CN114504158A - 用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及近电预警技术领域，公开了一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及其预警方法。该安全帽包括：安全帽本体，安全帽本体上安装有5个电场测量传感器，5个电场测量传感器分别记为1号至5号电场测量传感器；其中，1号至4号电场测量传感器位于同一平面中，且1号电场测量传感器和3号电场测量传感器之间的连线与2号电场测量传感器和4号电场测量传感器之间的连线垂直；5号电场测量传感器位于1号至4号电场测量传感器的中心的上方。实施本发明实施例，可以指引工作人员从电场减弱的方向撤离，避免误入更危险区域。

Description

用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及预警方法

技术领域

本发明涉及近电预警技术领域，具体涉及一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及其预警方法。

背景技术

目前用于近电场强预警的有电力场强预警感应装置及近电报警安全帽、近电感应声光报警安全帽等，涉及电场传感器、滤波器、信号处理单元、声光报警装置等，能够预测附近电场是否危险并且通过声光报警警示使用者规避危险。

但是，现有产品只能检测电场做出预警，且仅靠单一的电场阈值，漏报误报概率大，同时不能指示电力电场源方向，在电力工作人员行动不便，出现危险情况时，不能有效的指引工作人员退出危险范围，增加安全隐患，而且现有产品仅限于声光报警，无数据存储。

发明内容

针对所述缺陷，本发明实施例公开了一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及其预警方法，能指引工作人员从电场减弱的方向撤离，避免误入更危险区域。

本发明实施例第一方面公开一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其包括安全帽本体，所述安全帽本体上安装有5个电场测量传感器，所述5个电场测量传感器分别记为1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器、4号电场测量传感器和5号电场测量传感器；其中，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器位于同一平面中，且1号电场测量传感器和3号电场测量传感器之间的连线与2号电场测量传感器和4号电场测量传感器之间的连线垂直；所述5号电场测量传感器位于所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器的中心的上方。

作为较佳的实施例，在本发明实施例第一方面中，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器分别安装于所述安全帽本体的前侧、右侧、后侧和左侧。

作为较佳的实施例，在本发明实施例第一方面中，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器到所述中心的距离相等。

作为较佳的实施例，在本发明实施例第一方面中，所述近电预警安全帽还包括安装于所述安全帽本体的多路信号采集模块、登高高度模块、信号处理模块以及报警模块，所述登高高度模块以及5个电场测量传感器的输出端均通过所述多路信号采集模块连接至所述信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接至所述报警模块。

作为较佳的实施例，在本发明实施例第一方面中，所述近电预警安全帽还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述多路信号采集模块或信号处理模块相连，用于将所述登高高度模块以及5个电场测量传感器的检测数据传送至监测中心。

本发明实施例第二方面公开了一种使用本发明第一方面所述的用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽进行安全预警的方法，其包括以下步骤：

步骤1，获取5个电场测量传感器的采集场强值，其中，i号电场测量传感器的采集场强值记为E_i，i＝1～5；

步骤2，以1-4号电场测量传感器的中心为原点建立三维坐标系，其中，1-4号电场测量传感器构成的平面记为XOY平面，2号和4号电场测量传感器分别位于X轴的正半轴和负半轴，1号和3号电场测量传感器分别位于Y轴的正半轴和负半轴，5号电场测量传感器位于Z轴的正半轴，且5个电场测量传感器到所述原点的距离均为r，则，1-5号电场测量传感器的坐标分别为(0，r，0)、(r，0，0)、(0，-r，0)、(-r，0，0)、(0，0，r)；

步骤3，将5个电场测量传感器采集场强值的最大值E_max结合登高高度模块，计算梯度阈值ΔE_s，所述梯度阈值ΔE_s为单位高度变化下的最大值E_max的变化值，当所述梯度阈值ΔE_s大于预设梯度阈值，以及所述最大值E_max接近危险值时，则通过报警模块发出报警；

