CN104851231A - 一种输电线路附近环境的监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的监测装置为摄像探头和多光谱红外雷达分别接入监控主机，监控主机在过滤掉高温红外辐射源和背景辐射的窄波段后通过图像分析判断周围环境林火的存在；监控主机通过云雾室连接空气吸管，对周围空气进行加湿加热采样，统计其单位面积的水滴数量，当超过预设的阀值时进行预警；监控主机同时连接光传感器测量大气中的石英棒，测量光能的损耗，计算盐密。本发明提前预知输电线路周边潜在山火隐患和现有山火灾情，通过对输电线路近距离空间火情信息的捕捉，及时发现火点，主动停电避火，减少因山火跳闸的事件发生。
Description
技术领域
本发明涉及电力输送领域，特别涉及一种输电线路附近环境的监测装置。
背景技术
随着我国经济的迅猛增长，各行业的用电需求也与日剧增。电力输送的稳定和安全，直接影响到各用电地区的经济发展，可谓牵一发而动全身。由于南方的人文、气候特点，每年国庆节后至春耕期间是各地山火高发期。春、秋季天气干燥，加上清明、重阳祭祖时节，极易因为烧香、点炮仗等引发山火事故，对输电线路的安全运行构成极大威胁。因山火的不可预知性和地域广泛性等特点，山火引发的线路跳闸对电网安全运行危害极大，容易酿成大面积停电事故。
目前，输电线路防山火主要通过人工巡视或者利用人造卫星空间平台上的光电光谱或微波传感器，对地球地物遥测的信息源，通过地面接收站接收及图像、数据处理系统的增强处理，发现火点并跟踪探测。
传统的人工巡视已远远无法满足现代智能电网防范山火灾害的监测需要；而在森林防火以及气象监测广泛使用的卫星遥感技术，由于投入成本较高、不能识别小面积山火等原因，难以在电力系统普及。
针对上述情况，研制实时在线的山火综合监测报警装置，确保输电线路的安全是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种输电线路附近环境的监测装置，对输电线路的周边环境进行实时监测，确保输电线路的安全。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的监测装置为摄像探头和多光谱红外雷达分别接入监控主机，监控主机在过滤掉高温红外辐射源和背景辐射的窄波段后通过图像分析判断周围环境林火的存在；监控主机通过云雾室连接空气吸管，对周围空气进行加湿加热采样，统计其单位面积的水滴数量，当超过预设的阀值时进行预警；监控主机同时连接光传感器测量大气中的石英棒，测量光能的损耗，计算盐密实现对绝缘子污秽的测量检测。
所述的摄像探头和多光谱红外雷达设置在相对制高点输电线路杆塔上。
所述的摄像探头和多光谱红外雷达为360度可旋转结构，且每次的起始位置和旋转角度都不同。
所述的多光谱红外雷达为探测3-5μm中红外辐射的探测器。
所述的监控主机内设有视频采集模块，图像预处理模块，烟雾明火颜色检测模块，烟雾明火模糊度计算模块，烟雾明火识别模块构成；烟雾明火颜色检测模块对烟雾或明火在RGB颜色空间的颜色聚类性进行检测，判别烟雾或明火颜色；烟雾明火模糊度计算模块根据烟雾或明火在频域高频中的特性对烟雾或明火与背景进行区分；烟雾明火识别模块结合烟雾或明火的动态特征和静态特征对烟雾或明火进行识别；当监控主机发现上述异常现象，能够标示出烟雾或明火发生的区域，并触发报警。
所述的石英棒为低损耗石英棒。
所述的监控主机分别连接温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器。
一种输电线路附近环境的监测装置，由于采用上述的结构和方法，本发明提前预知输电线路周边潜在山火隐患和现有山火灾情，通过对输电线路近距离空间火情信息的捕捉，及时发现火点，合理安排运行方式，主动停电避火，减少因山火跳闸的事件发生，便于灾后输电线路的受污染情况的及时把控与清理。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明结构示意图；
