CN110728869A - 一种配电线路带电作业安全实训互动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电线路带电作业安全实训互动系统，该系统包括：实训线路设置在培训现场，实训线路的所有可移动部件、工器具和作业人员的安全帽上固定无线定位标签；超宽带无线定位与识别系统自动识别定位标签并确定其空间坐标；基于立体视觉的智能带电安全距离监测系统实现作业人员与带电体距离的实时监测和报警；实训管理系统向各个实训考核器发送作业人员作业信息，实时发送来自智能带电安全距离监测系统的报警信息，持实训考核器的监考人员依据作业人员操作规范性及报警信息评分，并发送到实训管理系统，实训管理系统对现场多名监考人员评分进行加权平均。本发明能实现电网实训考核的数字化和智能化，提高实训考核准确度、效率和培训效果。

Description

一种配电线路带电作业安全实训互动系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种配电线路带电作业安全实训互动系统。

背景技术

目前，配电线路带电作业大大提高了供电企业的供电可靠性，减少了停电损失，推广带电作业新技术，已经是电力系统乃至全球在该领域的必然趋势，但如何保证带电作业时人员及设备的安全，是我们始终面临的问题。带电作业主要危险是作业人员离带电体太近造成伤害，目前带电作业培训主要是通过举办带电作业培训班、带电作业研讨会、带电作业新技术交流会、带电作业技能比武及在专业培训基地进行现场操作演练等方式来提高带电作业人员的理论和技能水平，目前培训技术无法实时、准确、监测人体到各个带电体的距离，因此目前的培训方式和培训手段不能完全满足实际带电作业生产的需要。基于立体视觉三维测量和超宽带无线定位的智能带电安全距离监测技术，不仅可以自动识别带电体，而且可实时、精确测量作业人员与配电线路所有带电体之间的距离，提高实训人员对带电安全距离的直观感受，强化培训效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电线路带电作业安全实训互动系统，构建基于网络技术的配电线路带电作业实训考核器，实现电网实训考核的数字化和智能化，构建基于立体视觉和超宽带无线定位技术的智能带电安全距离监测系统，实现实训过程中作业人员与配电线路带电体距离全面、精确的实时监测和报警，提高实训人员对带电安全距离的直观感受，强化培训效果。

本发明实施例提供一种配电线路带电作业安全实训互动系统，包括：

实训线路设置在培训现场，在实训线路的所有可移动部件、工器具和作业人员的绝缘安全帽上固定无线定位标签；

超宽带无线定位与识别系统自动识别实训现场的所有定位标签并确定其三维空间坐标，通过对实训线路的可移动部件上定位标签的识别和定位，确定可移动部件的位置和识别实训线路的带电体，通过对工器具上定位标签的识别，判别作业人员所带的工器具是否符合作业项目的要求，确定工器具在实训现场的三维空间位置，通过对绝缘安全帽上标签的识别和定位，可识别现场所有作业人员的身份，并初步确定作业人员在实训现场的空间位置；

基于立体视觉光学三维测量技术的智能带电安全距离监测系统通过检测实训线路的带电体的三维空间体素分布以及作业人员的人体三维体素分布，计算带电体和作业人员的人体在三维空间的最小距离，实现实训过程中作业人员与带电体距离的实时监测和报警；

实训现场多名监考人员利用多个实训考核器对作业人员进行考核，各个实训考核器通过无线网络技术实现和实训管理系统之间的通信，实训管理系统向各个实训考核器发送作业人员信息、作业项目信息，对各个实训考核器进行状态校验、检查与初始化，在实训过程中培训管理系统向各个实训考核器实时发送来自智能带电安全距离监测系统的报警信息，作为监考人员评分的参考，监考人员依据作业人员操作的规范性以及报警信息给出实训流程中各个考核内容的评分，并及时发送到培训管理系统，培训管理系统可以同时与实训现场的多个实训考核器进行通信，对现场多名监考人员给出的多个成绩进行加权平均；

