CN111474530A - 一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法 - Google Patents

一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法，包括激光雷达平台、第一MCU、告警制动模块、第一WIFI模块和第二WIFI模块，激光雷达平台和第一WIFI模块均与第一MCU信号连接；第二WIFI模块与告警制动模块信号连接，第一WIFI模块和第二WIFI模块信号连接；其中，激光雷达平台其所在区域内带电体表面的点云数据，第一MCU利用获得的点云数据进行计算，得到带电体表面与激光雷达平台之间的最小距离；并将该最小距离发送告警制动模块，告警制动模块将该最小距离与预设的工作环境的安全距离进行对比，根据对比结果维持或者改变激光雷达平台的运动状态。

Description

一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及高压带电作业安全施工技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法。
背景技术
电气设备在长期运行中需要经常测试、检查和维修。带电作业是避免检修停电，保证供电质量的有效措施。带电作业也成为电网建设中送电设备测试、检修和改造的重要手段，为电力系统的安全可靠运行和提高经济效益发挥了十分重要的作用，带电作业通常是由带有施工平台的吊车或者升降车来实现，升降平台带动施工人员及设备向待检修和维护的电气设备移动；该方法面临的问题越来越多，带电作业会对施工安全形成影响，近年来由于过于靠近带电设备而引起安全事故时有发生，给国家财产和人员生命造成了重大的损失。目前，随着带电作业的不断发展，作业环境更加复杂，带电作业的工作量更加繁重，为保障与带电体之间的安全作业距离，国家电网公司做出了明确的规定，实施带电作业过程中，多采用人工监控，人工监控主要存在如下弊端：1)由于主要依赖于人力观察，而观察员因松懈、视角受阻等原因出现误指挥，会导致设备触电损毁以及人员触电伤亡等恶性安全事故；2)人工监测对于观察员专业素质的要求很高，同时也会增加工程成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种安全性高、减少漏检、实时测量带电体与施工平台的距离的基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：包括激光雷达平台(1)、第一MCU(2)、告警制动模块(3)、第一WIFI模块(4)和第二WIFI模块(5)，激光雷达平台(1)和第一WIFI模块(4)均与第一MCU(2)信号连接；第二WIFI模块(5)与告警制动模块(3)信号连接，第一WIFI模块(4)和第二WIFI模块(5)信号连接；
其中，激光雷达平台(1)发出激光并接收反射激光，扫描以激光雷达平台(1)为中心的区域，获取该区域内带电体表面的点云数据，并将获得的点云数据发送到第一MCU(2)中；
第一MCU(2)利用获得的点云数据进行计算，得到带电体表面与激光雷达平台(1)之间的最小距离；并将该最小距离发送至第一WIFI模块(4)中，然后由第一WIFI模块(4)发送至第二WIFI模块(5)；
告警制动模块(3)接收第二WIFI模块(5)传输的带电体表面与激光雷达平台(1)之间的最小距离，并将该最小距离与预设的工作环境的安全距离进行对比，根据对比结果维持激光雷达平台(1)的运动状态或者停止激光雷达平台(1)的运动状态并发出相应的告警信号。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述激光雷达平台(1)包括升降平台(11)和可旋转激光雷达(12)，升降平台(11)在吊车或者升降车的驱动下运动；可旋转激光雷达(12)设置在升降平台(11)靠近带电体的一端，可旋转激光雷达(12)与升降平台(11)固定连接；可旋转激光雷达(12)的输出端与第一MCU(2)的输入端信号连接；可旋转激光雷达(12)以其所在位置为中心，扫描其所在空间内的带电体，获得带电体表面的点云数据。
