CN112991657A - 基于5g通信技术的森林火灾智能预警控制系统 - Google Patents

基于5g通信技术的森林火灾智能预警控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，包括云端智能系统、控制单元和就地监测管控终端，就地监测管控终端通过5G通信与云端智能系统连接，云端智能系统对就地监测管控终端通过5G通信上传的数据开展大数据综合分析，得到趋势预测及控制策略，根据策略启动控制单元或者加强对就地监测管控单元的数据跟踪，控制单元执行云端智能系统的控制策略。本发明以森林电力设备、异常热源引发火灾为契机，构成基于5G通信网络和电力设备检测、空间监测的森林等开放式空间防火系统，该系统亦可根据危化品工厂、地下煤矿等有限空间调整功能后开展有限空间涉电及异常热源引发火灾乃至爆炸预警和控制，应用前景十分广泛。

Description

基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统
技术领域
本发明涉及火灾防护技术领域，尤其涉及一种基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统。
背景技术
森林火灾对国家和社会造成的经济损失巨大，造成人身伤亡等社会影响深远的后遗症。据文献资料森林火灾火源主要有生产用火26％、生活用火37％、电力打火11％、雷击火5％、作业起火5％等。现有技术中，对于火灾的防护大多只能采用人工防护，不能达到预警，也不能及时预判存在隐患的位置，从而不能够起到良好的防火效果，因此，存在改进空间。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
本发明包括云端智能系统、控制单元和就地监测管控终端，所述就地监测管控终端通过5G通信与所述云端智能系统连接，所述云端智能系统对所述就地监测管控终端通过5G通信上传的数据开展大数据综合分析，得到趋势预测及控制策略，根据策略启动控制单元或者加强对就地监测管控单元的数据跟踪，所述控制单元执行所述云端智能系统的控制策略，所述控制策略包括启动就地声光警示、电力降灾策略和人工呼叫。
进一步，所述云端智能系统包括判别逻辑模块、控制逻辑模块和通信逻辑模块，所述判别逻辑模块包括温升判别、电气量异常判别、电气设备异物判别、导线位移判别、杆塔位移监测、火灾危险级别判别预警、火灾发展趋势判别和地形变化地质灾害预警。
进一步，所述温升判别包括变压器温升、导线温升和异常热源，所述变压器温升、导线温升和异常热源均采用红外摄像头巡检测温或接触式温度传感器，所述变压器温升的监测包括变压器桩头和变压器顶层温度，所述导线温升通过对输电线路通道监测，所述异常热源监测是对可视范围内突发热源进行监测，所述变压器温升、导线温升和异常热源均为较环境温度温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送信息。
进一步，所述电气量异常判别包含变压器本体高低压电流监测，超过额定电流则向云端智能系统发送信息。
进一步，所述火灾危险级别判别预警对就地监测管控终端上传的空气湿度数据进行跟踪分数，按照综合指标预测算法得出目前森林火灾危险级别，并向控制单元启动人工呼叫模块；所述综合指标预测算法的综合指标计算公式为：
Figure BDA0002938858810000021
其中，I：森林火险综合指标，n：最后一次降雨后的天数，t：前一天下午1时的空气湿度，d：前一天下午1时的空气湿度饱和差。
具体地，所述就地监测管控终端包括变压器监测、杆塔及导线监测和空间监测，所述变压器监测包括对变压器的温度、杂物异常和电参数监测；所述杆塔及导线监测包括异常热源监测和导线位移监测；所述空间监测包括风力、风速、风向、温湿度、异常热源和地表监测。
具体地，所述控制单元包括对所述就地控制终端的声光警示控制、电话及短信提醒、人为介入断开电力开关提醒。
本发明的有益效果是：
本发明是一种基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，与现有技术相比，本发明以森林电力设备、异常热源引发火灾为契机，构成基于5G通信网络和电力设备检测、空间监测的森林等开放式空间防火系统，该系统亦可根据危化品工厂、地下煤矿等有限空间调整功能后开展有限空间涉电及异常热源引发火灾乃至爆炸预警和控制，应用前景十分广泛，具有推广应用的价值。
附图说明
图1是本发明的主系统结构原理框图；
图2是本发明的云端只能系统逻辑原理框图；
图3是本发明的就地监测管理终端系统原理框图；