实训管理系统通过以太网采集并记录现场作业视频监视系统发送的视频信号，并可以进行查询与回放；

本发明提供的配电线路带电作业安全实训互动系统，实训管理系统从超宽带无线定位与识别系统实时获取实训线路的可移动部件的位置或状态、工器具的空间位置，现场所有作业人员的身份及在实训现场的空间位置，实训管理系统从智能带电安全距离监测系统获取作业人员与带电体距离的实时监测报警信息，并且根据不同的作业项目实训流程规定，对作业人员的规范性进行自动评分，并且和监考人员通过各个实训考核器上传的评分进行综合，给出最终成绩，实现实训系统的智能和数字化考核，提高培训效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的配电线路带电作业安全实训互动系统的框图；

图2为本发明实施例中的实训考核器框图；

图3为本发明实施例中的超宽带无线定位与识别系统的框图；

图4为本发明实施例中的立体视觉智能带电安全距离监测系统的框图；

图5为本发明实施例中的实训管理系统的功能组成框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的配电线路带电作业安全实训互动系统的框图；如图1所示，配电线路带电作业安全实训互动系统包括：实训线路15设置在培训现场，作业人员17利用工器具16对实训线路15进行带电作业，在实训线路15的所有可移动部件、工器具16和作业人员17的绝缘安全帽上固定无线定位标签；

超宽带无线定位与识别系统12可以自动识别实训现场的所有定位标签并确定其三维空间坐标，通过对实训线路15的可移动部件上标签的识别和定位，确定可移动部件的位置和状态，通过对工器具上标签的识别，可以判别作业人员所带的工器具是否符合作业项目的要求，确定工器具在实训现场的三维空间位置，通过对绝缘安全帽上标签的识别和定位，可识别现场所有作业人员的身份，并初步确定作业人员在实训现场的空间位置，并将以上信息发送到实训管理系统11和立体视觉智能带电安全距离监测系统13；

基于立体视觉光学三维测量技术的智能带电安全距离监测系统13通过检测实训线路15的带电体的三维空间体素分布以及作业人员17的人体三维体素分布，计算两者在三维空间的最小距离，实现实训过程中作业人员与带电体距离的实时监测和报警，具有监测全面、测量精确等特点；

多个实训考核器(例如，实训考核器181、…、实训考核器18M，M为实训考核器的个数)是在实训现场监考人员对作业人员进行考核的设备，各个实训考核器通过无线网络技术实现和实训管理系统11之间的通信，实训管理系统11向各个实训考核器发送作业人员信息、作业项目信息，对各个实训考核器进行状态校验、检查与初始化，在实训过程中培训管理系统11向各个实训考核器实时发送来自智能带电安全距离监测系统13的报警信息，作为监考人员评分的参考，监考人员依据作业人员17操作的规范性以及报警信息给出实训流程中各个考核内容的评分，并及时发送到培训管理系统11，培训管理系统11可以同时与实训现场的多个实训考核器进行通信，对现场多名监考人员给出的多个成绩进行加权平均；

实训管理系统11通过以太网采集并记录现场作业视频监视系统14发送的视频信号，并可以进行查询与回放；

本发明提供的配电线路带电作业安全实训互动系统，实训管理系统11从超宽带无线定位与识别系统12实时获取实训线路15的可移动部件的位置或状态、工器具16的空间位置，从智能带电安全距离监测系统13获取的报警信息，并且根据不同的作业项目实训流程规定，对作业人员17的规范性进行自动评分，并且和监考人员通过各个实训考核器上传的评分进行综合，给出最终成绩，实现实训系统的智能和数字化考核。

图2为本发明实施例中的实训考核器框图；如图2所示，实训考核器的核心器件是工控主板21，其具有良好的性能和外围接口功能，通过工控主板21自带的视频接口与高分辨率显示屏23相连接，保证户外、清晰、真彩显示，通过RS-232接口与Zigbee无线网络模块25(例如，JN5139)相连接，利用Zigbee无线网络实现实训考核器和实训管理系统11之间的通信，利用工控主板的数字输入接口(DI)识别按键23，工控主板自带SD卡接口，可扩展存储卡24，通过电池供电电路26可以利用电池27进行供电。

