一种开关柜手车室安全监控系统技术方案

本发明专利技术属于安全监控技术领域，涉及一种开关柜手车室安全监控系统。人体红外感应传感器、摄像头模块以及红外测距传感器实现人体目标监测功能；电场监测传感器实现电场检测功能；电机丝杆下方的外壳设有通孔，使电机丝杆的运动方向在拐臂的后方，当工作人员进入带电手车室时可以使绝缘挡板可靠闭锁。本发明专利技术使用平板电容传感器来对空间电场进行监测，整体尺寸较小，满足手车室内部狭小的空间条件，且不影响开关柜的正常工作；本发明专利技术的人体目标监测算法模型通过模拟环境进行针对性训练，提高识别准确率与抗干扰性；本发明专利技术可在工作人员操作不规范或误入带电开关柜时进行安全保护，提高了检修过程的安全性。了检修过程的安全性。了检修过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种开关柜手车室安全监控系统


[0001]本专利技术属于安全监控
，涉及一种开关柜手车室安全监控系统。

技术介绍

[0002]开关柜作为电力系统的重要单元，具有在发电、变电、输电和配电这四个环节中对用电设备进行接受和分配网络电能，并对电力电路实行控制保护、监视和测量的作用。其中，KYN28
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12金属铠装中置移开式开关柜广泛应用于发电厂、变电所以及企事业单位的配电等方面。为保证电力系统稳定运行，要对开关柜进行周期性的检修与维护，现有的开关柜检修流程主要有断开开关，进行接触式验电器验电，确认设备无电压后，要求工作人员佩戴绝缘手套按照安全标准规范操作并悬挂标示牌和装设围栏。国内开关柜的智能化还处于初级阶段，并且许多已有的成套开关柜数量庞大，配套设施繁多，成本较高，无法更换，进而导致检修维护难度大、安全性低。
[0003]目前，开关柜检修过程中的安全措施主要有在手车室放置绝缘板起到隔离、绝缘的作用；对手车室触头前的绝缘挡板加装电磁闭锁装置使其有效可靠的闭锁。然而现有的安全措施都需要工作人员主动放置或开启，对工作人员的操作规范性具有较高的要求。此外，现有的监控系统中，在计算机上进行人体识别的准确率相对较高，但不适用于开关柜内部监测；而在终端部署的监控系统受光线、杂物干扰等外部因素影响较大，准确率较低。
[0004]因此现有技术中的开关柜安全监控系统存在安全性较低、功能单一、缺乏主动保护措施等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
的不足，提供一种开关柜手车室安全监控系统，实时监测开关柜内电力线路带电状态、智能识别工作人员操作状态，并及时将操作信息进行安全性判断并启动保护控制，最后将有效信息通过蓝牙传输至手机。本专利技术可实时保护工作人员的安全同时不影响开关柜正常运行。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种开关柜手车室安全监控系统，包括安全监控系统外壳9以及安装在安全监控系统外壳9内的电场监测传感器1、人体红外感应传感器2、摄像头模块3、红外测距传感器4、信号处理模块5、蓝牙模块6、贯穿式步进电机7和电机丝杆8。
[0008]所述的安全监控系统外壳9安装在手车室绝缘挡板机械装置的正上方，电机丝杆8贯穿在贯穿式步进电机7中，安全监控系统外壳9下表面与电机丝杆8对应的位置设有通孔，电机丝杆8两端从通孔穿过，贯穿式步进电机7带动电机丝杆8运动，使电机丝杆8的运动方向在手车室绝缘挡板机械装置的拐臂的后方；所述的电场监测传感器1、信号处理模块5和蓝牙模块6固定在安全监控系统外壳9的正向内表面，所述的人体红外感应传感器2、摄像头模块3和红外测距传感器4排列安装在安全监控系统外壳9的侧面内部且朝向手车室入口方向。
[0009]所述信号处理模块5主要由感应电压信号调理电路和主控芯片组成，所述的感应电压信号调理电路由信号放大电路、限幅保护电路、有源滤波电路和精密整流电路组成，感应电压信号经感应电压信号调理电路后转换为主控芯片可读取范围内的模拟信号；所述的电场监测传感器1为平板电容式传感器，用于监测手车室内部空间电场强度，并将感应电压信号通过感应电压信号调理电路后传输至主控芯片；所述的贯穿式步进电机7、人体红外感应传感器2、摄像头模块3、红外测距传感器4和蓝牙模块6均与主控芯片相连；通过红外测距传感器4和人体红外感应传感器2进行初步判断，然后通过摄像头模块3以及人体目标监测算法进一步判断手车室内部是否有工作人员，通过电场监测传感器1判断开关柜静触头是否带电；所述的信号处理模块5处理各传感器输入的信号并进行逻辑判定，生成固定数量的PWM脉冲信号与逻辑判定结果共同完成对贯穿式步进电机7的控制，当判断开关柜静触头带电且手车室内部有工作人员检修时，主控芯片发出信号，控制电机丝杆8向下运动阻止拐臂移动来使绝缘挡板有效可靠闭锁，当手车室内部无人时，主控芯片发出信号控制电机丝杆8收缩回安全监控系统外壳9内部；所述的蓝牙模块6将感应电压信号与逻辑判定结果无线传输至手机APP，手机APP对开关柜内部电场信息与检修过程进行记录存储。
[0010]所述的人体目标监测算法，具体如下：
