定位融合技术的变电站作业现场安全管控系统的研究

定位融合技术的变电站作业现场安全管控系统的研究

冯俊杰 高磊 李征宇

国网山西省电力公司检修分公司 山西太原 030026

摘要：本文介绍了定位融合技术在电力系统的安全、稳定运行当中，发挥着重要作用。通过智能化变电站辅助系统综合监控平台，通过空间定位融合技术，实现对进入变电站到处变电站整个过程的全方实时监控，从而实现变电站作业现场安全管控，有效的保证人员安全。

关键词：空间定位技术；变电站安全管控；变电站现场安全作业

定位技术指在某确定环境下某一时刻待定位移动终端在某种参考坐标系中的具体位置。

目前定位技术主要有：1）手机基站网位络定位2）无线WIFI定位；3）蓝牙定位；4）RFID技术定位；5）超宽带（UltraWideBand,UWB）技术定位。无线定位技术的发展和应用技术到目前已经有了很大的发展。

在变电站作业现场安全管控系统中，利用无线定位技术，可通过影像数据采集分析仪、智能相机和全方位智能云台影像数据采集分析仪设备，对变电站内的未戴安全帽、未穿红马甲、违章登高等典型的作业违章现象进行自动识别，通过视频识别进行人数统计，对车牌进行识别，实现变电站作业现场的安全管控

1变电站内作业安全管控存在问题

2010年，国家电网公司颁布了智能化变电站建设技术导则，明确了智能化变电站辅助系统综合监控平台的建设要求和技术标准。但是，在实际应用过程中，针对变电站内作业安全管控方面，仍不能完全满足电力运维的实际需求，主要体现在：

1.1作业人员作业安全缺乏监控

人员安全事故时有发生，究其原因绝大部分是作业人员由于各种原因，无意间靠近了高压带电设备或者是进入了非作业带电区，导致发生了人员安全事故。另外人员安全事故的发生，也会给设备正常运行带来很多不确定的风险。

1.2作业人员违章缺乏警示

电站内作业人员的违章行为，还是靠人在现场监督或者通过远程视频人眼去发现违章行为。通过现场监督或远程视频监督，都会由于监督人员的限制导致漏看，不能及时有效的发现违章行为。另外此方式效率低，且成本极高。

1.3变电站场内缺乏智能化有效管控

目前国内外变电站对于进入变电站及在变电站内的运行轨迹，再到出变电站整个过程都没有进行有效的监管。不利于对可能出现的违章行为进行预警，也不能为后续发生事故后的调查取证。

2 UWB定位技术在变电站的运用原理

UWB定位是一种新型的无线通信技术。该技术采用TDOA(到达时间差原理)，利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站的距离差。UWB定位系统包括UWB接收器、UWB参考标签与活动UWB标签。在定位过程中，UWB接收器接收由标签发送的UWB信号。通过过滤电磁波传输过程中的各种噪声干扰，得到有效信息的信号，然后由中央处理器进行测距定位计算和分析。采用UWB人员定位技术，实现作业人员靠近带电高压设备，进入非作业区等行为进行预警提示，另外还实现对作业人员的运动轨迹进行全范围实时跟踪监控。

基于UWB人员定位技术系统包括以下几个部分组成：变电站作业人员携带的标签卡、变电站内设置的基站以及进行数据处理的上位机。

标签与多个基站分别测距，基站得到数据后统一汇总到一个总基站，总基站通过串口将同一时刻多基站与标签的距离值输出到上位机。由上位机端处理数据，进而结合多点定位算法，实现标签简单定位。

3空间定位和视觉感知技术融合在变电站的运用

视觉感知和空间定位的融合技术，两个互补，发挥出最大优势，实现更加精确的定位，更准确的行为判断。本文所述的变电站作业现场安全管控系统，利用影像数据采集分析仪、智能相机和全方位智能云台影像数据采集分析仪设备，对变电站内的未戴安全帽、未穿红马甲、违章登高等典型的作业违章现象进行自动识别，通过视频识别进行人数统计，对车牌进行识别，实现变电站作业现场的安全管控。

