基于激光探測技術的實時遠程線路安全監控報警系統設計與應用

張茂君

（國網安徽省電力公司 滁州供電公司，安徽 滁州239000）

0 前言

隨著城市擴建、小區開發建設不斷擴大，線路保護區附近建筑施工塔吊、吊車碰觸導線引發線路跳閘成為影響線路安全運行的主要因素。輸電線路防外力破壞一直是電力線路安全的一個亟待解決的難題[1]，電力系統目前普遍采取的人防措施已不能確保線路外部安全隱患的可控、在控。

國內外相關的研究主要致力于三個方向：（1）雷達微波監控[2]：該方法技術原理可行，但因造價過高，無法普及應用。（2）視頻監控[3-4]：人工24小時實時監測，然而從發現隱患到現場告警提示經歷環節多，時間長，現在有研究方向擬采用圖像識別技術實現物體入侵報警，但也是受限于識別準確度和預警的誤報率兩個問題而沒有有效成熟的方案。（3）紅外或普通激光對射布防方式，此方法有很大的局限性，也因誤報率過高的缺點沒有推廣應用[5]。

基于激光探測技術的實時遠程線路安全監控報警系統使用先進的激光探測技術，針對當前我國高壓電力線路受外力破壞十分嚴重的現象，在世界上首次研制成功將可能要發生的外力破壞事件，提前預報警并在現場通過揚聲器對講警示阻止外破行為，避免外破事件發生。

1 基于激光探測的輸電線路在線監測預警技術

激光探測技術利用光學和電學原理，充分利用激光探測距離遠范圍大，可以實時測距和感應電場強變化的技術原理，首次開發激光防外力入侵探測器。

目前用于激光測距的方法主要有：飛行時間測量法、相位差測量法和三角原理測量法三種方法[6]。基于激光探測技術的實時遠程線路安全監控報警系統融合集成了當今最先進的激光探測技術、人工智能與無線通訊技術。系統工作流程如圖1所示：

圖1中，在需要預警的輸電線路相應位置安裝基于激光探測的輸電線路在線監測預警系統硬件，探測進入危險區域的物體，一旦有物體進入探測區域，啟動可見光等相應監控設備，智能識別進入區域物體，確認危險級別，采用GSM通訊方式，向管理手機發送報警短信，啟動現場揚聲器，播放警告聲。

2 基于激光探測的輸電線路在線監測預警系統設計

基于激光探測的輸電線路在線監測預警系統能自動計算外物體接近高壓線的位置距離，根據不同高壓級別線路設定的安全距離參數來確定其危險程度,實現分檔報警。產品同時具有鐵塔傾斜報警、撞擊報警等功能。采用GSM通訊方式，太陽能供電，可遠距離實現對高壓線路長期點位和臨時點位的監控，并提供與視頻監控聯動接口，可以將激光探測與視頻監控兩者結合使用，在激光探測到超高物體時迅速啟動視頻監控，提高監控效能。

2.1 功能概述

系統利用激光檢測高壓線磁場強度的變化值和激光往返目標傳輸所需時間來確定外物體與高壓線的位置距離，按照預先設定的幾級安全距離參數值進行預報警，超越基本警戒值或其它預設值時自動通過現場高聲響喇叭警報提示、遠程報警、遠程警示喊話，直接在現場阻止超高物體對高壓線的破壞，或由調度監控中心進行后臺操作處置；根據相對位置距離計算分析，對高壓線下的樹木生長狀態進行長期監控，實現超高報警；根據傳感器探測實現鐵塔傾斜報警、撞擊報警。

2.2 系統的硬件設計

系統由激光檢測系統，探頭、GSM激光報警控制主機（激光測距模塊、分析模塊、GSM通訊模塊）、高聲響喇叭、警示燈、太陽能板、攝像頭(選裝)等部件組成，硬件設計如圖2所示：

