基于激光探测技术的实时远程线路安全监控报警系统设计与应用

【摘 要】输电线路防外力破坏一直是电力线路安全的一个亟待解决的难题。本文研究实用的基于激光探测技术的实时远程线路安全监控报警系统，在激光探测到超高物体入侵到布防范围内时迅速启动视频监控，根据不同高压级别线路设定的安全距离参数来确定外物体的危险程度并实现分档报警，远程自动拨通监控管理人员号码，实现远程喊话，提高监控效能。最终实现对输电线路的实时设防，全景监控，建立一套安全稳定、运行可靠的实时远程线路安全监控报警系统，达到不发生因施工器械等外力破坏引发线路外破事件的目的。

【关键词】输电线路；防外破；激光探测

0 前言

随着城市扩建、小区开发建设不断扩大，线路保护区附近建筑施工塔吊、吊车碰触导线引发线路跳闸成为影响线路安全运行的主要因素。输电线路防外力破坏一直是电力线路安全的一个亟待解决的难题[1]，电力系统目前普遍采取的人防措施已不能确保线路外部安全隐患的可控、在控。

国内外相关的研究主要致力于三个方向：（1）雷达微波监控[2]：该方法技术原理可行，但因造价过高，无法普及应用。（2）视频监控[3-4]：人工24小时实时监测，然而从发现隐患到现场告警提示经历环节多，时间长，现在有研究方向拟采用图像识别技术实现物体入侵报警，但也是受限于识别准确度和预警的误报率两个问题而没有有效成熟的方案。（3）红外或普通激光对射布防方式，此方法有很大的局限性，也因误报率过高的缺点没有推广应用[5]。

基于激光探测技术的实时远程线路安全监控报警系统使用先进的激光探测技术，针对当前我国高压电力线路受外力破坏十分严重的现象，在世界上首次研制成功将可能要发生的外力破坏事件，提前预报警并在现场通过扬声器对讲警示阻止外破行为，避免外破事件发生。

1 基于激光探测的输电线路在线监测预警技术

激光探测技术利用光学和电学原理，充分利用激光探测距离远范围大，可以实时测距和感应电场强变化的技术原理，首次开发激光防外力入侵探测器。

目前用于激光测距的方法主要有：飞行时间测量法、相位差测量法和三角原理测量法三种方法[6]。基于激光探测技术的实时远程线路安全监控报警系统融合集成了当今最先进的激光探测技术、人工智能与无线通讯技术。系统工作流程如图1所示：

图1中，在需要预警的输电线路相应位置安装基于激光探测的输电线路在线监测预警系统硬件，探测进入危险区域的物体，一旦有物体进入探测区域，启动可见光等相应监控设备，智能识别进入区域物体，确认危险级别，采用GSM通讯方式，向管理手机发送报警短信，启动现场扬声器，播放警告声。

2 基于激光探测的输电线路在线监测预警系统设计

基于激光探测的输电线路在线监测预警系统能自动计算外物体接近高压线的位置距离，根据不同高压级别线路设定的安全距离参数来确定其危险程度，实现分档报警。产品同时具有铁塔倾斜报警、撞击报警等功能。采用GSM通讯方式，太阳能供电，可远距离实现对高压线路长期点位和临时点位的监控，并提供与视频监控联动接口，可以将激光探测与视频监控两者结合使用，在激光探测到超高物体时迅速启动视频监控，提高监控效能。

2.1 功能概述

系统利用激光检测高压线磁场强度的变化值和激光往返目标传输所需时间来确定外物体与高压线的位置距离，按照预先设定的几级安全距离参数值进行预报警，超越基本警戒值或其它预设值时自动通过现场高声响喇叭警报提示、远程报警、远程警示喊话，直接在现场阻止超高物体对高压线的破坏，或由调度监控中心进行后台操作处置；根据相对位置距离计算分析，对高压线下的树木生长状态进行长期监控，实现超高报警；根据传感器探测实现铁塔倾斜报警、撞击报警。