在图1中，1、监控主机；2、摄像探头；3、多光谱红外雷达；4、云雾室；5、空气吸管；6、光传感器；7、湿度传感器；8、温度传感器；9、风速传感器；10、风向传感器。
具体实施方式
如图1所示，本发明为摄像探头2和多光谱红外雷达3分别接入监控主机1，监控主机1在过滤掉高温红外辐射源和背景辐射的窄波段后通过图像分析判断周围环境林火的存在；监控主机1通过云雾室4连接空气吸管5，对周围空气进行加湿加热采样，统计其单位面积的水滴数量，当超过预设的阀值时进行预警；监控主机1同时连接光传感器6测量大气中的石英棒，测量光能的损耗，计算盐密实现对绝缘子污秽的测量检测。
本发明采用的智能图像分析和多光谱红外雷达3探火技术相结合的综合监测装置，实现对输电线路的周边环境进行实时监测。多光谱红外雷达3采用探测3-5μm中红外辐射的探测器，除了以林火典型红外辐射光谱作为探测目标外，还同时鉴别其他高温红外辐射源和背景辐射的窄波段。通过对以上波段频谱特征进行算法分析，就可以将林火和其他红外辐射源(如强阳光)区分开来。而且，即使这些辐射源的辐射信号因空气的吸收而发生衰减，其辐射强度之间的数学关系却并不随信号的衰减而发生变化，采用数字相关技术对接收到的信号进行分析，就可以将因衰减而淹没在噪声中的火焰信息检出，从而极大地提高了探测器的探测距离和灵敏度。探火雷达装在处于相对制高点输电线路杆塔上，在水平360°，垂直180°，距离3～5公里半径内逐点逐行进行搜索，可及时发现没有全部遮挡的明火和暗火。
基于图像分析和识别的视频烟雾明火检测系统，可以在摄像探头2的监控视野内，设置警戒区域，检测烟雾或明火的发生。监控主机1内设有视频采集模块，图像预处理模块，烟雾明火颜色检测模块，烟雾明火模糊度计算模块，烟雾明火识别模块构成；烟雾明火颜色检测模块对烟雾或明火在RGB颜色空间的颜色聚类性进行检测，判别烟雾或明火颜色；烟雾明火模糊度计算模块根据烟雾或明火在频域高频中的特性对烟雾或明火与背景进行区分；烟雾明火识别模块结合烟雾或明火的动态特征和静态特征对烟雾或明火进行识别；当监控主机发现上述异常现象，能够标示出烟雾或明火发生的区域，并触发报警。
山火监测装置前端的摄像探头2和多光谱红外传感雷达3安装在同一个带云台的平台上，使摄像探头2和多光谱红外传感雷达3可以360度移动方位，无视觉盲区。同时考虑到某个时段太阳光等干扰光线对多光谱红外传感雷达3的影响，通过后台计算模型对测量数据进行纠正。带移动云台理论上是360度可旋转，但由于技术的限制，仍然可能存在某些死角，因此云台旋转的起始位置和角度每次都不同，这样就覆盖了某些可能是盲区和死角的角度。
此外，本发明采用云雾室热释粒子统计技术，来提前预警潜在的火灾隐患。即通过探测火灾尚未发生时由于异常温升产生的热释粒子，就对可能引起火灾的潜在火患进行早期探测并及时定点消除。一般认为，火灾的生命周期包括初起、发展、猛烈、下降、熄灭五个阶段，从初起、发展到猛烈燃烧只有10～15分钟。但在潜在火患即燃烧要素出现之后到火灾初起之前，起码有半个小时以上的间隙，而这个时间段对于及时发现与消除火灾隐患是极其关键的。但是，现有的火灾检测手段一般只能探测到火灾初起后期和发展阶段，即已经出现大量烟雾或火苗的阶段，而这一阶段到猛烈燃烧一般只有5分钟，这么短的时间对于火灾预警和防范，特别是及时灭火，是远远不够的，结果往往是造成重大的生命与财产损失。实际当出现燃烧要素(如电缆过流发热)之后，会有一个逐步温升的过程。温度的不断升高使可燃物(如电缆护套)发生变化和部分离解，向空气中释放大量不可见的微米颗粒，尺度小至0.002μm，远远低于灰尘颗粒的大小，数量达到500,000个/cm3的热崩溃点时，即进入烟雾产生的火灾初期。但这么小的热释粒子又是任何现有传感器所探测不到的，因此无法预知。而本项目采用云雾室原理研制的极早期火灾探测与预警装置之所以是火灾预警技术的重大突破，就是在有火灾隐患的场合下，采用空气吸管5采样将现场空气吸进云雾室4内，然后加湿加热使其放大到传感器可探测到的水粒子大小，然后统计其单位面积的水滴数量和分析其变化曲线，如果是直线上升到预设的阀值(如热崩溃点之前的300,000个/cm3)，就可以马上预警，使人们可以利用起火前的宝贵时间及时查找和消除潜在火患。
