一种基于激光脉冲的防撞防触电预警系统的制作方法

本发明涉及一种基于激光脉冲的防撞防触电预警系统，属于电力设备预警领域。

背景技术：

1、近年来，我国电力事业发展迅猛，电网建设与改造步伐加快。伴随着电力设备安装，改造工作增多，时常发生高空施工机械过于靠近电力设备造成线路短路跳闸，设备损坏，人身伤害事故。在高空施工过程，吊车吊臂吊臂伸长，力矩变大，使其稳定性和安全性受到影响，操作不慎就会出现大弧度晃动，容易对电力设备造成损伤。许多电力设备的材料是瓷，玻璃等易碎材料，若发生破损，变形会导致绝缘下降，设备故障。此外，对带电设备未满足安全距离同样会造成电网安全事故。而高处作业人员往往凭借“距离感”进行吊车操作，若对车的使用情况不熟悉，操作过度，存在人身和设备的安全隐患。虽然高处作业往往会设置专人监护，但是监护人在地面所视角度有限，往往不能精确判断吊车与设备或工作人员与设备的距离。因此，研究一套能实时监测作业距离、在作业人员或作业设备靠近线路等电力设备时迅速发出报警的智能预警方法及系统，具有重要的应用价值和意义。

2、现有的预警方法基于电场感应原理，通过检测高压带电设备周围电场信号强弱来判断距离远近。此类测距方法，测距的精度取决于电场信号强度，即一次设备流过电流的大小。而由于变电站一次设备流过的电流会随负荷波动而发生一定变化，所以对带电部位的测距准确性会受到影响。在周围有多个运行设备时，电场将发生叠加，该方法的测量结果会收到干扰，无法准确得到与指定目标间的距离。同时，这种方法无法实现对停电设备的测距，因此不能用于停电设备相关工作(如主变吊罩等)的预警，在应用场景上有一定的局限性。因此，如何提高预警方法的精度、扩大预警系统的应用范围，值得进一步研究。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于激光脉冲的防撞防触电预警系统。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种基于激光脉冲的防撞防触电预警系统，包括：激光信号模块与监护预警模块；

4、所述激光信号模块包括激光脉冲发射模块、回波接收模块、信号调理模块、高精度测量模块、第一微处理器、第一通讯模块、第一电源模块和可拆卸支架；所述激光脉冲发射模块用于向被测目标发出激光；所述回波接收模块用于接收被测目标反射回来的激光信号，并将其转化为电流信号输出给信号调理模块；所述信号调理模块用于将激光接收器输出的电流信号转换为电压信号发送给高精度测量模块；所述高精度测量模块用于测量起始脉冲及终止脉冲之间时间间隔；第一微处理器用于计算目标一次设备与激光信号模块之间的距离；第一通讯模块用于与监护预警模块进行通讯；第一电源模块用于为激光信号模块提供电源；可拆卸支架用于固定激光信号模块；

5、所述的监护预警模块包括：资料存储模块、预警模块、人机操作显示屏、第二微处理器、第二通讯模块和第二电源模块；所述资料存储模块用于存放预警方案以及根据工作任务按需匹配预警方案；所述预警模块用于发出预警信息；所述人机操作显示屏用于目标用户进行交互；所述第二微处理器用于处理各个模块的功能；所述第二通讯模块用于与激光信号模块进行通讯；所述第二电源模块用于为监护预警模块提供电源。

6、作为优选，所述防撞防触电预警系统分为激光信号模块与监护预警模块两部分，其中，激光信号模块与监护预警模块通过无线网络相连；所述激光信号模块供目标工作人员使用；所述监护预警模块供目标监护人使用。

7、作为优选，所述激光信号模块中，激光脉冲发射模块通过第一微处理器与第一通讯模块相连；回波接收模块通过数据线与信号调理模块相连；信号调理模块通过数据线与高精度测量模块相连；高精度测量模块通过第一微处理器与第一通讯模块相连；第一通讯模块通过导线与第一收发天线相连；第一电源为激光信号模块工作提供电源，由第一电池、第一备用电源和第一电源管理模块构成。