进一步优选的，所述可旋转激光雷达(12)包括第一支承座(121)、旋转轴(122)、第二支承座(123)和激光雷达本体(124)，第一支承座(121)固定设置在升降平台(11)上，旋转轴(122)靠近第一支承座(121)的一端与第一支承座(121)转动连接；旋转轴(122)远离第一支承座(121)的一端与第二支承固定连接；激光雷达本体(124)与第二支承座(123)转动连接；激光雷达本体(124)的表面环绕设置有激光头；第一支承座(121)和第二支承座(123)内分别设置有驱动旋转轴(122)和激光雷达本体(124)沿着自身中心轴转动的旋转驱动机构。
更进一步优选的，所述第一MCU(2)接收可旋转激光雷达(12)发送的点云数据，根据点云数据得到带电体表面的点与可旋转激光雷达(12)之间的距离；第一MCU(2)的输出端与第一WIFI模块(4)的输入端信号连接。
再进一步的优选的，所述告警制动模块(3)包括第二MCU(31)、显示器(32)、报警单元(33)和制动单元(34)；第二MCU(31)的输出端与第二WIFI模块(5)的输出端信号连接；第二MCU(31)的输出端分别与显示器(32)、报警单元(33)和制动单元(34)的输入端电性连接。
再进一步的优选的，所述第一MCU(2)和第二MCU(31)均为STM32单片机。
另一方面，本发明还提供了基于激光雷达平台(1)的作业距离测量系统的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
S1：在升降平台(11)上安装可旋转激光雷达(12)，配置激光雷达平台(1)；通过扫描以激光雷达平台(1)为中心的区域，获取该区域内带电体表面的点云数据，并将获得的点云数据发送到第一MCU(2)中；
S2：第一MCU(2)接收串行接口接收的点云数据，提取可旋转激光雷达(12)发送的点云数据中的三维坐标信息，计算带电体表面的各点与可旋转激光雷达(12)之间的距离，将上述计算结果循环比较，取上述计算结果的最小值作为带电体表面与可旋转激光雷达(12)之间的最小距离；并将该最小距离通过第一WIFI模块(4)发送到的第二WIFI模块(5)中；
S3：告警制动模块(3)接收第一MCU(2)经第一WIFI模块(4)和第二WIFI模块(5)发送的最小距离信息；
S4：第二MCU(31)将接收到的最小距离信息与预设的工作环境的安全距离进行对比，并将对比结果输出至显示器(32)进行输出显示；如果该最小距离不超过预设的工作环境的安全距离，则执行步骤S5；如果该最小距离大于预设的工作环境的安全距离，则重复执行步骤S1；
S5：报警单元(33)和制动单元(34)分别发出报警信号和制动信号，使升降平台(11)制动。
本发明提供的一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置激光雷达平台对升降平台周边的带电体进行检测，提高临近电位作业的安全可靠性，改善现有人力监控有观察盲区、容易产生漏警的不足；
(2)激光雷达平台上设置的可旋转激光雷达可以实现空间带电体的距离测量，测控范围大，不易受干扰；
(3)告警制动模块会根据当前测量的最小距离适时发出报警信号，提醒激光雷达平台的操作人员，为激光雷达平台上的施工人员的安全施工提供保障；
(4)WIFI模块安装灵活，保障输出可靠传输的同时可简化现场的线路布局；
(5)激光雷达平台进行距离测量后由第一MCU进行计算，该距离与工作环境的安全距离相比较，可以为升降平台的操纵提供可靠的数据参考。
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为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的系统框图；
图2为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的激光雷达平台的一种结构图；
图3为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的可旋转激光雷达的一种结构的立体图；
图4为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的第一MCU将带电体表面的各点与可旋转激光雷达之间的最小距离发送到第一WIFI模块的流程图；