图3为本发明实施例中的超宽带无线定位与识别系统的框图；如图3所示，在培训现场的四个角部署四个超宽带定位传感器(超宽带定位传感器32、超宽带定位传感器33、超宽带定位传感器34、超宽带定位传感器35)，在实训线路15的可移动部件、工器具16上及作业人员17的绝缘安全帽上固定紧凑型标签(例如，标签371、…、标签37N，N为标签的个数)，4个超宽带定位传感器通过标准以太网接口由路由器36连接汇总到位置解算计算机31，每个传感器独立测定UWB信号的方向角和仰角(AOA)，而到达时间差信息(TDOA)则必须由一对传感器来测定，通过两个传感器的接收信号就能测定各个标签的精密的3D信息，采用四个传感器可以解决信号遮挡问题。

图4为本发明实施例中的立体视觉智能带电安全距离监测系统的框图；图4所示，6个智能相机(智能相机44、...、智能相机49)分布在培训现场四周，拍摄作业点二维图像，并在各个智能相机中完成二维图像的滤波、前景提取等处理任务，同步信号发生器43产生频率可以调节的方波信号，连接到所有智能相机，实现所有相机二维图像的同步采集，各个智能相机提取的前景图像通过路由器42送到立体视觉计算机41，立体视觉智能带电安全距离监测系统不仅可以测量静止的带电体的三维坐标，而且可以利用超宽带无线定位系统12提供的各个作业人员17、实训线路15的可移动部件以及工器具16的身份识别信息和在三维空间的粗略定位信息，对各个作业人员17的人体轮廓到带电体的三维距离进行精确测量，从而判断人体轮廓和带电体之间的空间距离是否超过规定。

图5为本发明实施例中的实训管理系统的功能组成框图；如图5所示，包括：实训管理系统11通过以太网采集并记录现场作业视频监视系统14发送的视频信号，实现视频采集、检索、回放模块51；

实训管理系统11利用USB接口与智能带电安全距离监测系统13进行通信，向智能带电安全距离监测系统发送作业项目信息，接收智能带电安全距离监测系统发送的报警信息，实现实训管理系统与智能带电安全距离监测系统通信模块52功能；

实训管理系统11通过Zigbee无线传输网络实现实训管理系统与各个实训考核器之间通信，实训管理系统11向实训考核器发送作业人员姓名、作业项目、安全距离监测报警信息，实训考核器向实训管理系统发送监考评分，主监考人员的实训考核器向实训管理系统发送开始和结束指令，实行实训管理系统与实训考核器通信模块53功能；

实训管理系统11具有考题建设、考题读取、答题和自动评分功能，实现考题建设和读取功能模块54；

实训管理系统11具有训练科目建设和读取功能，实现训练科目建设和读取功能模块55；

实训管理系统11具有考生信息、监考信息录入功能，实现考生、监考信息录入功能模块56；

实训管理系统11从超宽带无线定位与识别系统12实时获取实训线路15的可移动部件的位置或状态、工器具16的空间位置，从智能带电安全距离监测系统13获取的报警信息，并且根据不同的作业项目实训流程规定，对作业人员17的规范性进行自动评分，并且和监考人员通过各个实训考核器上传的评分进行综合，给出最终成绩，实现实训系统的智能和数字化考核，实现实训成绩评定模块57功能；

实训管理系统11对系统基础信息、考题题库、训练科目信息(作业项目名称、作业需要工器具、标准作业流程及考核内容)、实训生信息(实训生个人信息、作业项目信息、作业视频、考核评分、监考信息)等内容进行有效管理，从数据定义、安装、操作查询到数据保存都具有交互式环境工具，需用户定义的参数提供缺省值，提供数据的合理性校验手段，具有数据库安全管理功能，实现实训管理系统数据库管理模块58功能。

综上，(1)通过构建基于网络技术的配电线路带电作业实训考核器，实现电网实训考核的数字化和智能化。

(2)基于立体视觉和超宽带无线定位技术的智能带电安全距离监测系统检测实训线路的带电体的三维空间体素分布以及作业人员的人体三维体素分布，计算两者在三维空间的最小距离，实现实训过程中作业人员与带电体距离的实时监测和报警，具有监测全面、测量精确等特点，提高实训人员对带电安全距离的直观感受。