8、作为优选，所述激光脉冲发射模块包括驱动电路、激光发射器；其中，驱动电路接收微处理器发出的启动脉冲，进而驱动激光发射器向目标发出指定波长的激光。

9、作为优选，回波接收模块包括激光接收器、激光接收器光学镜头和高压偏置电路单元；其中，激光接收器用于接收被测目标反射的激光信号，并将光信号转化为电流信号后输出给信号调理模块；激光接收器光学镜头放大激光接收器感知回波信号的面积，提高激光接收器接收到的激光能量，使激光接收器增大探测距离以及提高测距精度；高压偏置电路单元为激光接收器提供较大的反偏电压，放大激光接收器输出的电信号。

10、作为优选，所述信号调理模块包括前置放大电路、主放大电路和比较电路；其中，前置放大电路与主放大电路用于放大输出的电压信号；比较电路对放大电路输出的电压信号进行滤波处理，降低噪声对放大电路的影响。

11、作为优选，所述高精度测量模块包括时间间隔测量单元、数据存储单元、算术逻辑单元、读存储器单元、spi总线单元、时钟单元、脉冲发生器单元；所述高精度测量模块基于时间-数字转换法进行高精度时间间隔测量，采用绝对时间作为主要框架，测量时记录起始脉冲及终止脉冲之间经过的逻辑门数目，通过粗值计数器和环形振荡器计算两脉冲之间的时间间隔。

12、作为优选，所述监护预警模块中，资料存储模块、预警模块与人机操作显示屏通过数据线与第二微处理器相连；第二微处理器通过第二通讯模块与第二收发天线相连；第二电源模块为监护预警模块工作提供电源，由第二电池、第二备用电源和第二电源管理模块构成。

13、作为优选，所述预警模块具有基于深度学习卷积神经网络的卷积层、激活函数、池化层、全连接层、损失函数、优化器的图像识别处理器，可识别类型为人员非法入侵、未授权操作、近距离飞行的无人机，且可根据具体预警方案设置不同的训练模型；并具有基于深度学习循环神经网络(rnn)的循环结构；所述预警模块包括数据信息和语音信息；所述数据信息包括电压等级、与电压等级相对应的最小安全距离和报警距离；所述最小安全距离和报警距离基于资料存储模块中的预警方案所确定。

14、另一方面，本发明还提供一种基于激光脉冲的防撞防触电预警方法，包括以下步骤：

15、目标监护人通过人机操作显示屏设定目标工作任务，通过监护预警模块匹配到资料存储模块中对应的预警方案；

16、在激光信号模块内，第一微处理器向高精度测量模块发送一个脉冲信号作为初始信号，同时给激光脉冲发射模块发送一个脉冲信号驱动向目标一次设备发射激光信号，目标一次设备对激光信号的反射波沿光路原方向返回回波接收模块；

17、回波接收模块将回波信号转换为电流信号并发送给信号调理模块，经过信号调理模块的处理转换为电压信号发送给高精度测量模块，作为本次测量的终止信号；

18、高精度测量模块得到初始脉冲信号和终止信号之间的时间间隔，将时间间隔发送给第一微处理器，第一微处理器通过计算获得目标一次设备与激光信号模块之间的距离；基于高精度测量模块得到的测量结果，计算目标一次设备与激光信号模块之间的距离，计算公式如下式所示：

19、

20、其中，l为测距结果，c为激光在空气中的传播速度，t为高精度测量模块得到的时间间隔；

21、第二微处理器将测距结果与预警方案中的安全距离进行比较，在测距结果接近最小安全距离时，监护预警模块发出预警信息，提醒操作目标工作人员保持安全距离。

22、本发明具有如下有益效果：

23、1、本发明基于激光测距技术，实现了一种基于激光脉冲的防撞防触电预警系统，可以根据需要测量与指定目标之间的距离，且可适用于各种工作场景，准确性和通用性显著提升。为日常作业安全性提供保障，从事故根源上进行有效预防，减少和避免此类人身、设备事故的发生。