步骤4，根据报警时刻采集场强值最小的电场测量传感器的位置确定撤离方向，并根据离散梯度确定撤离角度。

作为较佳的实施例，在本发明实施例第二方面中，根据报警时刻采集场强值最小的电场测量传感器的位置确定撤离方向，包括：

步骤41，将1号电场测量传感器和3号电场测量传感器设置为一组，将2号电场测量传感器和4号电场测量传感器设置为另一组，根据每组中采集场强值最小电场测量传感器的位置确定撤离方向；

所述根据离散梯度确定撤离角度，包括：步骤42，使用最小间隔2r计算沿坐标轴方向的方向导数得到离散梯度；其中：沿x轴方向的离散梯度为

沿y轴方向的离散梯度为

沿z轴方向的离散梯度为

其中

为1～4号电场测量传感器采集场强值的平均值，计算得到沿各坐标轴方向的离散梯度u：

步骤43，计算所述离散梯度u与XOY平面的夹角，以180°减去所述夹角作为撤离角度。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例不仅可以近电预警，同时还指示了电场衰减的方向，引导人向远离电场源方向撤离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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体来讲，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是本发明实施例公开的一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽的预警方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的电场测量传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的梯度阈值的设置原理图；

图4是本发明实施例公开的撤离方向和撤离角度的流程示意图；

图5是本发明实施例公开的计算撤离角度方法的示意图。

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，本领域普通技术人体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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，示例性地，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例公开了一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及其预警方法，其不仅可以近电预警，同时还指示了电场衰减的方向，引导人向远离电场源方向撤离，以下结合附图进行详细描述。

实施例

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽进行安全预警方法的流程示意图。如图1所示，其包括以下步骤：

步骤1，获取5个电场测量传感器的采集场强值，其中，i号电场测量传感器的采集场强值记为E_i，i＝1～5。

在本发明较佳的实施例中，用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其包括安全帽本体，所述安全帽本体上安装有5个电场测量传感器，所述5个电场测量传感器分别记为1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器、4号电场测量传感器和5号电场测量传感器；其中，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器位于同一平面中，且1号电场测量传感器和3号电场测量传感器之间的连线与2号电场测量传感器和4号电场测量传感器之间的连线垂直；所述5号电场测量传感器位于所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器的中心的上方。

作为一种实例，可以将所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器分别安装于所述安全帽本体的前侧、右侧、后侧和左侧。

为了便于计算，可以将所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器到所述中心的距离相等，该距离可以等于安全帽本体的半径r。

在实现过程中，还需要配合安装于所述安全帽本体的多路信号采集模块、登高高度模块、信号处理模块以及报警模块，所述登高高度模块以及5个电场测量传感器的输出端均通过所述多路信号采集模块连接至所述信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接至所述报警模块。其中，信号处理模块用于接收登高高度模块以及5个电场测量传感器的检测数据，并根据所述检测数据执行步骤2-4的操作。

为了便于检测数据的存储，在本发明较佳的实施例中，所述安全帽本体上还安装有无线通信模块，所述无线通信模块与所述多路信号采集模块或信号处理模块相连，用于将所述登高高度模块以及5个电场测量传感器的检测数据传送至监测中心。

步骤2，如图2所示，以1-4号电场测量传感器的中心为原点建立三维坐标系，其中，1-4号电场测量传感器构成的平面记为XOY平面，2号和4号电场测量传感器分别位于X轴的正半轴和负半轴，1号和3号电场测量传感器分别位于Y轴的正半轴和负半轴，5号电场测量传感器位于Z轴的正半轴，且5个电场测量传感器到所述原点的距离均为r，则，1-5号电场测量传感器的坐标分别为(0，r，0)、(r，0，0)、(0，-r，0)、(-r，0，0)、(0，0，r)；

