CN103383440A - 一种信号灯远程在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号灯远程在线监测方法，包括，通过多个光纤采集被监控设备的多个信号灯发出的灯光，其中每个光纤对应被监控设备的一个信号灯；所述光纤将所述灯光传播至多个光电传感装置，每个光电传感装置用于接收和感应一个光纤传输过来的灯光以得到反映被监测设备的一个信号灯的颜色和亮度的电信号；数字处理单元分析所述光电传感装置得到的电信号以确定被监控设备的信号灯的颜色和状态。利用该信号灯远程在线监测方法，能够将被信号灯远程在线监测方法的光信号通过传感进入监测装置，与被监测装置没有任何电气意义上的连接，避开了干扰被监测装置正常运行的潜在风险。

Description

一种信号灯远程在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种新型信号灯远程在线监测方法，其适合于变电站设备在线监测。

背景技术

供电公司变电站及其所属开关站基本为无人值守，对设备运行维护主要有以下两种方式：

其一为状态检修。针对此种情况来说，状态检修需要增加巡检的频度，对于变电站设备的常规巡检其主要巡视内容为设备信号灯状态。由于一个供电局管辖的范围很大，变电站、开关站众多，以浦东供电局为例，浦东供电局巡检人员为30人，需要巡视的变电站、开关站有600多座，平均距离10公里左右，难以做到每天巡视，更不可能实时巡视。因此，巡视时发现的问题往往很滞后，容易带来更大的安全隐患。能否有一种手段能够实时监测到设备运行指示灯信号的异常情况对供电局的设备运行维护是非常有价值的。

其二为设备在调度系统中出现告警信息或操作异常后的临时维护维修。针对第二种情况来说，当调度发现某个变电站设备通讯异常或操作（如遥控）异常后，难以判断是通讯问题还是设备问题，而通讯和设备的维护属于不同的部门。经常发生这个部门去现场检查以后发现是另外一个部门维护的设备问题，导致维护的时间长，维护的效率低，维护的成本高。如果有设备能够采集相应的信号灯信息，就可以基本判断出该问题是设备问题还是通道问题。因此实时监测设备的运行指示灯能够大大提高设备故障时应急反应的速度。

如何自动巡检设备的信号灯，获取信号灯发光颜色和是否闪烁等信息。依据常规一般采用两种方法获取该信息：

1、直接采集信号灯的电信号，根据电平变化判别信号灯状态；

2、采用摄像技术获取图像，再进行图像识别处理，得到信号灯状态；

这两种方法在实践应用中均有弊端，第一种方法需要从设备内部引线，是一种介入式的信号采集方式，带有干扰设备本身运行的隐患，继电器等普通的设备有可能采用这种方式，但对智能设备来说，这种做法是非常不安全的，除非设备本身设计了信号灯监测功能，否则绝对不可能采用的；第二种虽然是非介入式信号采集方法，但其中的图像识别算法很容易受照明环境干扰，导致识别率降低，甚至无法正常工作，并且随着被监测信号灯数量的增多，摄像采集成本太高，因此摄像技术只适合监测很少数量的信号灯。