传统的绝缘子污秽监测手段采取绝缘子离线的清洗称量的等值盐密法或在线的泄漏电流法。本发明采用光传感器6测量盐密的方法监测绝缘子污秽。该方法是基于介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理。置于大气中的低损耗石英棒是一个以棒为芯、大气为包层的多模介质光波导。在石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，但有少部分光能将沿芯包界面的包层传输，光波传输过程中光的损耗很小。当石英玻璃棒上附着有污染时，它将对光能产生损耗，通过监测光能的损耗，可以计算出盐密的多少。
由于山火引起的电网跳闸和绝缘子污闪引起的电网跳闸都和气象环境有着很大的关系，因此本发明的监控主机1分别连接温度传感器8、湿度传感器7、风速传感器9、风向传感器10，通过主站实时显示出小气象环境中各种气象要素的曲线和发展趋势，作为系统预警预报的辅助参数。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的监测装置为摄像探头(2)和多光谱红外雷达(3)分别接入监控主机(1)，监控主机(1)在过滤掉高温红外辐射源和背景辐射的窄波段后通过图像分析判断周围环境林火的存在；监控主机(1)通过云雾室(4)连接空气吸管(5)，对周围空气进行加湿加热采样，统计其单位面积的水滴数量，当超过预设的阀值时进行预警；监控主机(1)同时连接光传感器(6)测量大气中的石英棒，测量光能的损耗，计算盐密实现对绝缘子污秽的测量检测。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的摄像探头(2)和多光谱红外雷达(3)设置在相对制高点输电线路杆塔上。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的摄像探头(2)和多光谱红外雷达(3)为360度可旋转结构，且每次的起始位置和旋转角度都不同。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的多光谱红外雷达(3)为探测3-5μm中红外辐射的探测器。
5.根据权利要求1所述的一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的监控主机(1)内设有视频采集模块，图像预处理模块，烟雾明火颜色检测模块，烟雾明火模糊度计算模块，烟雾明火识别模块构成；烟雾明火颜色检测模块对烟雾或明火在RGB颜色空间的颜色聚类性进行检测，判别烟雾或明火颜色；烟雾明火模糊度计算模块根据烟雾或明火在频域高频中的特性对烟雾或明火与背景进行区分；烟雾明火识别模块结合烟雾或明火的动态特征和静态特征对烟雾或明火进行识别；当监控主机发现上述异常现象，能够标示出烟雾或明火发生的区域，并触发报警。
6.根据权利要求1所述的一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的石英棒为低损耗石英棒。
7.根据权利要求1所述的一种输电线路附近环境的监测装置，其特征在于：所述的监控主机(1)分别连接温度传感器(8)、湿度传感器(7)、风速传感器(9)、风向传感器(10)。
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