湯亞俊++車(chē)敏++潘國(guó)君

摘 要：為了保障電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全運(yùn)行，保證電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施本體不受外力破壞而設(shè)計(jì)了一種電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測(cè)裝置。通過(guò)監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)單元監(jiān)測(cè)入侵振動(dòng)和入侵噪聲振動(dòng)，并將振動(dòng)信號(hào)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(cè)系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)激光器發(fā)激光，激光通過(guò)放大器放大后傳輸進(jìn)傳輸感知光纜，激光在傳輸感知光纜傳輸過(guò)程中攜帶振動(dòng)信號(hào)（波形變化及變化的時(shí)間）回傳到安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接收機(jī)，接收機(jī)將收到的激光傳給激光器進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳遞給安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)的CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，并對(duì)電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施進(jìn)行破壞的事件以及可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施產(chǎn)生破壞的信息通過(guò)主機(jī)內(nèi)的通訊模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程告警上報(bào)，同時(shí)可遠(yuǎn)程打開(kāi)主機(jī)內(nèi)的視頻模塊監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的情況，也可通過(guò)報(bào)警模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)破壞行為進(jìn)行警告。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.098

電網(wǎng)地下管線(xiàn)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(xiàn)設(shè)施敷設(shè)路徑長(zhǎng)、范圍廣，管理人員很難全方位對(duì)電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施進(jìn)行管理，電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施的防外力入侵破壞實(shí)際上處于一種被動(dòng)地位；同時(shí)城市改造建設(shè)不斷加快，土建施工很容易對(duì)電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施造成外力入侵破壞，電網(wǎng)地下管線(xiàn)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(xiàn)設(shè)施本體不受外力入侵破壞，在電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全運(yùn)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(bào)警，并不能有效預(yù)防這種入侵破壞的發(fā)生。此時(shí)，電網(wǎng)地下管線(xiàn)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(xiàn)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(dòng)監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)單元、傳輸感知光纜、安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)智能巡檢手持終端。安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)包含電源管理模塊、存儲(chǔ)模塊、報(bào)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(jì)

當(dāng)電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施受到外力入侵破壞時(shí)，激光在傳輸感知光纜傳輸過(guò)程中攜帶振動(dòng)信號(hào)（波形變化及變化的時(shí)間）回傳到安全預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接收機(jī)；接收機(jī)將收到的激光傳給激光器進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)數(shù)據(jù)流。這一過(guò)程所運(yùn)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(lèi)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(wèn)題，以及為克服常規(guī)的固定步長(zhǎng)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(jìn)型LMS算法，比如歸一化LMS算法、基于瞬變步長(zhǎng)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(shí)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(duì)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(duì)比分析入侵破壞振動(dòng)源和振動(dòng)地點(diǎn)，打開(kāi)視頻監(jiān)控模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)圖像信息采集，將現(xiàn)場(chǎng)視頻或圖片信息保存至存儲(chǔ)模塊，同時(shí)通過(guò)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(dá)到快速、準(zhǔn)確告警的目的。工作人員收到短信后可通過(guò)智能手機(jī)客戶(hù)端APP實(shí)時(shí)喊話(huà)，及時(shí)制止現(xiàn)場(chǎng)的破壞行為。

現(xiàn)場(chǎng)巡檢手持終端主要由智能手機(jī)和智能手機(jī)客戶(hù)端APP組成。在電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全巡檢工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡線(xiàn)檢測(cè)或發(fā)生外力入侵破壞時(shí)，可遠(yuǎn)距離無(wú)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(bào)警門(mén)限、報(bào)警次數(shù)及歷史報(bào)警記錄等，便于選線(xiàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)快速、準(zhǔn)確地了解當(dāng)前點(diǎn)的信息。

3 現(xiàn)場(chǎng)使用場(chǎng)景

現(xiàn)場(chǎng)使用場(chǎng)景如圖2所示。

為了解決電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)路徑長(zhǎng)和精確定位入侵破壞等問(wèn)題，將裝置安裝在電力變電所的通信機(jī)房或網(wǎng)管機(jī)房，通過(guò)橫向或者縱向鋪設(shè)在距離土壤中的電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施頂端或側(cè)面1 m以外的振動(dòng)監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)單元來(lái)感知工程機(jī)械的入侵破壞振動(dòng)和入侵噪聲振動(dòng)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)單元通過(guò)傳輸感知光纜將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并通過(guò)激光攜帶傳輸?shù)桨踩A(yù)警監(jiān)測(cè)裝置。當(dāng)振源波形超過(guò)安全預(yù)警監(jiān)測(cè)裝置所設(shè)置的報(bào)警門(mén)限后，安全預(yù)警監(jiān)測(cè)裝置會(huì)將報(bào)警信息傳輸至服務(wù)器，從而起到提前預(yù)警和遠(yuǎn)程告警作用。

4 總結(jié)

本電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測(cè)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(xiàn)路的狀態(tài)，對(duì)外力入侵破壞行為進(jìn)行提前預(yù)警，使關(guān)鍵區(qū)段線(xiàn)路巡視的工作效率提升；電網(wǎng)地下管線(xiàn)設(shè)施安全預(yù)警監(jiān)測(cè)裝置可提高電力電纜管理效率，監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)時(shí)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(fèi)用，大大節(jié)約辦公費(fèi)用；通過(guò)全天候?qū)σ曨l監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析的方式，在線(xiàn)預(yù)警線(xiàn)路走廊附近的施工狀況，對(duì)大型施工機(jī)械違章超高作業(yè)行為實(shí)時(shí)抓拍照片，即時(shí)自動(dòng)播報(bào)語(yǔ)音提示信息，以短信的方式將告警信息發(fā)送至線(xiàn)路維護(hù)單位相關(guān)負(fù)責(zé)人和領(lǐng)導(dǎo)手機(jī)上，同時(shí)也可在監(jiān)控中心借助實(shí)時(shí)語(yǔ)音喊話(huà)喇叭，及時(shí)制止危險(xiǎn)作業(yè)；可以解決視頻技術(shù)的遮擋難點(diǎn)，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并定位外力破壞；一套設(shè)備可監(jiān)測(cè)40 km范圍內(nèi)的外力入侵破壞，極大地節(jié)約投入和維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