(3)紧密结合电网安全生产的需求，根据配电线路带电作业标准化作业流程和安全生产规程，可生成一系列培训教案，可以灵活选择所需的培训教案对培训人员进行培训学习与考核评价，构建一个逼真、实用、灵活、培训费用低、培训效率高的安全实训物理环境。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种配电线路带电作业安全实训互动系统，其特征在于，所述系统包括：

实训线路设置在培训现场，在实训线路的可移动部件、工器具和作业人员的绝缘安全帽上设置有无线定位标签；

超宽带无线定位与识别系统，用于识别所述无线定位标签并确定所述无线定位标签的三维空间坐标，从而确定可移动部件的位置和识别实训线路的带电体，判别作业人员所带的工器具是否符合作业项目的要求，确定工器具在实训现场的三维空间位置，识别现场所有作业人员的身份，并大致确定作业人员在实训现场的空间位置；

立体视觉智能带电安全距离监测系统，用于检测所述实训线路的带电体的三维空间体素分布以及作业人员的人体三维体素分布，计算带电体和作业人员的人体在三维空间的最小距离，实现实训过程中作业人员与带电体距离的实时监测和报警；

多个实训考核器，用于多名监考人员依据作业人员操作的规范性给出实训流程中各个考核内容的评分，并及时发送到培训管理系统，培训管理系统对现场多名监考人员给出的多个成绩进行加权平均；

实训管理系统，从所述超宽带无线定位与识别系统实时获取实训线路的可移动部件的位置或状态、工器具的空间位置，现场所有作业人员的身份及在实训现场的空间位置，从所述立体视觉智能带电安全距离监测系统获取作业人员与带电体距离的实时监测报警信息，并且根据不同的作业项目实训流程规定，对作业人员的规范性进行自动评分，向所述多个实训考核器发送考核信息并获取多个实训考核器上传的评分，实现实训系统的智能和数字化考核，通过以太网采集并记录现场作业视频监视系统发送的视频信号，进行查询与回放。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超宽带无线定位与识别系统在培训现场的四个角部署四个超宽带定位传感器，四个超宽带定位传感器通过标准以太网接口由路由器连接汇总到位置解算计算机，位置解算计算机通过两个传感器的接收信号就能测定各个无线定位标签的三维空间位置信息，采用四个传感器解决信号遮挡问题。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述立体视觉智能带电安全距离监测系统的6个智能相机分布在培训现场四周，同步拍摄作业点二维图像，并在各个智能相机中完成二维图像的滤波、前景提取等处理任务，各个智能相机提取的前景图像通过路由器送到立体视觉计算机，所述立体视觉智能带电安全距离监测系统不仅可以测量静止的带电体的三维坐标，而且可以利用所述超宽带无线定位系统提供的各个作业人员、实训线路的可移动部件以及工器具的身份识别信息和在三维空间的粗略定位信息，对各个作业人员的人体轮廓到带电体的三维距离进行精确测量，判断人体轮廓和带电体之间的空间距离是否超过规定。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述实训考核器包括工控主板、高分辨率显示屏、Zigbee无线网络模块、按键、可扩展存储卡、电池供电电路等，工控主板通过自带的视频接口与高分辨率显示屏相连接，保证户外、清晰、真彩显示，通过RS-232接口与Zigbee无线网络模块相连接，通过Zigbee无线网络实现多个实训考核器和所述实训管理系统之间的通信，通过工控主板的数字输入接口与按键相连接，工控主板自带SD卡接口与扩展存储卡相连接，通过电池供电电路与电池相连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述实训管理系统包括以下功能模块：视频采集、检索、回放模块，实训管理系统通过USB接口与智能带电安全距离监测系统通信模块，实训管理系统通过Zigbee无线传输网络与实训考核器通信模块，考题建设和读取功能模块，实现训练科目建设和读取功能模块，考生、监考信息录入功能模块，实训成绩评定功能模块，数据库管理功能模块。

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