本发明专利技术涉及一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置及其预警方法；利用温湿度传感器、风速传感器和穿戴式加速度传感器，实时监测环境条件和运维人员的攀爬速度，将监测的数据实时传输至控制模块，通过搭建和训练的BP神经网络，对信息进行分析，预判出此时是否存在危险，若存在危险，报警模块实时发出危险警示。当运维人员发生脚滑、踏空等意外情况开始坠落时，无线重力传感器检测到异常信号时，将信息传输至控制模块，控制模块立即发送信号给驱动电机使卷扬机立即停止转动，迅速将安全绳卡紧，防止运维人员坠落。该装置实现了攀爬前的安全评估、攀爬过程中的安全预警及攀爬过程中的防坠落，全方位、全过程的保障运维人员的人身安全。
【技术实现步骤摘要】
基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置及其预警方法
本专利技术涉及一种防坠落装置及预警方法，更具体地，涉及一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置及其预警方法。
技术介绍
目前，变电站构架工作现场包含大量的高空作业，运维人员需通过构架爬梯登上构架横担进行高处检修作业。运维人员在攀爬过程中可能因作业气象条件、攀爬速度过快等面临着坠落的风险。为避免高空坠落事故的发生，在攀爬前需对当地气象条件进行实时监测判断符不符合高处作业的要求，同时在攀爬过程中需实时监测运维人员的攀爬速度，防止攀爬速度过快，手脚打滑发生高空坠落事故。目前常使用的防坠落工具为保护绳和双钩保护防坠落工具等，传统的防坠落工具结构较复杂、体积笨重、智能化程度低，不能实时监测高空作业的气象条件和运维人员的攀爬速度，在不利的气象条件和攀爬速度过快的情况下，不能及时发出预警信息，提示运维人员注意安全。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置及其预警方法，能够有效预防操作人员高空作业时发生坠落，提高高空作业的安全性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，包括箱体和设于箱体内的蓄电池、控制模块、驱动电机、电动卷扬机；所述的控制模块分别与驱动电机和蓄电池电性连接，驱动电机与电动卷扬机电性连接，在所述的卷扬机的转轴上缠绕有安全绳，安全绳的一端与转轴固定连接，另一端设有安全挂钩，在安全挂钩上设有无线重力传感器，所述的无线重力传感器与控制模块无线连接。重力监测模块安装在安全挂钩上，将检测到的信号传输至控制模块，控制模块控制驱动电机的启、停以及正反转，驱动电机驱动电动卷扬机启、停以及升降，从而实现安全绳的升降。在使用时，将安全挂钩挂接在操作人员穿的安全背带上的安全挂环上，操作人员正常攀爬的过程中，电动卷扬机根据攀爬高度控制安全绳的长度，当操作人员发生坠落时，电动卷扬机停止转动，通过安全绳将操作人员拉住，避免其高空坠落。操作人员只需穿上安全背带即可，无需携带其他安全工具，有效减轻了操作人员的工作压力。进一步的，还包括设于箱体上的温湿度传感器和风速传感器，以及用于穿戴于用户身上的穿戴式加速度传感器；所述的温湿度传感器、风速传感器、穿戴式加速度传感器均与控制模块无线连接。温湿度传感器、风速传感器实时监测当地的气象信息，并把监测的信息通过无线传输模块传给控制模块；可穿戴式加速度传感器佩戴在运维人员的身上，实时监测运维人员攀爬速度，并将监测信息通过无线传输模块传送给控制模块。控制模块接收来自无线传输模块的信息，通过搭建和训练深度神经网络，对各项监测信息进行实时分析，判断出不适宜高处作业的气象条件及危险的攀爬速度，并把判断结果反馈给无线传输模块。进一步的，还设有报警模块，所述的报警模块与控制模块电性连接。语音报警模块通过无线传输模块与控制模块连接，通过无线传输模块接收并响应来自控制模块的反馈信息并发出相应的语音警示。进一步的，所述的箱体顶部设有光伏板和风力发电机，所述的蓄电池分别与光伏板和风力发电机电性连接。