设备信号灯巡检是设备运维、状态检修的一项日常工作，由于上述两种方法的技术缺陷，信号灯状态自动监测一直没能得到大规模的推广使用，变电站二次设备的在线监测技术一直没有取得良好的发展。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有信号灯远程在线监测方法中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中一个目的是提供一种信号灯远程在线监测方法，该设备能够将可见光光谱精确分离并转化为电信号从而进行识别监测。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种信号灯远程在线监测方法，包括，通过多个光纤采集被监控设备的多个信号灯发出的灯光，其中每个光纤对应被监控设备的一个信号灯；所述光纤将所述灯光传播至多个光电传感装置，每个光电传感装置用于接收和感应一个光纤传输过来的灯光以得到反映被监测设备的一个信号灯的颜色和亮度的电信号；数字处理单元分析所述光电传感装置得到的电信号以确定被监控设备的信号灯的颜色和状态。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：所述数据处理单元根据被监测设备的信号灯的颜色和状态来确定安装于面板上的多个信号灯的颜色和状态。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：在所述数字处理单元内存储有被监测设备的每个信号灯的预定颜色和状态，在所述数字处理单元判定被监测设备的信号灯的颜色和状态与其预定颜色和状态不一致时，通过通信接口向上级系统进行报警，同时触发本地的报警装置进行报警。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：每个光电传感装置包括有：光学棱镜，其包括第一表面和第二表面，被监测设备的信号灯的灯光通过所述光纤的一端射入所述光纤，通过所述光纤的另一端和所述光学三棱镜的第一表面射入所述光学棱镜；设置于所述第二表面上的多个光电转换器，每个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的一种颜色，并感应该种颜色的光线得到反映其亮度的电压信号；分别与多个光电转换器电性连接的多个模数转换器，每个模数转换器将其连接的光电转换器输出的电压信号转换为数字信号。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：所述光电传感装置通过选择一个阈值对特定颜色区域进行分割，判断像素点是否满足判断条件R（x，y）/[R（x，y）+G（x，y）+B（x，y）]>TR，保留满足条件的像素区域，这些保留区域即认定为该特定颜色区域；其中，R（x，y）、G（x，y）、B（x，y）分别为像素点的R、G、B灰度分量值；TR为选定的分割阈值。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：所述特定颜色区域经所述光学棱镜折射后区分为5种颜色，其中有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的蓝色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的绿色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的黄色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的橙色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的红色。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：被监测设备的信号灯的颜色包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、白色和黑色，所述被监测设备的信号灯的颜色的状态包括常亮、长灭和闪烁。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：该方法还包括，利用运行监测装置用以接收并识别所述信号灯远程在线监测设备的数字处理装置得到的数据信号。

作为本发明所述信号灯远程在线监测方法的一种优选方案，其中：该方法还包括，利用光传输单元将光进行传送；以及利用信号传输单元将所述信号灯远程在线监测设备与所述运行监测装置相连接并传输所述信号灯远程在线监测设备的数字处理装置得到的数据信号。

本发明提供了一种信号灯远程在线监测方法，该方法能够将可见光光谱精确分离并转化为电信号，利用该信号灯远程在线监测方法，能够将被信号灯远程在线监测方法的光信号通过传感进入监测装置，与被监测装置没有任何电气意义上的连接，避开了干扰被监测装置正常运行的潜在风险；同时，对被监测的设备不进行任何形式的改装或接线，在施工、调试期间，被监测的设备无需停机；该系统还具有独立性，系统通过信号灯状态信息独立判别被监测的设备的工作状态，类似人工巡检设备。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式信号灯远程在线监测方法的示意图；

图2是根据本发明第二实施方式信号灯远程在线监测方法的示意图；

图3是光线进入本发明所述光电传感装置的示意图；

图4是包含图2所示实施方式的信号灯远程在线监测方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式其实是利用包括了光电传感装置110以及数据处理单元120在内的设备进行信号灯的远程在线监测，具体如图1所示。

参见图1，该方法通过多个光纤采集被监控设备的多个信号灯发出的灯光，其中每个光纤对应被监控设备的一个信号灯；而后光纤将所述灯光传播至多个光电传感装置110，每个光电传感装置110用于接收和感应一个光纤传输过来的灯光以得到反映被监测设备的一个信号灯的颜色和亮度的电信号；最后数字处理单元120分析所述光电传感装置110得到的电信号以确定被监控设备的信号灯的颜色和状态。

在本实施方式中，信号灯发出的光直接经过空气耦合进入光纤。一般的通信光纤传输1310nm或1550nm的远红外不可见光，直径只有几十微米，需要耦合头接入光源，而本发明采用专用的光纤，这种光纤具有在可见光内衰减小的特点，光纤纤芯直径为0.2mm～2mm，外层护套直径1.5mm～2.2mm，柔软度适中，并配有定制的金属构件让光纤固定在机架，方便现场施工安装。

需要说明的是，本实施例中所选用的光纤可以包括塑料光纤、石英光纤以及掺氟光纤等。虽然在此描述了光纤的几个示例，但是可以作为传输光的任何材料均落入本发明的精神和范围。

如图2所示，图2展示了本发明第二实施方式，其利用的设备除了具有第一实施方式中的光电传感装置110以及数据处理单元120外，还包括有安装有分别与被监测设备300的信号灯310相对应的多个信号灯140的面板130，在此实施例中，数据处理单元120根据被监测设备300的信号灯310的颜色和状态来确定安装于面板130上的信号灯140的颜色和状态。