图4是本发明的控制单元原理图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示：云端智能系统：对就地监测管控单元通过5G通信上传的数据开展大数据综合分析，做出趋势预测及控制策略，根据策略启动控制单元或者加强对就地监测管控单元的数据跟踪。
5G通信传输：本专利通信主要方式。
就地监测管控单元：对现场变压器监测、导线及杆塔监测、空间监测(风力、风速、湿度、温度、热源、地表环境等)
控制单元：执行云端智能系统策略，包括：启动就地声光警示、电力降灾策略、人工呼叫。
所述云端智能系统的逻辑控制如图2所示，
判别逻辑
变压器温升：采用红外摄像头巡检测温，重点监测：变压器桩头、变压器顶层温度。若桩头较环境温度温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送“报警”。变压器亦可采用接触式传感器监测温度。
导线温升：采用红外摄像头巡检测温，对输电线路通道监测，若较环境温度温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送“报警”。
异常热源：采用红外摄像头巡检测温，一是对可视范围内突发热源，比如抽烟、燃火等较环境温度温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送“报警”；二是重点监测铁塔接地点、变压器接地点温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送“报警”。
δt＝(τ1-τ2)/τ1×100％＝(T1-T2)/(T1-T0)×100％
其中：
τ1和T1——发热点的温升和温度；
τ2和T2——正常相对应点的温升和温度；
T0——环境温度参照题的温度。
电气量异常判别：包含变压器本体高低压电流监测，超过额定电流发“报警”。
电气设备异物判别：指通过视频监测方式发现并判别异物(包含人、树木、漂浮垃圾等)和导线、变压器等带电设备的安全距离，小于规定(见下表)时及时上传至云端智能系统。
名称 10千伏及以下 35千伏 110千伏 220千伏 500千伏
1 设备不停电时安全距离 0.7米 1.0米 1.5米 3.0米 5.0米
导线位移判别包括：风吹线摆动与地电位设备距离判别、树-线生长距离预测等。通过对不同日期导线监控视频或照片对比，分析一是在风力作用下导线与杆塔、绝缘子距离变化情况；二是导线下方树木生长和导线距离情况。
杆塔位移监测：在杆塔基础加装位移传感器，一是监测基础沉降松动情况；二是杆塔所在山体稳定监测。
火灾危险级别判别预警：对就地监测单元上传的空气湿度数据进行跟踪分数，按照综合指标计算公式及预测算法得出目前森林火灾危险级别，并告知控制单元人工呼叫模块。
目前我国火险预警模型有“国家标准法”和“综合指标法”，后者通过对大样本历史火情、火灾资料和同期气象数据对比，引入模糊集概念，探讨各种气象要素影响林火发生的特征和临界值，在此基础上建立森林火灾危险程度的数学模型和确定森林火险等级。森林火险等级通常分为5个级别：
Figure 1
综合指标计算公式为：
Figure BDA0002938858810000052
其中，I：森林火险综合指标，n：最后一次降雨后的天数，t：前一天下午1时的空气湿度，d：前一天下午1时的空气湿度饱和差。
火灾发展趋势判别：火灾发生后，对就地监测单元上传风力、风速、风向指标，结合摄像头对地表植被、地形的记录数据，进行大数据分析，按5分钟/ 次预测火灾未来发展趋势，并给出可控建议给控制单元，进行人工判别。
滑坡等地形变化地质灾害预警：云端智能系统，对就地监测单元上传的视频图像、空气湿度、位移传感器回传的数据，用预测算初步分析发生滑坡、泥石流等地形变化明显的地质灾害预警。
控制逻辑：
正常巡检：指在云端智能系统的监视下组织就地监测管控硬件设备及系统包括：测温摄像头、风力风速风向监测、湿度监测、环温监测，以及就地管控终端系统，开展24小时不间断巡视监测工作，正常情况时10分钟/次和云端通信，异常情况下缩短报送周期。
启动“控制单元”：根据云端智能系统的决策，启动控制单元，采取控制措施。
如图3所示：就地监测管控终端：包含电源模块(光伏及电池组件)、5G通信模块、就地监测设备通信模块、数据处理模块、控制模块组成。
变压器监测：
变压器温度监测：温升判别。通过视频方式变压器高低压桩头、接线夹进行巡视监测，并进行温升就地判别，异常情况发送至云端系统。
设备异常监测：杂物。指通过视频监测方式发现并判别异物(包含人、树木、漂浮垃圾等)和导线、变压器等带电设备的安全距离，小于规定(见下表) 时及时上传至云端智能系统。
名称 10千伏及以下 35千伏 110千伏 220千伏 500千伏
设备不停电时安全距离 0.7米 1.0米 1.5米 3.0米 5.0米