步骤3，将5个电场测量传感器采集场强值的最大值E_max结合登高高度模块，计算梯度阈值ΔE_s，所述梯度阈值ΔE_s为单位高度变化下的最大值E_max的变化值，当所述梯度阈值ΔE_s大于预设梯度阈值，以及所述最大值E_max接近危险值时，则通过报警模块发出报警。

根据专业的有限元仿真软件(Ansoft maxwell)对各种电压等级下，不同杆头布置的电力传输线路进行仿真。根据仿真，在相同电压等级但杆头布置不同情况下，电压等级安全距离内的电场阈值也不一样，根据传统的单一电场阈值报警方案，容易导致漏报或误报。由于安全距离值是一个范围值，以10kV为例，其安全距离为距离电场源0.7m-1.4m，因此采用梯度电场阈值的方案，既每升高固定高度ΔS(即单位高度变化值)，阈值改变ΔEs(如图3所示)。根据仿真，选择适当的梯度阈值ΔEs作为预设梯度阈值，可表征相同电压等级下，不同杆头布置情况的安全距离。由于梯度阈值大时场强未必大，因此再结合场强的比对情况，从而有效减少单一阈值带来的系统漏报和误报。

最大值E_max接近危险值，可以是最大值E_max达到了危险值时，判定最大值E_max接近危险值，也可以为危险值设定一个范围，当处于该范围内时，则判定最大值E_max接近危险值。

步骤4，根据报警时刻采集场强值最小的电场测量传感器的位置确定撤离方向，并根据离散梯度确定撤离角度。

请参照图4所示，其具体包括以下步骤：

步骤41，将1号电场测量传感器和3号电场测量传感器设置为一组，将2号电场测量传感器和4号电场测量传感器设置为另一组，根据每组中采集场强值最小电场测量传感器的位置确定撤离方向。

示例性地，假设1号电场测量传感器和2号电场测量传感器为每组中采集场强值最小电场测量传感器，则撤离方向为右前，假设3号电场测量传感器和4号电场测量传感器为每组中采集场强值最小电场测量传感器，则撤离方向为左后，假设1号电场测量传感器为第一组中采集场强值最小电场测量传感器，而第二组中两个电场测量传感器采集场强值相等，则撤离方向为前，假设第一组中两个电场测量传感器采集场强值相等，3号电场测量传感器为第二组中采集场强值最小电场测量传感器，则撤离方向为左侧。

对于撤离角度，则根据离散梯度计算：

步骤42，计算电场强度在5号电场测量传感器处指向1～4号电场测量传感器即向量l_i，(i＝1～4)的离散梯度，由二元离散函数的偏导公式

由于Δ_x、Δ_y无法趋于0，则用最小间隔2r计算，计算沿坐标轴方向的方向导数得到离散梯度，沿x轴方向的离散梯度为

沿y轴方向的离散梯度为

沿z轴方向的离散梯度为

其中

为1～4号电场测量传感器场强的平均值，计算得到沿各坐标轴方向的离散梯度u：

离散梯度u的负梯度方向为衰减方向，正梯度方向为靠近电场源方向。

步骤43，如图5所示，根据离散梯度u的大小和方向，计算所述离散梯度u与XOY平面的夹角α，由于该夹角为指向场元的夹角，因此，以180°减去该夹角α作为撤离角度。

作为一种示例，可以通过报警模块，在梯度阈值ΔE_s大于预设梯度阈值，最大值E_max接近危险值时，通过语音提醒方式引导撤离。由上可知，1号电场测量传感器安装在安全帽本体的前端，3号电场测量传感器安装在安全帽的后端，4号和2号电场测量传感器分别安装在安全帽的左端和右端，5号电场测量传感器安装在安全帽的顶部，根据电场测量传感器的数值播报的指示方向可以是：1号电场测量传感器为指示方向时，播报语音“向前”，2号电场测量传感器为指示方向时，播报语音“右前+撤离角度”，3号电场测量传感器为指示方向时根据夹角的大小，若沿x轴梯度为正则播报语音“右后+撤离角度”，若沿x轴梯度为负则播报语音“左后+撤离角度”，4号电场测量传感器为指示方向时，播报语音“左前+撤离角度”。