参见图2和图3，每个光电传感装置110都包括有光学棱镜111、光电转换器112以及模数转换器113。其中，光学棱镜111包括有第一表面和第二表面，被监测设备的信号灯的灯光通过光纤200的一端射入光纤200，通过光纤200的另一端和光学三棱镜111的第一表面射入光学棱镜，在此实施例中，该光学棱镜为直角三棱镜，其第一表面为直角三棱镜的一个直角表面，而第二表面为直角三棱镜的斜边表面；而光电转换器112设置于光学三棱镜111第二表面上，每个光电转换器112对应射入光学棱镜111的光线的一种颜色，并能够感应该种颜色的光线得到反映其亮度的电压信号；分别与多个光电转换器112电性连接的多个模数转换器113，每个模数转换器113将其连接的光电转换器112输出的电压信号转换为数字信号。

当光线通过光纤200传输至光学棱镜111时，由于不同颜色的光在光学棱镜111中的折射率的不同，而发生不同角度的偏转，因此可以分析出各种颜色的指示灯的颜色和亮暗状态，一般的信号灯有蓝（λ=450～480nm)、绿(λ=480～550nm)、黄(λ=550～600nm)、橙(λ=600～640nm)、红(λ=640～750nm)等5种颜色，本实施例中，以应用到变电站为例，识别这5种颜色就基本涵盖了变电站内所有信号灯的颜色。

光电传感装置110通过选择一个阈值对特定颜色区域进行分割，判断像素点是否满足判断条件R（x，y）/[R（x，y）+G（x，y）+B（x，y）]>TR，保留满足条件的像素区域，这些保留区域即认定为该特定颜色区域；其中，R（x，y）、G（x，y）、B（x，y）分别为像素点的R、G、B灰度分量值；TR为选定的分割阈值。彩色图像通常可以比灰度图像提供更多的信息。利用颜色特征进行图像分割和提取该实施方式中变得非常重要。颜色分量方法基于折射的光的颜色信息实现图像处理。该方法当然也可以分为分量选择、阈值处理和分量替代三个步骤。

相对应的，在此实施方式中，每个光电传感装置110的光电转换器112的数目为5个，其中有一个光电转换器112对应射入光学棱镜111的光线的蓝色，有一个光电转换器112对应射入光学棱镜111的光线的绿色，有一个光电转换器112对应射入光学棱镜111的光线的黄色，有一个光电转换器112对应射入光学棱镜111的光线的橙色，有一个光电转换器112对应射入光学棱镜111的光线的红色。在实际中，被监测设备300的信号灯310的颜色包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、白色和黑色，而被监测设备300的信号灯310的颜色的状态包括常亮、长灭和闪烁。

当然，可以在数据处理单元120内存储有被监测设备300的每个信号灯310的预定颜色和状态，在数据处理单元120判定被监测设备300的信号灯310的颜色和状态与其预定颜色和状态不一致时，通过通信接口向上级系统进行报警，同时触发本地的报警装置进行报警，从而实现远程监控。

如图4所示，图4提供了一种采用第二实施方式信号灯远程在线监测方法100建立起来的一种信号灯远程在线监测方法，该信号灯远程在线监测方法还包括利用运行监测装置400用以接收并识别所述信号灯远程在线监测设备的数字处理装置120得到的数据信号以及利用光传输单元200将光进行传送和利用信号传输单元500将信号灯远程在线监测设备与所述运行监测装置400相连接并传输所述信号灯远程在线监测设备的数字处理装置120得到的数据信号。当被监测设备300上的信号灯310发出的光通过光传输单元200传输至信号灯远程在线监测方法100中的设备时，得到的数据信号通过信号传输单元500传输达运行监测装置400，实现远程实时监控。

该系统对被监测设备300的信号灯310的状态通过信号灯远程在线监测方法100处理生成信号灯310是否常亮、不亮、闪烁等状态，系统内部对某个灯的颜色和状态可以进行预定义，如果实际颜色和状态与预定义的颜色和状态不一致，则产生告警，主动上报到运行监测装置400，从而完成对被监测设备300的信号灯310实时主动的在线监测。