[0011]步骤(1)：使用摄像头模块3在模拟实际开关柜手车室环境下进行图像采集，分类为模拟工作人员检修和无人检修时的背景两种标签。
[0012]步骤(2)：将采集到的图像作为数据集上传至Edge Impulse在线训练模型网站，并对图像进行归一化等预处理。
[0013]步骤(3)：对预处理后的图像进行特征分类，包括有人、无人两种特征，根据特征分类结果筛选排除数据集中的干扰项。
[0014]步骤(4)：将特征分类后的数据集作为神经网络的输入，进行迁移学习训练，并根据模型识别准确率(accuracy score)及损失函数值调整模型训练参数。准确率计算公式如下：
[0015][0016]其中，TP表示真实情况为正例、模型预测结果也为正例的真正例；TN表示真实情况为反例、模型预测结果也为反例的真反例；FP表示真实情况为反例、模型预测结果为正例的假正例；FN表示真实情况为正例、模型预测结果为反例的假反例。
[0017]步骤(5)：对模型进行测试集测试实验，将F1 Score达到要求的模型生成符合摄像头模块3硬件版本的.lite格式代码文件，并部署到摄像头模块3进行实验测试。F1 Score计算公式如下：
[0018][0019]其中，precision为准确率，又称为查准率，表示预测结果中，预测为正样本的样本中，正确预测为正样本的概率；recall为召回率，又称为查全率，表示在原始样本的正样本中，最后被正确预测为正样本的概率。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术采用平板电容传感器进行电场监测，避免了接触式验电的缺点，在进行电
场监测的同时不影响开关柜的正常运行；本专利技术的人体目标监测算法针对手车室内部特定情形进行改进，并结合红外测距与人体感应功能大大提高了监控系统的识别准确率，解决了传统终端识别易受环境干扰的缺点；本专利技术可在工作人员检修遇到危险情况或误入带电手车室时主动进行安全保护，弥补了现有的安全防护措施只能被动开启的缺点，为工作人员的安全提供了更可靠的保障，提高了检修操作的容错率；本专利技术的手机APP可对检修过程的信息进行记录存储，为后续检修、维护、调查提供可靠信息。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的立体结构示意图；
[0023]图2是本专利技术的电场监测传感器结构示意图；
[0024]图3是本专利技术的工作原理图；
[0025]图4是本专利技术的感应电压信号调理电路结构示意图；
[0026]图5是本专利技术的人体目标监测算法流程图；
[0027]图6是本专利技术的系统工作流程图。
[0028]图中：1电场监测传感器，2人体红外感应传感器，3摄像头模块，4红外测距传感器，5信号处理模块，6蓝牙模块，7贯穿式步进电机，8电机丝杆，9安全监控系统外壳，10铜箔上极板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关柜手车室安全监控系统，其特征在于，所述的开关柜手车室安全监控系统包括安全监控系统外壳(9)以及安装在安全监控系统外壳(9)内的电场监测传感器(1)、人体红外感应传感器(2)、摄像头模块(3)、红外测距传感器(4)、信号处理模块(5)、蓝牙模块(6)、贯穿式步进电机(7)和电机丝杆(8)；所述的安全监控系统外壳(9)安装在手车室绝缘挡板机械装置的正上方，电机丝杆(8)贯穿在贯穿式步进电机(7)中，安全监控系统外壳(9)下表面与电机丝杆(8)对应的位置设有通孔，电机丝杆(8)两端从通孔穿过，贯穿式步进电机(7)带动电机丝杆(8)运动，使电机丝杆(8)的运动方向在手车室绝缘挡板机械装置的拐臂的后方；所述的电场监测传感器(1)、信号处理模块(5)和蓝牙模块(6)固定在安全监控系统外壳(9)的正向内表面，所述的人体红外感应传感器(2)、摄像头模块(3)和红外测距传感器(4)排列安装在安全监控系统外壳(9)的侧面内部且朝向手车室入口方向；所述信号处理模块(5)主要由感应电压信号调理电路和主控芯片组成，所述的感应电压信号调理电路由信号放大电路、限幅保护电路、有源滤波电路和精密整流电路组成，感应电压信号经感应电压信号调理电路后转换为主控芯片可读取范围内的模拟信号；所述的电场监测传感器(1)为平板电容式传感器，用于监测手车室内部空间电场强度，并将感应电压信号通过感应电压信号调理电路后传输至主控芯片；所述的贯穿式步进电机(7)、人体红外感应传感器(2)、摄像头模块(3)、红外测距传感器(4)和蓝牙模块(6)均与主控芯片相连；通过红外测距传感器(4)和人体红外感应传感器(2)进行初步判断，然后通过摄像头模块(3)以及人体目标监测算法进一步判断手车室内部是否有工作人员，通过电场监测传感器(1)判断开关柜静触头是否带电；所述的信号处理模块(5)处理各传感器输入的信号并进行逻辑判定，生成固定数量的PWM脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，刘旺，姚睿哲，王连强，陈涛，柯伟鹏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：