2.2 系统的硬件设计

系统由激光检测系统，探头、GSM激光报警控制主机（激光测距模块、分析模块、GSM通讯模块）、高声响喇叭、警示灯、太阳能板、摄像头（选装）等部件组成，硬件设计如图2所示：

系统能探测800米距离内物体和精度±0.5米的上下位置移动变化，在物体越过初始警戒值报警后，能继续探测出物体再向高压线移动的危险距离，以便采取下一步的预防措施。在需要监控的高压线路一端铁塔上安装固定好激光探头、激光报警控制主机和其它辅助设备。激光探头的激光射线基本水平对准两塔之间输电线弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置。

2.3 系统的软件设计

系统后台由管理人员控制手机或计算机组成。当管理人员或监控室通过手机或计算机向激光报警控制主机“布防”指令后系统进入工作状态，一旦发生物体接近高压线5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距离值时触发报警（用户可以根据现场实际情况自行设定初始值或其它档位值），现场高音喇叭发出声响警报“高压危险，注意安全”的语音提示，主机同时将报警信息（包括塔名、位置、危险距离值）通过 GSM 无线网络发送给相关管理人员，如图3所示。

管理人员可以直接进行远程喊话提示，或与电力110实现联网处置。对与视频监控联动的，自动触发图像、视频采集，通过无线3G/GPRS/WCDMA无线网络向监控中心在线传输现场实时图像、视频。系统同时设定物体越过初始警戒值后进一步靠近高压线时的多档报警值，便于管理人员评估外物体高危动作风险，采取紧急操作措施。

3 系统实施

系统2012年年中投入运行，产品应用激光光电学融合原理来实现对外力破坏物体入侵的预警，首先产品的设计思路原理先进，摆脱了常规周界入侵防范触发阻断等落后的预警机制，设防范围不局限于某一个方向，实现立体空间设防，实现对各方向入侵物的触发报警，并且融合常规的线路视频监控单元，便于实现报警信息确认，常规线路周界环境巡视等，整套系统在滁州供电公司各相关专业人员的配合下，结合高压线路安全监测的实际需求，系统研制符合高压线路的实际特点，化现场巡察为状态巡察，优化了线路安全监管的方式方法，节省了对应的人力物力投放，有较高的创新性和实用性，具备很好的推广价值。

4 结语

随着新建输电线路设计标准越来越高，输电线路本体的安全得到了相应保证，影响输电线路安全运行的问题突出表现在外部安全隐患上，尤其是输电线路附近的建筑施工。基于激光探测的输电线路在线监测预警系统项目的实施，可以对有潜在外力破坏危险的高压输电线路附近施工隐患点进行实时监测，通过激光感应高压线路场强的变化幅度和激光测距的原理来实现外力破坏物体靠近高压线路时的告警，通过现场声光报警和远程喊话的方式来提醒入侵物体停止行动，避免对线路的破坏，避免重大设备故障、停电事件的产生，提高供电的可靠性。系统试运行情况良好，友好的界面、方便的操作得到了使用人员的好评，希望在实践中经过检验更加稳健和成熟，为企业带来切实的社会效益和经济效益。

【参考文献】

[1]徐云峰，李士强，徐静静，訾红亮，张胜.输电线路运行班组防外破工作分析[J].宿州学院学报，2013（28），7：93-93.

[2]许家玉.输电线路三维激光雷达测量技术的应用研究[J].科技视界，2013（25），10：265-265.

[3]何思远，刘刚，王玲，唐延东.基于无人机的输电线路设备识别方法研究[J].红外与激光工程，2013（42），7：1940-1944.

[4]杨永平，段学云，段德磊，徐春，陈鸿兴.无人机航测技术在输电线路中的应用实践[J].城市勘测，2013，1：29-32.

[5]陈勇，韩晓言，侯国彦，唐丹.激光雷达小型化及其在输电系统中的应用研究[J]. 电力勘测设计，2013，1：70-73.

[6]冯国旭，常保成.高精度激光测距技术研究[J].激光与红外，2007（37），11：1137-1140.