光伏板和风力发电机将太阳能、风能转化为电能储存在蓄电池中，蓄电池为整个系统提供电能。进一步的，所述的箱体底部设有圆孔，所述的安全绳和安全挂钩可穿过圆孔至箱体外部；所述的箱体底部还设有安装支架，在安装支架上设有螺栓孔，螺栓孔内设有螺栓；所述的箱体底部设有LED灯，LED灯与控制模块(3)电性连接。在使用过程中，安全挂钩和安全绳穿过圆孔至箱体外，当不需要使用时，可将安全绳和安全挂钩收至箱体内部，避免安全挂钩和安全绳日晒雨淋而影响其使用寿命。通过安装支架将箱体固定在变电站构架的顶部，通过螺栓安装，操作简单方便；无需对现有的变电站构架做出改变，只需要在构架上打上螺栓孔即可。LED灯可为运维人员夜间攀爬构架爬梯提供照明。进一步的，还设有控制面板，所述的控制面板与控制模块电性连接；在控制面板上设有开关按钮、升降速度按钮以及显示屏。控制面板可以设置在变电站便于人员操作的位置，在地面的操作人员可以实时根据攀爬人员的状态进行控制防坠落系统，可手动调节电动卷扬机的启停及安全绳的升降速度。进一步的，所述的控制模块为STM32型单片机。进一步的，所述的安全挂钩上设有用于防止挂钩松开的锁紧装置。通过锁紧装置防止安全挂钩从安全带挂环上脱落，有效保证运维人员的人身安全。在专利技术中，运维人员在开始攀爬构架爬梯前，通过操作控制面板，将安全绳降落到地面，并将安全挂钩勾住运维人员安全带背后的安全挂环，并在控制面板上设置合适的安全绳的上升速度，使安全绳处于松弛状态，不影响运维人员攀爬构架爬梯，运维人员在攀爬过程中可随时通过控制面板启停卷扬机、调节安全绳的上升速度。当运维人员发生脚滑、踏空等意外情况开始坠落时，重力监测模块检测到异常信号，并将信号传输至控制模块，控制模块发送信号给驱动电机使卷扬机立即停止转动，迅速将安全绳卡紧，防止运维人员坠落，运维人员可通过控制面板将安全绳降落，使自己安全降落到地面。当运维人员登上构架进行高处作业时，安全绳上的安全挂钩与运维人员安全带背后的挂环可靠连接，使运维人员在作业过程中始终处于安全保护中。本专利技术不仅具有设计合理、安装简便、节能环保和实用性强等优点，而且操作使用简单，自动化程度高，能全过程保障运维人员的人身安全。本专利技术利用太阳能和风能为电源充电，不需要额外消耗能源，不仅具有设计合理、节能环保和实用性强等优点，而且操作使用简单自动化程度高，能及时安全有效的保证运维人员的人身安全。此外，该系统不局限于对变电站构架爬梯起到防坠落作用，还适用于其它电杆、铁搭的登高作业，应用范围广泛。本专利技术还提供一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落预警方法，包括以下步骤：S1.控制模块构建和训练BP神经网络，利用历史的温湿度、风速数据以及运维人员攀爬速度数据对神经网络进行训练学习，并根据登高作业安全技术规范将气象数据和攀爬速度归类为无危险和存在危险；S2.通过温湿度传感器、风速传感器、穿戴式加速度传感器实时监测当地气象条件和运维人员的攀爬速度，并将采集的数据实时通过无线传输模块传输至控制模块；S3.控制模块利用S1步骤所训练好的BP神经网络对传输过来的数据进行实时分析，判断有无危险性，若无危险，则不做处理继续利用防坠落装置保证运维人员的安全，若有危险，则控制模块通过无线传输模块将信号发送给报警模块，报警模块实时发出危险警示，提醒运维人员此时的气象条件不适宜高处作业；一旦运维人员在攀爬过程中攀爬速度过快，报警模块发出警示提醒运维人员注意安全，降低攀爬速度。进一步的，所述的S1步骤中搭建和训练BP神经网络的步骤具体包括：S11.搭建BP神经网络，对BP神经网络进行初始化设置，包括设置神经网络的输入层、隐含层、输出层的节点个数，给wij、vjt和阀值θj随机赋值；将历史的温度、湿度、风速、运维人员的攀爬速度作为神经网络的训练样本，并对训练样本数据进行归一化处理，具体公式如下：式中，为归一化后的数值，xi为归一化前的数值，xmin和xmax分别为输入数据的最小值和最大值；S12.