图5为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的告警制动模块通过第二WIFI模块接收数据并进行处理的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，该系统包括激光雷达平台1、第一MCU2、告警制动模块3、第一WIFI模块4和第二WIFI模块5，激光雷达平台1和第一WIFI模块4均与第一MCU2信号连接；第二WIFI模块5与告警制动模块3信号连接，第一WIFI模块4和第二WIFI模块5信号连接；
其中，激光雷达平台1发出激光并接收反射激光，扫描以激光雷达平台1为中心的区域，获取该区域内带电体表面的点云数据，并将获得的点云数据发送到第一MCU2中；
第一MCU2利用获得的点云数据进行计算，得到带电体表面与激光雷达平台1之间的最小距离；并将该最小距离发送至第一WIFI模块4中，然后由第一WIFI模块4发送至第二WIFI模块5；
告警制动模块3接收第二WIFI模块5传输的带电体表面与激光雷达平台1之间的最小距离，并将该最小距离与预设的工作环境的安全距离进行对比，根据对比结果维持激光雷达平台1的运动状态或者停止激光雷达平台1的运动状态并发出相应的告警信号。
由以上方案可知，本发明通过设置激光雷达平台1其施工区域附近的带电体的距离进行测量，获取带电体与激光雷达平台1之间的点云距离数据，为后续最小距离的计算提供依据。通过计算得出带电体表面与激光雷达平台1之间的最小距离，再与预设的工作环境的安全距离进行对比，根据对比结果来执行不同的激光雷达平台1的控制策略，如保持激光雷达平台1的运动状态或者对激光雷达平台1进行制动。通常，告警制动模块3和第二WIFI模块5设置在激光雷达平台1的控制室区域或者吊车座舱；激光雷达平台1、第一MCU2和第一WIFI模块4设置在远离地面的一端。
如图2所示，激光雷达平台1包括升降平台11和可旋转激光雷达12，升降平台11在吊车或者升降车的驱动下运动；可旋转激光雷达12设置在升降平台11靠近带电体的一端，可旋转激光雷达12与升降平台11固定连接；可旋转激光雷达12的输出端与第一MCU2的输入端信号连接；可旋转激光雷达12以其所在位置为中心，扫描其所在空间内的带电体，获得带电体表面的点云数据。可旋转激光雷达12可相对于激光雷达平台1进行旋转，扫描激光雷达平台1附近空间内的带电体，得到带电体的点云数据。这些点云数据可以是采用先行后列的方式进行扫描得到，扫描得到的带电体表面的点的位置数据是顺序获得，点云数据中会包含带电体表面的采样点的行列数、水平扫描角、垂直扫描角、距离值、反射率值和彩色值、可旋转激光雷达信息和时间戳等内容。
由图2结合图3可知，该图提供了一种可旋转激光雷达12的一种具体结构。可旋转激光雷达12包括第一支承座121、旋转轴122、第二支承座123和激光雷达本体124，第一支承座121固定设置在升降平台11上，旋转轴122靠近第一支承座121的一端与第一支承座121转动连接；旋转轴122远离第一支承座121的一端与第二支承座123固定连接；激光雷达本体124与第二支承座123转动连接；激光雷达本体124的表面环绕设置有激光头；第一支承座121和第二支承座123内分别设置有驱动旋转轴122和激光雷达本体124沿着自身中心轴转动的旋转驱动机构。实现行列扫描时，可以分别利用第一支承座121或者第二支承座123实现行扫描或者列扫描等扫描方式，获取带电体表面的点，如采用顺时针或逆时针转动顺序得到点云数据。激光雷达本体124可采用深圳市速腾聚创科技有限公司的RS—LiDAR—32固体激光雷达产品，可发出905nm波长的激光进行距离检测。当然，第一支承座121既可以安装在升降平台11上，也可以安装在升降平台11底部的升降臂上，其余部分结构基本类似。
如图1结合图2所示，第一MCU2接收可旋转激光雷达12发送的点云数据，如可旋转激光雷达12通过串口、以太网接口或者USB接口等形式将扫描获得的点云数据，并提取点云数据中的距离值；从而得到带电体表面的点与可旋转激光雷达12之间的距离，并进一步获取上述距离中的最小值，即最小距离；如图1所示，本发明的激光雷达平台1可通过串口与第一MCU2实现通信功能，第一MCU2的输出端与告警制动模块3的输入端信号连接。第一MCU2也可通过串口、以太网或者USB接口与告警制动模块3进行通信。
