。如符合安全作业要求，就提示开始进行现场作业，如发现问题就进行相应问题提示。
42.步骤s5，根据带电作业专家系统来判断作业人员操作是否合规。具体的，通过现场作业人员的作业动作进行判断，现场通过将实时的视频反馈给带电作业专家系统，带电作业专家系统利用数据库内容进行危险判断，如发现与数据库内存储的危险作业行为符合的危险动作，就反馈危险信息和危险类型，及其处置提示。
43.本发明的配电网带电作业环境监测系统，包括带电作业环境监测终端、带电作业手持终端、带电作业专家系统和自校验系统四个部分；带电作业环境监测终端进行现场环境书籍的采集，数据的分析计算以及数据的传输；带电作业手持终端配备给现场的操作人员使用，用于操作人员身份判断、参数设置、现场通讯交互、数据存储以及必要信息采集；自校验系统能够对电气环境检测数据与自然环境检测数据进行校验；带电作业专家系统采用云平台的架构，对现场采集的数据进行高级应用；本发明的系统能够实现多角度的作业环境检测，并通过带电作业专家系统来判断风险，并给出处置提示，极大提高了带电作业现场的安全性。
44.本实施例中，为了监测现场操作人员的作业流程和作业动作的规范性，通过现场设置视频采集，将现场作业视频通过wifi传输至带电作业环境监测终端。
45.本实施例中，带电作业专家系统是面向带电作业现场的需求，结合现场的视频和实时数据进行危险提示和告警，有效防范危险操作；提高带电作业现场的作业效率，降低工作强度，提高安全性。
46.本实施例中，对于配电网带电作业环境监测的流程，首先进行初始化处理，将带电作业环境监测终端进行布置，然后系统登录，进行初步的验证，系统进行自校验，对系统的检测数据是否准确进行判断，若准确，则进入电气环境安全性的判断，若无误，则进行温度和湿度是否符合作业要求的判断，若符合，则进行作业工具是否满足要求的判断，若满足要求，则进行作业人员操作是否合规的判断。
47.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术
人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，包括带电作业环境监测终端，负责带电作业现场环境数据采集，数据分析计算和数据传输；带电作业手持终端，与带电作业环境监测终端连接，用于操作人员的身份判断，现场通讯交互以及必要的信息采集；带电作业专家系统，与带电作业手持终端连接，结合带电作业现场的视频和实时数据进行告警，根据危险特征给出处置提示；自校验系统，用于对电气环境检测数据和自然环境检测数据进行校验。2.根据权利要求1述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，所述带电作业环境监测终端包括数据量采集模块，所述数据量采集模块连接有无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有主控计算模块，所述主控计算模块分别连接有数据存储模块以及wifi通讯接口提示灯模块，所述数据存储模块还连接有数据输出模块。3.根据权利要求1或2所述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，所述带电作业专家系统包括实时告警计算模块，所述实时告警计算模块分别连接有告警模型和数据告警数据，所述告警模型连接有分析优化模块，所述数据告警模型连接有告警分析优化模块，所述分析化模块和告警分析优化模块之间还连接有告警数据记录模块和故障处理记录模块。4.根据权利要求1或2所述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，所述自校验系统包括电气环境检测校验模块和自然环境检测校验模块，所述电气环境检测校验模块利用获取的数据参数与带电作业手持终端上的数值进行比对校验；所述自然环境检测校验模块利用带电作业现场的温度、湿度以及风速读数与当地的天气数据进行比对校验。5.根据权利要求3所述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，所述分析优化模块包括人体姿态模型和直线筛选优化模块，所述直线筛选优化模块采用直线筛选优化方法，所述直线筛选优化方法具体为将获取的图像灰度化处理，读取rgb格式的输入图像，将彩色图像转化为黑白灰图像；随后采用双参数的canny边缘提取算法，根据sobel边缘差分算子求取中灰度图的像素梯度图；获取图像边缘之后，采用hough变换识别图像中的直线集。6.根据权利要求3所述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，所述告警模型包括双目摄像头，所述双目摄像头用于获取图像的深度数据；所述告警分析优化模块包括多个测量模块。7.根据权利要求2所述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，所述数据量采集模块包括若干种类的传感器以及数模转换器，数据量经过传感器采集后进入至数模转换器，并通过wifi传输至无线通讯模块。8.一种配电网带电作业环境监测方法，适用于权利要求1至7任一项所述的一种配电网带电作业环境监测系统，其特征在于，包括以下步骤：s1，将带电作业环境监测终端完成布置，进行系统登录，并进行系统自校验；s2，根据带电作业工单和现场数据进行电气环境检测；s3，判断温度和湿度是否符合作业要求；s4，对作业工具进行检测，判断作业工具是否满足要求；s5，根据带电作业专家系统来判断作业人员操作是否合规。

技术总结
本发明公开了一种配电网带电作业环境监测系统及方法，一种配电网带电作业环境监测系统，包括带电作业环境监测终端，负责带电作业现场环境数据采集，数据分析计算和数据传输；带电作业手持终端，与带电作业环境监测终端连接，用于操作人员的身份判断，现场通讯交互以及必要的信息采集；带电作业专家系统，与带电作业手持终端连接，结合带电作业现场的视频和实时数据进行告警，根据危险特征给出处置提示；自校验系统，用于对电气环境检测数据和自然环境检测数据进行校验。还提出一种配电网带电作业环境监测方法，本发明的系统和方法能够保证带电作业的安全，提高带电作业的作业效率。率。


技术研发人员：吴杰 钟全辉 张以全 王泽南 刘凤全 徐斌 颜辉 张利敏 肖少华 陈辉
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/6/12