在本发明的各种实施例中，应理解，所述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取的存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或者部分，可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明的各个实施例所述方法的部分或全部步骤。

在本发明所提供的实施例中，应理解，“与A对应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。

本领域普通技术人体可以理解所述实施例的各种方法中的部分或全部步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

以上对本发明实施例公开的一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽及预警方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其特征在于，其包括安全帽本体，所述安全帽本体上安装有5个电场测量传感器，所述5个电场测量传感器分别记为1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器、4号电场测量传感器和5号电场测量传感器；其中，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器位于同一平面中，且1号电场测量传感器和3号电场测量传感器之间的连线与2号电场测量传感器和4号电场测量传感器之间的连线垂直；所述5号电场测量传感器位于所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器的中心的上方。

2.根据权利要求1所述的用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其特征在于，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器分别安装于所述安全帽本体的前侧、右侧、后侧和左侧。

3.根据权利要求1所述的用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其特征在于，所述1号电场测量传感器、2号电场测量传感器、3号电场测量传感器和4号电场测量传感器到所述中心的距离相等。

4.根据权利要求1所述的用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其特征在于，所述近电预警安全帽还包括安装于所述安全帽本体的多路信号采集模块、登高高度模块、信号处理模块以及报警模块，所述登高高度模块以及5个电场测量传感器的输出端均通过所述多路信号采集模块连接至所述信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接至所述报警模块。

5.根据权利要求4所述的用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽，其特征在于，所述近电预警安全帽还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述多路信号采集模块或信号处理模块相连，用于将所述登高高度模块以及5个电场测量传感器的检测数据传送至监测中心。

6.一种使用权利要求4或5所述的用于判断带电场所场源位置的近电预警安全帽进行安全预警的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1，获取5个电场测量传感器的采集场强值，其中，i号电场测量传感器的采集场强值记为E_i，i＝1～5；

步骤2，以1-4号电场测量传感器的中心为原点建立三维坐标系，其中，1-4号电场测量传感器构成的平面记为XOY平面，2号和4号电场测量传感器分别位于X轴的正半轴和负半轴，1号和3号电场测量传感器分别位于Y轴的正半轴和负半轴，5号电场测量传感器位于Z轴的正半轴，且5个电场测量传感器到所述原点的距离均为r，则，1-5号电场测量传感器的坐标分别为(0，r，0)、(r，0，0)、(0，-r，0)、(-r，0，0)、(0，0，r)；

步骤3，将5个电场测量传感器采集场强值的最大值E_max结合登高高度模块，计算梯度阈值ΔE_s，所述梯度阈值ΔE_s为单位高度变化下的最大值E_max的变化值，当所述梯度阈值ΔE_s大于预设梯度阈值，以及所述最大值E_max接近危险值时，则通过报警模块发出报警；

步骤4，根据报警时刻采集场强值最小的电场测量传感器的位置确定撤离方向，并根据离散梯度确定撤离角度。

7.根据权利要求6所述的安全预警的方法，其特征在于，根据报警时刻采集场强值最小的电场测量传感器的位置确定撤离方向，包括：

步骤41，将1号电场测量传感器和3号电场测量传感器设置为一组，将2号电场测量传感器和4号电场测量传感器设置为另一组，根据每组中采集场强值最小电场测量传感器的位置确定撤离方向；

所述根据离散梯度确定撤离角度，包括：

步骤42，使用最小间隔2r计算沿坐标轴方向的方向导数得到离散梯度；其中：沿x轴方向的离散梯度为

沿y轴方向的离散梯度为

沿z轴方向的离散梯度为

其中

为1～4号电场测量传感器采集场强值的平均值，计算得到沿各坐标轴方向的离散梯度u：

步骤43，计算所述离散梯度u与XOY平面的夹角，以180°减去所述夹角作为撤离角度。

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