其中，告警制动模块3包括第二MCU31、显示器32、报警单元33和制动单元34；第二MCU31的输出端分别与显示器32、报警单元33和制动单元34的输入端电性连接。告警制动模块3根据接收到的带电体表面与激光雷达平台1之间的最小距离，一方面将比较结果发送至显示器32中进行
作为优选，本发明中的，第一MCU2和第二MCU31均为STM32单片机。
图4为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的第一MCU将带电体表面的各点与可旋转激光雷达之间的最小距离向第一WIFI模块4发送的流程图，具体流程为：
A1：第一MCU2对其串口进行初始化；
A2：启动第一MCU的串口与第一WIFI模块4的串口的互传程序，并进行等待；
A3：判断第一WIFI模块4的串口是否收到数据，若第一WIFI模块4的串口未收到数据，则返回步骤A2，若第一WIFI模块4的串口接收到数据，进入步骤A4；
A4：向第一MCU2的串口发送数据已接收完成的信号，完成数据传输过程。
通过上述流程可以由第一MCU将带电体表面的点与可旋转激光雷达12之间的最小距离发送至第一WIFI模块4中进行进一步的转发。以上流程中采用的是串口，当然也可以是USB接口、以太网接口等通信接口，其流程基本类似。
图5为本发明一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统及其使用方法的告警制动模块通过第二WIFI模块5接收数据并发送至第二MCU31进行处理的流程图，具体流程为：
B1：第二MCU31对其串口进行初始化；
B2：启动第二MCU31与WIFI模块的串口互传程序，并等待；
B3：判断第二MCU31的串口是否接收到数据，若第二MCU31的串口没有收到数据，则返回不足B2；若第二MCU31的串口接收到数据，进入步骤B4；
B4：向WIFI模块的串口发送数据已接收完成的信号，完成数据传输过程。
同样的，通过上述流程可以由WIFI模块将带电体表面的点与可旋转激光雷达12之间的最小距离发送至第二MCU中进行进一步的处理。以上流程中采用的是串口，当然也可以是USB接口、以太网接口等通信接口，其流程基本类似。
本发明的基于激光雷达平台的作业距离测量系统的使用方法，具体包括如下步骤：
S1：在升降平台11上安装可旋转激光雷达12，配置激光雷达平台1；通过扫描以激光雷达平台1为中心的区域，获取该区域内带电体表面的点云数据，并将获得的点云数据发送到第一MCU2中；
S2：第一MCU2接收串行接口接收的点云数据，提取可旋转激光雷达12发送的点云数据中的三维坐标信息，计算带电体表面的各点与可旋转激光雷达12之间的距离，将上述计算结果循环比较，取上述计算结果的最小值作为带电体表面与可旋转激光雷达12之间的最小距离；并将该最小距离通过第一WIFI模块4发送到的第二WIFI模块5中；
S3：告警制动模块3接收第一MCU2经第一WIFI模块4和第二WIFI模块5发送的最小距离信息；
S4：第二MCU31将接收到的最小距离信息与预设的工作环境的安全距离进行对比，并将对比结果输出至显示器32进行输出显示；如果该最小距离不超过预设的工作环境的安全距离，则执行步骤S5；如果该最小距离大于预设的工作环境的安全距离，则重复执行步骤S1；
S5：报警单元33和制动单元34分别发出报警信号和制动信号，使升降平台11制动。
本发明的告警制动模块3也可以设置在激光雷达平台1处，便于及时提醒操作人员，启动报警和辅助制动功能，避免安全事故的发生，当然该情形下可以省略第一WIFI模块4和第二WIFI模块5。
下表为工作环境的安全距离规范，该安全规范在施工之前预先确定。
Figure BDA0002439696760000091
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：包括激光雷达平台(1)、第一MCU(2)、告警制动模块(3)、第一WIFI模块(4)和第二WIFI模块(5)，激光雷达平台(1)和第一WIFI模块(4)均与第一MCU(2)信号连接；第二WIFI模块(5)与告警制动模块(3)信号连接，第一WIFI模块(4)和第二WIFI模块(5)信号连接；
其中，激光雷达平台(1)发出激光并接收反射激光，扫描以激光雷达平台(1)为中心的区域，获取该区域内带电体表面的点云数据，并将获得的点云数据发送到第一MCU(2)中；