计算BP神经网络中隐含层节点的输入uj和输出hj，计算公式为：式中，xi为当时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，包括箱体(1)和设于箱体(1)内的蓄电池(2)、控制模块(3)、驱动电机(4)、电动卷扬机(5)；所述的控制模块(3)分别与驱动电机(4)和蓄电池(2)电性连接，驱动电机(4)与电动卷扬机(5)电性连接，在所述的卷扬机的转轴上缠绕有安全绳(6)，安全绳(6)的一端与转轴固定连接，另一端设有安全挂钩(7)，在安全挂钩(7)上设有无线重力传感器，所述的无线重力传感器与控制模块(3)无线连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，包括箱体(1)和设于箱体(1)内的蓄电池(2)、控制模块(3)、驱动电机(4)、电动卷扬机(5)；所述的控制模块(3)分别与驱动电机(4)和蓄电池(2)电性连接，驱动电机(4)与电动卷扬机(5)电性连接，在所述的卷扬机的转轴上缠绕有安全绳(6)，安全绳(6)的一端与转轴固定连接，另一端设有安全挂钩(7)，在安全挂钩(7)上设有无线重力传感器，所述的无线重力传感器与控制模块(3)无线连接。2.根据权利要求1所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，还包括设于箱体(1)上的温湿度传感器和风速传感器，以及用于穿戴于用户身上的穿戴式加速度传感器；所述的温湿度传感器、风速传感器、穿戴式加速度传感器均与控制模块(3)无线连接。3.根据权利要求2所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，还设有报警模块，所述的报警模块与控制模块(3)电性连接。4.根据权利要求3所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，所述的箱体(1)顶部设有光伏板(8)和风力发电机(9)，所述的蓄电池(2)分别与光伏板(8)和风力发电机(9)电性连接。5.根据权利要求3所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，所述的箱体(1)底部设有圆孔(10)，所述的安全绳(6)和安全挂钩(7)可穿过圆孔(10)至箱体(1)外部；所述的箱体(1)底部还设有安装支架(11)，在安装支架(11)上设有螺栓孔，螺栓孔内设有螺栓；所述的箱体(1)底部设有LED灯(12)，LED灯(12)与控制模块(3)(3)电性连接。6.根据权利要求1至5任一项所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，还设有控制面板(13)，所述的控制面板(13)与控制模块(3)电性连接；在控制面板(13)上设有开关按钮(14)、升降速度按钮(15)以及显示屏(16)。7.根据权利要求6所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，所述的控制模块(3)为STM32型单片机。8.根据权利要求6所述的一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落装置，其特征在于，所述的安全挂钩(7)上设有用于防止挂钩松开的锁紧装置。9.一种基于BP神经网络的变电站构架爬梯的防坠落预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.控制模...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓斌，文洪兵，关华深，赵侠，夏斌，曾远，刘宝军，王建宏，李子新，梁祖鸿，马炳健，李保国，肖琪，景行，胡威，关俊峰，姚攀，郑日平，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司江门供电局，
类型：发明
国别省市：广东,44
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