一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统及方法技术方案

一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统及方法，包括感应卡环取电装置、传感器模组电路板、嵌入式计算机系统，所述感应卡环取电装置包括卡环、锂电池、充放电控制电路；卡环感应从线路上取电，所述传感器模组电路板包括3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器、1个烟雾报警传感器；传感器模组电路板连接嵌入式计算机系统，嵌入式计算机系统连接GSM短信模块。所述3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器的检测方向，指向线路下方的走廊。所述嵌入式计算机系统的电路板上集成有无线通讯模块。本发明专利技术系统供电依靠从输电线路感应卡环取电装置，并有一个带有充放电控制电路的锂电池蓄能系统。系统检测结果的输出通过GSM模块实现，避免单一传感器的灵敏度低或者误报警高。

Transmission line corridor firework recognition system and method with multi-sensor data fusion

Transmission line corridor fireworks recognition system and method of multi-sensor data fusion, including card ring electric device, sensor module circuit board, embedded computer system, the induction electric device comprises a clasp clasp, lithium battery, charging and discharging control circuit; loop induction card to take power from the line. The sensor module circuit board comprises 3 Solar blind ultraviolet sensor, 3 infrared sensors, 1 smoke alarm sensor; sensor module circuit board is connected with the embedded computer system, embedded computer system is connected with the GSM module. The 3 sun blind ultraviolet sensors and 3 infrared sensors test directions to the corridor below the line. A wireless communication module is integrated on the circuit board of the embedded computer system. The system power supply of the invention relies on the electric clamping device of the inductive clamping ring from the transmission line, and has a lithium battery energy storage system with a charging and discharging control circuit. The output of system test result is realized by GSM module, avoiding the sensitivity of single sensor is low or false alarm is high.

