一種電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測裝置

湯亞俊++車敏++潘國君

摘 要：為了保障電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全運行，保證電網(wǎng)地下管線設(shè)施本體不受外力破壞而設(shè)計了一種電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測裝置。通過監(jiān)測神經(jīng)網(wǎng)單元監(jiān)測入侵振動和入侵噪聲振動，并將振動信號傳遞給鋪設(shè)在其上面的傳輸感知光纜。安全預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)主機通過激光器發(fā)激光，激光通過放大器放大后傳輸進傳輸感知光纜，激光在傳輸感知光纜傳輸過程中攜帶振動信號（波形變化及變化的時間）回傳到安全預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的接收機，接收機將收到的激光傳給激光器進行二次放大并傳輸給光電轉(zhuǎn)換設(shè)備；光電轉(zhuǎn)換設(shè)備將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并傳遞給安全預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)主機的CPU進行數(shù)據(jù)對比分析，并對電網(wǎng)地下管線設(shè)施進行破壞的事件以及可能會對電網(wǎng)地下管線設(shè)施產(chǎn)生破壞的信息通過主機內(nèi)的通訊模塊進行遠程告警上報，同時可遠程打開主機內(nèi)的視頻模塊監(jiān)視現(xiàn)場的情況，也可通過報警模塊對現(xiàn)場破壞行為進行警告。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)地下管線設(shè)施；安全預(yù)警監(jiān)測裝置；外力入侵破壞；自適應(yīng)濾波算法

中圖分類號：TM774 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.098

電網(wǎng)地下管線設(shè)施在城市建設(shè)中應(yīng)用非常廣泛，但是由于電網(wǎng)地下管線設(shè)施敷設(shè)路徑長、范圍廣，管理人員很難全方位對電網(wǎng)地下管線設(shè)施進行管理，電網(wǎng)地下管線設(shè)施的防外力入侵破壞實際上處于一種被動地位；同時城市改造建設(shè)不斷加快，土建施工很容易對電網(wǎng)地下管線設(shè)施造成外力入侵破壞，電網(wǎng)地下管線設(shè)施在防止外力入侵破壞方面管理難度非常大。保證電網(wǎng)地下管線設(shè)施本體不受外力入侵破壞，在電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全運行上顯得尤為重要。目前，很多產(chǎn)品一般在外力入侵破壞發(fā)生后才報警，并不能有效預(yù)防這種入侵破壞的發(fā)生。此時，電網(wǎng)地下管線設(shè)施管理需更加電子化、制度化、智能化，以提高電網(wǎng)地下管線設(shè)施在防外力入侵破壞工作方面的管理水平。

1 硬件構(gòu)成

裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本裝置主要包含振動監(jiān)測神經(jīng)網(wǎng)單元、傳輸感知光纜、安全預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)主機和現(xiàn)場智能巡檢手持終端。安全預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)主機包含電源管理模塊、存儲模塊、報警模塊、通訊模塊、GPS定位模塊、CPU中央處理器模塊、視頻監(jiān)控模塊和激光發(fā)收、放大和轉(zhuǎn)換模塊。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)電網(wǎng)地下管線設(shè)施受到外力入侵破壞時，激光在傳輸感知光纜傳輸過程中攜帶振動信號（波形變化及變化的時間）回傳到安全預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的接收機；接收機將收到的激光傳給激光器進行二次放大并傳輸給光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，光電轉(zhuǎn)換設(shè)備將光信號轉(zhuǎn)換成電信號數(shù)據(jù)流。這一過程所運用的是自適應(yīng)濾波算法。

根據(jù)自適應(yīng)算法的優(yōu)化準(zhǔn)則的不同，自適應(yīng)濾波算法可分為最小均方（LMS）算法和遞推最小二乘（RLS）算法2類最基本的算法。為了解決傳統(tǒng)LMS算法存在的梯度噪聲放大問題，以及為克服常規(guī)的固定步長LMS自適應(yīng)算法在收斂速率、跟蹤速率與權(quán)失調(diào)噪聲之間的要求上存在的較大矛盾，許多學(xué)者研究出了各種各樣的改進型LMS算法，比如歸一化LMS算法、基于瞬變步長LMS自適應(yīng)濾波算法以及基于離散小波變換的LMS自適應(yīng)濾波算法等。