圖2 基于激光探測的輸電線路在線監測預警系統硬件圖

系統能探測800米距離內物體和精度±0.5米的上下位置移動變化，在物體越過初始警戒值報警后，能繼續探測出物體再向高壓線移動的危險距離，以便采取下一步的預防措施。在需要監控的高壓線路一端鐵塔上安裝固定好激光探頭、激光報警控制主機和其它輔助設備。激光探頭的激光射線基本水平對準兩塔之間輸電線弧垂下5米（110kV）、6 米（220kV）、8.5 米（500kV）位置。

2.3 系統的軟件設計

圖3 基于激光探測的輸電線路在線監測預警系統后臺

系統后臺由管理人員控制手機或計算機組成。當管理人員或監控室通過手機或計算機向激光報警控制主機發布“布防”指令后系統進入工作狀態，一旦發生物體接近高壓線5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距離值時觸發報警（用戶可以根據現場實際情況自行設定初始值或其它檔位值），現場高音喇叭發出聲響警報“高壓危險，注意安全”的語音提示，主機同時將報警信息（包括塔名、位置、危險距離值）通過GSM無線網絡發送給相關管理人員，如圖3所示。

管理人員可以直接進行遠程喊話提示，或與電力110實現聯網處置。對與視頻監控聯動的，自動觸發圖像、視頻采集，通過無線3G/GPRS/WCDMA無線網絡向監控中心在線傳輸現場實時圖像、視頻。系統同時設定物體越過初始警戒值后進一步靠近高壓線時的多檔報警值，便于管理人員評估外物體高危動作風險，采取緊急操作措施。

3 系統實施

系統2012年年中投入運行，產品應用激光光電學融合原理來實現對外力破壞物體入侵的預警，首先產品的設計思路原理先進，擺脫了常規周界入侵防范觸發阻斷等落后的預警機制，設防范圍不局限于某一個方向，實現立體空間設防，實現對各方向入侵物的觸發報警，并且融合常規的線路視頻監控單元，便于實現報警信息確認，常規線路周界環境巡視等，整套系統在滁州供電公司各相關專業人員的配合下，結合高壓線路安全監測的實際需求，系統研制符合高壓線路的實際特點，化現場巡察為狀態巡察，優化了線路安全監管的方式方法，節省了對應的人力物力投放，有較高的創新性和實用性，具備很好的推廣價值。

4 結語

隨著新建輸電線路設計標準越來越高，輸電線路本體的安全得到了相應保證，影響輸電線路安全運行的問題突出表現在外部安全隱患上，尤其是輸電線路附近的建筑施工。基于激光探測的輸電線路在線監測預警系統項目的實施，可以對有潛在外力破壞危險的高壓輸電線路附近施工隱患點進行實時監測，通過激光感應高壓線路場強的變化幅度和激光測距的原理來實現外力破壞物體靠近高壓線路時的告警，通過現場聲光報警和遠程喊話的方式來提醒入侵物體停止行動，避免對線路的破壞，避免重大設備故障、停電事件的產生，提高供電的可靠性。系統試運行情況良好，友好的界面、方便的操作得到了使用人員的好評，希望在實踐中經過檢驗更加穩健和成熟，為企業帶來切實的社會效益和經濟效益。

［1］徐云峰，李士強，徐靜靜，訾紅亮，張勝.輸電線路運行班組防外破工作分析[J].宿州學院學報，2013(28),7：93-93.

［2］許家玉.輸電線路三維激光雷達測量技術的應用研究[J].科技視界,2013(25),10：265-265.

［3］何思遠,劉剛,王玲,唐延東.基于無人機的輸電線路設備識別方法研究[J].紅外與激光工程,2013(42),7：1940-1944.

［4］楊永平，段學云，段德磊，徐春，陳鴻興.無人機航測技術在輸電線路中的應用實踐[J].城市勘測,2013,1：29-32.

［5］陳勇,韓曉言,侯國彥,唐丹.激光雷達小型化及其在輸電系統中的應用研究[J].電力勘測設計,2013,1：70-73.

［6］馮國旭,常保成.高精度激光測距技術研究[J].激光與紅外,2007（37）,11：1137-1140.