【技术实现步骤摘要】
一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统及方法
本专利技术涉及在线监测与故障诊断
，特别是一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统及方法。
技术介绍
输电线路运行环境复杂，其中各种原因引起的山火日益成为电力系统稳定运行的严重威胁。现有的山火预防主要有：人工巡线，法律法规宣传和视频烟火检测。其中人工巡线和视频烟火检测无法在夜晚实现烟火实时检测。人工巡线能发现和处理一些潜在的烟火威胁，如果有真正的烟火发生时往往不能及时发现；法律法规的防火宣传其威慑劝阻效果有限；现有的视频烟火检测在一定程度上可以实现烟火报警，其基本原理主要是对火焰进行颜色分析和对烟雾运动进行分析，真正对输电线路有危害的烟火，往往从线路和杆塔上看不到着火点明显的火焰，且由于输电线路运行环境非常复杂，一天中的日照强度不同、植被和天气变化都会导致目标检测所需的背景建模困难，提取出来的运动目标往往包含云影、树荫、车辆、彩带和气球等非烟火目标，这些运动目标在视频检测时极易发生误报警信号。因此需要一种新的输电线路走廊烟火识别技术，可以对输电线路走廊内烟火进行实时检测，以便针对输电线路进行安全性防护和管理，为输电线路安全运行提供保障。
技术实现思路
为了实现全天候实时在线的输电线路走廊烟火检测，本专利技术提供一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统及方法，该系统供电依靠从输电线路感应卡环取电装置，并有一个带有充放电控制电路的锂电池蓄能系统。系统检测结果的输出通过GSM模块实现。为了避免单一传感器的灵敏度低或者误报警高，本专利技术采用三种共7个传感器，将传感器检测结果经过多传感器数据融合算法得到报警输出。本专利技术采取的技术方案为：一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统，包括感应卡环取电装置、传感器模组电路板、嵌入式计算机系统，所述感应卡环取电装置包括卡环、锂电池、充放电控制电路；卡环感应从线路上取电，卡环输出连接充放电控制电路，充放电控制电路的输出端连接锂电池；当卡环取电电能充足时，充放电控制电路将多余电能存储在锂电池中，当卡环取电不足时，充放电控制电路控制锂电池对外供电。所述传感器模组电路板包括3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器、1个烟雾报警传感器；传感器模组电路板3连接嵌入式计算机系统，嵌入式计算机系统连接GSM短信模块。所述3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器的检测方向，指向线路下方的走廊。所述嵌入式计算机系统的电路板上集成有无线通讯模块。本专利技术一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统及方法，有效效果在于：1)实现了无源无线无人值守的实时在线输电线路走廊烟火检测；2)本专利技术方法采用了三种共7个传感器，避免了单一传感器的灵敏度低或者误报警率高；3)使用结构简单的嵌入式系统，并且使用了卡环取电装置，节约数据通讯流量和成本。附图说明图1是本专利技术的系统结构图。图2是本专利技术的嵌入式系统的硬件结构图。图3是本专利技术的嵌入式系统应用软件设计流程图。图4是本专利技术的多传感器融合算法设计实现线路走廊的烟火判定和预警原理图。图5是本专利技术的监测装置和输电线路位置关系图。图6是本专利技术的传感器的位置视图。具体实施方式如图1、图4所示，一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统，包括感应卡环取电装置、传感器模组电路板、嵌入式计算机系统。所述感应卡环取电装置包括卡环、锂电池、充放电控制电路；卡环感应从线路上取电，卡环输出连接充放电控制电路，充放电控制电路的输出端连接锂电池；当卡环取电电能充足时，充放电控制电路将多余电能存储在锂电池中，当卡环取电不足时，充放电控制电路控制锂电池对外供电。本专利技术整个系统都由感应卡环取电装置供电。如图1所示，感应卡环取电装置的工作原理是：当电流大于30A时取电的功率不小于6W，不需要提供额外的供电电源，节约成本。还采用了一定容量的锂电池和充放电控制电路，实现当线路电流不足以提供电能时，该供电系统可维持低功耗模式时的10天运行供电，形成电源变换与保护电路。如图1所示，所述传感器模组电路板包括3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器、1个烟雾报警传感器；传感器模组电路板3连接嵌入式计算机系统，嵌入式计算机系统连接GSM短信模块。传感器将采集到的光信号、温度信号转换成电信号，便于后面的处理，且用3种不同种类的传感器，对烟雾进行全面的监测，以免出现误判。传感器模组电路板的使用：本专利技术使用了三种共7个传感器，包括日盲紫外线传感器、红外温度传感器和烟雾气体传感器。紫外线传感器是利用光敏元件将紫外线信号转换为电信号的传感器；红外温度传感器利用辐射热效应，使探测器件接收辐射能后引起温度升高，进而使传感器中一栏与温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射；烟雾气体传感器可以检测烟雾浓度。用这三种不同种类的传感器，可以对烟雾的各个方面实现检测，避免由单一传感器所引起的误判。多传感器数据融合算法：利用多个传感器所获取的关于对象和环境全面、完整的信息，将每一目标各传感器数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述，在本专利技术中可以用该方法判断输电线路走廊内是否有烟火。如图4所示，对于传感器采集到的信号，将使用多传感器数据融合的方法对所有传感器采集到的信号进行分析。多传感器数据融合(DataFusion)或多传感器情报融合(InformationFusion)是多谱传感器系统的一项核心技术，它不同于一般型号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。多传感器数据融合的定义可以概括为把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层融合、特征层融合、决策层融合。由于多传感器数据融合比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外，已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。本文以置信距离测度作为数据融合的融合度,利用置信矩阵、关系矩阵得到多传感器的最佳融合数,以Bayes估计理论为基础得到多传感器最优融合数据；多传感器数据融合的原理包括：1)、N个不同类型的传感器(有源或无源的)收集观测目标的数据；2)、对传感器的输出数据(离散的或连续的时间函数数据、输出矢量、成像数据或一个直接的属性说明)进行特征提取的变换，提取代表观测数据的特征矢量Yi；3)、对特征矢量Yi进行模式识别处理。如聚类算法，自适应神经网络或其他能将矢量Yi变换成目标属性判决的统计模式识别法等，完成各传感器关于目标的说明；4)、将各传感器关于目标的说明数据按同一目标进行分组，即关联；5)、利用融合算法将每一目标各传感器数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。本专利技术利用基于Bayes估计的多传感器数据融合的方法，对多传感器数据进行融合，主要由以下步骤：步骤(1)：置信距离测度、置信距离矩阵及最佳融合数的确定：多传感器测量同一指标参数时，设第i个传感器和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统，包括感应卡环取电装置、传感器模组电路板、嵌入式计算机系统，其特征在于：所述感应卡环取电装置包括卡环、锂电池、充放电控制电路；卡环感应从线路上取电，卡环输出连接充放电控制电路，充放电控制电路的输出端连接锂电池；当卡环取电电能充足时，充放电控制电路将多余电能存储在锂电池中，当卡环取电不足时，充放电控制电路控制锂电池对外供电；所述传感器模组电路板包括3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器、1个烟雾报警传感器；传感器模组电路板连接嵌入式计算机系统，嵌入式计算机系统连接GSM短信模块。