具体实施中，信号灯远程在线监测方法100能够同时分析多个信号灯发出的光，采用光传输单元200，在此实施例中，光传输单元200采用光纤，若采用石英光纤，由于石英光纤其直径较细，需要在信号灯310光源端设置聚光装置，具体为，在所述光传输单元200的输入端安装聚光装置，该聚光装置包括导光块和聚光透镜，导光块依信号灯310外形设置，一端为内凹状，另一端连接有聚光透镜，光传输单元200的输入端连接在所述聚光透镜的焦点位置。以便于后续光分析及现场施工；信号灯远程在线监测方法100中的设备与运行监测装置400通过信号传输单元500相连接，在此实施例中，信号传输单元500采用局域网络，信号灯远程在线监测方法100将分析出的数字信号发送至运行监测装置400，而后，运行监测装置400将所述信号灯远程在线监测方法分析出的数字信号进行识别以实现预警。

在此实施方式中，该信号灯远程在线监测方法对信号灯310发出的可见光进行采集，识别发光颜色和分析出信号灯310是否闪烁。信号灯310的发光颜色和是否闪烁被称为信号灯状态信息。对于特定的某盏信号灯来说，它的“正常状态”和“需要引起注意的状态”是完全可以定义的，例如，某设备的工作指示灯的正常状态为“绿灯闪烁”，出现故障时为“红灯闪烁”。该信号灯远程在线监测方法将识别出的信号灯310状态和预先定义的可出现状态进行比较，便可以判断该信号灯310表达的设备工作状态。一旦发现信号灯310处于非正常状态，该信号灯远程在线监测方法便进行告警，通知运维人员及时处理故障。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种信号灯远程在线监测方法，其特征在于：包括，

通过多个光纤采集被监控设备的多个信号灯发出的灯光，其中每个光纤对应被监控设备的一个信号灯；

所述光纤将所述灯光传播至多个光电传感装置，每个光电传感装置用于接收和感应一个光纤传输过来的灯光以得到反映被监测设备的一个信号灯的颜色和亮度的电信号；

数字处理单元分析所述光电传感装置得到的电信号以确定被监控设备的信号灯的颜色和状态。

2.根据权利要求1所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：

所述数据处理单元根据被监测设备的信号灯的颜色和状态来确定安装于面板上的多个信号灯的颜色和状态。

3.根据权利要求1所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：

在所述数字处理单元内存储有被监测设备的每个信号灯的预定颜色和状态，在所述数字处理单元判定被监测设备的信号灯的颜色和状态与其预定颜色和状态不一致时，通过通信接口向上级系统进行报警，同时触发本地的报警装置进行报警。

4.根据权利要求1所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：每个光电传感装置包括有：

光学棱镜，其包括第一表面和第二表面，被监测设备的信号灯的灯光通过所述光纤的一端射入所述光纤，通过所述光纤的另一端和所述光学三棱镜的第一表面射入所述光学棱镜；

设置于所述第二表面上的多个光电转换器，每个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的一种颜色，并感应该种颜色的光线得到反映其亮度的电压信号；

分别与多个光电转换器电性连接的多个模数转换器，每个模数转换器将其连接的光电转换器输出的电压信号转换为数字信号。

5.根据权利要求1或4所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：所述光电传感装置通过选择一个阈值对特定颜色区域进行分割，判断像素点是否满足判断条件R（x，y）/[R（x，y）+G（x，y）+B（x，y）]>TR，保留满足条件的像素区域，这些保留区域即认定为该特定颜色区域；其中，R（x，y）、G（x，y）、B（x，y）分别为像素点的R、G、B灰度分量值；TR为选定的分割阈值。

6.根据权利要求5所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：所述特定颜色区域经所述光学棱镜折射后区分为5种颜色，其中有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的蓝色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的绿色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的黄色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的橙色，有一个光电转换器对应射入所述光学棱镜的光线的红色。

7.根据权利要求1所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：

被监测设备的信号灯的颜色包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、白色和黑色，所述被监测设备的信号灯的颜色的状态包括常亮、长灭和闪烁。

8.根据权利要求1所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：该方法还包括，

利用运行监测装置用以接收并识别所述信号灯远程在线监测设备的数字处理装置得到的数据信号。

9.根据权利要求8所述的信号灯远程在线监测方法，其特征在于：该方法还包括，

利用光传输单元将光进行传送；以及

利用信号传输单元将所述信号灯远程在线监测设备与所述运行监测装置相连接并传输所述信号灯远程在线监测设备的数字处理装置得到的数据信号。

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