算法實現(xiàn)的主要步驟為：①數(shù)據(jù)采集與生成，取d（n）、x（n）；②對參數(shù)的初始化；③自適應(yīng)的濾波處理；④濾波器系數(shù)更新。

數(shù)據(jù)流濾波后，由CPU中央處理模塊對比分析入侵破壞振動源和振動地點，打開視頻監(jiān)控模塊進行現(xiàn)場圖像信息采集，將現(xiàn)場視頻或圖片信息保存至存儲模塊，同時通過通訊模塊中的FDD/TD-LTE模塊將告警信息短信發(fā)送至相關(guān)工作人員，從而達到快速、準(zhǔn)確告警的目的。工作人員收到短信后可通過智能手機客戶端APP實時喊話，及時制止現(xiàn)場的破壞行為。

現(xiàn)場巡檢手持終端主要由智能手機和智能手機客戶端APP組成。在電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全巡檢工作人員在現(xiàn)場進行巡線檢測或發(fā)生外力入侵破壞時，可遠距離無接觸式地讀取防外力入侵破壞系統(tǒng)信息，包含圖像、視頻、報警門限、報警次數(shù)及歷史報警記錄等，便于選線人員在現(xiàn)場快速、準(zhǔn)確地了解當(dāng)前點的信息。

3 現(xiàn)場使用場景

現(xiàn)場使用場景如圖2所示。

為了解決電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全監(jiān)測路徑長和精確定位入侵破壞等問題，將裝置安裝在電力變電所的通信機房或網(wǎng)管機房，通過橫向或者縱向鋪設(shè)在距離土壤中的電網(wǎng)地下管線設(shè)施頂端或側(cè)面1 m以外的振動監(jiān)測神經(jīng)網(wǎng)單元來感知工程機械的入侵破壞振動和入侵噪聲振動，振動監(jiān)測神經(jīng)網(wǎng)單元通過傳輸感知光纜將振動信號轉(zhuǎn)換成光信號，并通過激光攜帶傳輸?shù)桨踩A(yù)警監(jiān)測裝置。當(dāng)振源波形超過安全預(yù)警監(jiān)測裝置所設(shè)置的報警門限后，安全預(yù)警監(jiān)測裝置會將報警信息傳輸至服務(wù)器，從而起到提前預(yù)警和遠程告警作用。

4 總結(jié)

本電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測裝置的提前預(yù)警功能和精確定位功能，可精確定位到關(guān)鍵區(qū)域線路的狀態(tài)，對外力入侵破壞行為進行提前預(yù)警，使關(guān)鍵區(qū)段線路巡視的工作效率提升；電網(wǎng)地下管線設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測裝置可提高電力電纜管理效率，監(jiān)控平臺可以實時顯示電力電纜外力破壞并保存記錄，節(jié)約工作記錄本、設(shè)備資料、復(fù)印等費用，大大節(jié)約辦公費用；通過全天候?qū)σ曨l監(jiān)控系統(tǒng)實時分析的方式，在線預(yù)警線路走廊附近的施工狀況，對大型施工機械違章超高作業(yè)行為實時抓拍照片，即時自動播報語音提示信息，以短信的方式將告警信息發(fā)送至線路維護單位相關(guān)負(fù)責(zé)人和領(lǐng)導(dǎo)手機上，同時也可在監(jiān)控中心借助實時語音喊話喇叭，及時制止危險作業(yè)；可以解決視頻技術(shù)的遮擋難點，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并定位外力破壞；一套設(shè)備可監(jiān)測40 km范圍內(nèi)的外力入侵破壞，極大地節(jié)約投入和維護成本。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