第一MCU(2)利用获得的点云数据进行计算，得到带电体表面与激光雷达平台(1)之间的最小距离；并将该最小距离发送至第一WIFI模块(4)中，然后由第一WIFI模块(4)发送至第二WIFI模块(5)；
告警制动模块(3)接收第二WIFI模块(5)传输的带电体表面与激光雷达平台(1)之间的最小距离，并将该最小距离与预设的工作环境的安全距离进行对比，根据对比结果维持激光雷达平台(1)的运动状态或者停止激光雷达平台(1)的运动状态并发出相应的告警信号。
2.如权利要求1所述的一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：所述激光雷达平台(1)包括升降平台(11)和可旋转激光雷达(12)，升降平台(11)在吊车或者升降车的驱动下运动；可旋转激光雷达(12)设置在升降平台(11)靠近带电体的一端，可旋转激光雷达(12)与升降平台(11)固定连接；可旋转激光雷达(12)的输出端与第一MCU(2)的输入端信号连接；可旋转激光雷达(12)以其所在位置为中心，扫描其所在空间内的带电体，获得带电体表面的点云数据。
3.如权利要求2所述的一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：所述可旋转激光雷达(12)包括第一支承座(121)、旋转轴(122)、第二支承座(123)和激光雷达本体(124)，第一支承座(121)固定设置在升降平台(11)上，旋转轴(122)靠近第一支承座(121)的一端与第一支承座(121)转动连接；旋转轴(122)远离第一支承座(121)的一端与第二支承固定连接；激光雷达本体(124)与第二支承座(123)转动连接；激光雷达本体(124)的表面环绕设置有激光头；第一支承座(121)和第二支承座(123)内分别设置有驱动旋转轴(122)和激光雷达本体(124)沿着自身中心轴转动的旋转驱动机构。
4.如权利要求2所述的一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：所述第一MCU(2)接收可旋转激光雷达(12)发送的点云数据，根据点云数据得到带电体表面的点与可旋转激光雷达(12)之间的距离；第一MCU(2)的输出端与第一WIFI模块(4)的输入端信号连接。
5.如权利要求4所述的一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：所述告警制动模块(3)包括第二MCU(31)、显示器(32)、报警单元(33)和制动单元(34)；第二MCU(31)的输出端与第二WIFI模块(5)的输出端信号连接；第二MCU(31)的输出端分别与显示器(32)、报警单元(33)和制动单元(34)的输入端电性连接。
6.如权利要求4所述的一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统，其特征在于：所述第一MCU(2)和第二MCU(31)均为STM32单片机。
7.一种基于激光雷达平台的作业距离测量系统的使用方法，其特征在于：该使用方法包括如下步骤：
S1：在升降平台(11)上安装可旋转激光雷达(12)，配置激光雷达平台(1)；通过扫描以激光雷达平台(1)为中心的区域，获取该区域内带电体表面的点云数据，并将获得的点云数据发送到第一MCU(2)中；
S2：第一MCU(2)接收串行接口接收的点云数据，提取可旋转激光雷达(12)发送的点云数据中的三维坐标信息，计算带电体表面的各点与可旋转激光雷达(12)之间的距离，将上述计算结果循环比较，取上述计算结果的最小值作为带电体表面与可旋转激光雷达(12)之间的最小距离；并将该最小距离通过第一WIFI模块(4)发送到的第二WIFI模块(5)中；
S3：告警制动模块(3)接收第一MCU(2)经第一WIFI模块(4)和第二WIFI模块(5)发送的最小距离信息；
S4：第二MCU(31)将接收到的最小距离信息与预设的工作环境的安全距离进行对比，并将对比结果输出至显示器(32)进行输出显示；如果该最小距离不超过预设的工作环境的安全距离，则执行步骤S5；如果该最小距离大于预设的工作环境的安全距离，则重复执行步骤S1；
S5：报警单元(33)和制动单元(34)分别发出报警信号和制动信号，使升降平台(11)制动。
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