【技术特征摘要】
1.一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统，包括感应卡环取电装置、传感器模组电路板、嵌入式计算机系统，其特征在于：所述感应卡环取电装置包括卡环、锂电池、充放电控制电路；卡环感应从线路上取电，卡环输出连接充放电控制电路，充放电控制电路的输出端连接锂电池；当卡环取电电能充足时，充放电控制电路将多余电能存储在锂电池中，当卡环取电不足时，充放电控制电路控制锂电池对外供电；所述传感器模组电路板包括3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器、1个烟雾报警传感器；传感器模组电路板连接嵌入式计算机系统，嵌入式计算机系统连接GSM短信模块。2.根据权利要求1所述一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统，其特征在于：所述3个日盲紫外线传感器、3个红外传感器的检测方向，指向线路下方的走廊。3.根据权利要求1所述一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别系统，其特征在于：所述嵌入式计算机系统的电路板上集成有无线通讯模块。4.一种多传感器数据融合的输电线路走廊烟火识别方法，其特征在于包含以下步骤：1)、嵌入式计算机系统依次采集各个传感器数据；2)、将数据进行初步的分析判断后进行数据融合算法，从而得出是否有烟火的结果输出；3)、如果检测计算结果烟火有烟火报警时，嵌入式计算机系统自动发送短信至相关运行人员手机上和监控中心的服务器上。5.基于Bayes估计的多传感器数据融合的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、置信距离测度、置信距离矩阵及最佳融合数的确定：多传感器测量同一指标参数时，设第i个传感器和第j个传感器测得的数据为Xi、Xj，其中Xi和Xj都服从正态分布，以他们的pdf曲线作为传感器的特征函数，记成Pi(x)、Pj(x)，xi、xj为Xi、Xj的一次观测值(读数)；为反映xi、xj之间的偏差大小，引进置信距离测度，设式中，其中，dij的值称为第i个传感器与第j个传感器读数的置信距离测度，dij的值越小，i、j两个传感器的观测值越相近，否则偏差就很大，因此也称dij为i、j两个传感器的融合度；dij的值可借助于误差函数erf(θ)直接求得；误差函数为又已知，若有m个传感器测量同一指标参数，置信距离测度dij(i,j＝1,2,…,m)构成一个矩阵Dm；Dm称为多传感器数据的置信距离矩阵；用多传感器从不同的方法测量同一参数时，根据经验或多次试验的结果，给出dij的界线值βij(i,j＝1,2,…,m)，设：

【专利技术属性】
技术研发人员：肖洒，陈黎，肖亚平，黄旦莉，汤迎春，谢敬龙，任乔林，朱黎黎，
申请(专利权)人：国网湖北省电力公司孝感供电公司，国家电网公司，三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42