涉电参数监测：电流、电压及非电气量。指功能必要时可采取电气设备安装电流互感器、电压检测和上层油温、瓦斯信号等信息，通过就地采集至就地终端，再通过5G远传至云智能系统。
杆塔及导线监测：
异常热源监测：温升判别。温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送“报警”
导线位移监测，树线距离监测。风吹线摆动与地电位设备距离判别、树-线生长距离预测等。通过对不同日期导线监控视频或照片对比，分析一是在风力作用下导线与杆塔、绝缘子距离变化情况；二是导线下方树木生长和导线距离情况。
名称 10千伏及以下 35千伏 110千伏 220千伏 500千伏
1 设备不停电时安全距离 0.7米 1.0米 1.5米 3.0米 5.0米
空间监测：
第一类：风力、风速、风向监测、温湿度监测。可采取独立可通讯设备，也可与视频设备集成。
第二类：异常热源监测(吸烟、生火等)。由视频设备红外监测。
第三类：地表监测(植被、山形等)。由视频设备对地表植被和山形等特征进行监测。
控制单元如图4所示：控制单元执行云端智能系统决策结果，包括：云端智能系统通过5G传输至就地终端启动就地声光警示，云端智能系统发起人工呼叫(包括电话和短信提醒，人为介入断开电力开关，拨打119和110等紧急电话)。控制单元将执行情况反馈至云端智能系统，由智能系统通过监测单元对执行情况进行监测。
就地控制终端：就地声光警示。包含安装在就地的喇叭和闪光装置。
人工呼叫：云端智能系统将信息通过自动拨打特定电话和短信方式提醒特定人员及时介入，并给出一定策略，比如及时断开电力开关等。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：包括云端智能系统、控制单元和就地监测管控终端，所述就地监测管控终端通过5G通信与所述云端智能系统连接，所述云端智能系统对所述就地监测管控终端通过5G通信上传的数据开展大数据综合分析，得到趋势预测及控制策略，根据策略启动控制单元或者加强对就地监测管控单元的数据跟踪，所述控制单元执行所述云端智能系统的控制策略，所述控制策略包括启动就地声光警示、电力降灾策略和人工呼叫。
2.根据权利要求1所述的基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：所述云端智能系统包括判别逻辑模块、控制逻辑模块和通信逻辑模块，所述判别逻辑模块包括温升判别、电气量异常判别、电气设备异物判别、导线位移判别、杆塔位移监测、火灾危险级别判别预警、火灾发展趋势判别和地形变化地质灾害预警。
3.根据权利要求2所述的基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：所述温升判别包括变压器温升、导线温升和异常热源，所述变压器温升、导线温升和异常热源均采用红外摄像头巡检测温或接触式温度传感器，所述变压器温升的监测包括变压器桩头和变压器顶层温度，所述导线温升通过对输电线路通道监测，所述异常热源监测是对可视范围内突发热源进行监测，所述变压器温升、导线温升和异常热源均为较环境温度温升δ≥80％，判断为异常，向云端智能系统发送信息。
4.根据权利要求2所述的基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：所述电气量异常判别包含变压器本体高低压电流监测，超过额定电流则向云端智能系统发送信息。
5.根据权利要求2所述的基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：所述火灾危险级别判别预警对就地监测管控终端上传的空气湿度数据进行跟踪分数，按照综合指标预测算法得出目前森林火灾危险级别，并向控制单元启动人工呼叫模块；所述综合指标预测算法的综合指标计算公式为：
Figure FDA0002938858800000021
其中，I：森林火险综合指标，n：最后一次降雨后的天数，t：前一天下午1时的空气湿度，d：前一天下午1时的空气湿度饱和差。
6.根据权利要求1所述的基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：所述就地监测管控终端包括变压器监测、杆塔及导线监测和空间监测，所述变压器监测包括对变压器的温度、杂物异常和电参数监测；所述杆塔及导线监测包括异常热源监测和导线位移监测；所述空间监测包括风力、风速、风向、温湿度、异常热源和地表监测。
7.根据权利要求1所述的基于5G通信技术的森林火灾智能预警控制系统，其特征在于：所述控制单元包括对所述就地控制终端的声光警示控制、电话及短信提醒、人为介入断开电力开关提醒。
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