该系统实现对站内人员状态图像、人员出入信息、车辆进出信息等的采集，并将相关信息上传到电网统一采集平台。

系统将建立一套建模与分析算法，有效利用现有数据信息，构建大数据架构进行态势建模分析。通过历史数据、感知和感应，利用态势建模算法对未来态势进行预测和可视化管理。比如当运维人员违章登高时，可自动告警，确保安全可靠运行。

4定位融合技术功能设计

每个变电站主要包括三大系统：一次设备、二次及保护系统、辅助系统。辅助系统包括：视频、安防、消防、工业环境、门禁等各类子系统。辅助综合监控系统可以对变电站安装的各类子系统进行综合管理和配置，可以设置各子系统之间的报警联动关系，同时将各个子系统的遥信（报警信号、状态信号等）、遥测、遥视、遥控等实时信息上传监控中心。是变电站各类辅助综合监控系统。站端综合监测单元SMU可以接收测量IED、控制IED、消防IED、安防IED、智能分析IED设备的信号，获取前端设备的实时状态，及下发控制指令。辅助综合监控主机接收DVR\NVR的设备视频及音频信息，同时可以下发指令进行视频画面的智能分析。变电站所有辅助系统都接入变电站多维智能远程巡检信息平台的控制主机，实现对辅助系统的统一管理。

4.1系统功能

结合移动侦测技术手段，综合作业人员、作业区域、作业流程安全规范，采用可移动式作业管控策略，通过视觉感知与空间定位融合技术实现作业人员接近高压设备时的直观警示，实现对作业人员的违章行为分析和判断，实现管理人员远程实时管控和告警。系统对变电站周界采用预先划定区域的方式进行，一旦有人越界就会智能报警。对变电站围栏区域越界识别包含周界的识别以及人员闯入的识别，系统提供人员闯入位置及其在划定区域内的位置图，清晰直观展示出越界位置。

4.2监控作业行为

⑴穿戴识别：通过基于深度学习的视觉感知技术，自动识别是否穿戴安全帽、红马甲。⑵越界识别：通过视觉感知和空间定位融合技术，自动识别班组人员是否越界工作（跨越围栏、误入其它间隔、误入其它房间等）；⑶登高识别：自动识别作业区域是否存在登高行为；⑷安全距离识别：自动识别作业人员与高压带电设备之间是否保持安全距离；⑸关键工序管理：执行作业票中关键工序的操作时，自动提醒管理人员，实现远程监控。

4.3监控作业程序

⑴智能登记及车牌识别

实现了通过刷身份证或工作证进行进出变电站的智能登记，同时对进出变电站车牌自动识别，并自动关联进出站记录，从而实现无人值守变电站的人员、车辆进出变电站数据化管理。

⑵工作票远程视频许可

将《安规》要求的电话许可可视化，在子站配置远程视频许可一体机，通过远程视频许可，对现场工作负责人及工作人员身份、数量进行验证，实现对无人值守变电站现场工作的有效安全管控。

⑶变电站“一匙通”远程授权

实现了变电站钥匙的精细化管理。将一匙通钥匙远程授权功能集成到辅助综合监控系统中，依据工作票的工作地点、工作时间进行远方授权，并支持用户信息和动态码两种授权方式防止作业人员误入间隔、误碰设备。

5结论

项目技术成果的推广可用于运检、安监人员对变电站作业现场的安全管控，可对变电站内现场作业人员全方位实时监控，可对未戴安全帽、未穿红马甲等典型的违章行为进行实时告警，对作业人员靠近高压带电设备、进入非作业带电区进行实时预警，避免作业人员安全事故的发生，提高巡检、安监工作效率和质量，将极大的提高变电站安全生产水平。

参考文献：

[1] 变电站视觉感知可视化系统应用研究[D].崔大铭.昆明理工大学.2018

[2] 变电站施工现场安全管理的关键因素[J].禹波.通讯世界.2019-05-21

[3] 变电站施工现场安全管理的关键因素探究[J].陈晶.现代物业(中旬刊).2018-08-15

[4] 一种基于UWB的变电站运维人员定位系统[J].孙海渤; 阮爱民; 魏刚; 焦良葆.信息化研究 2018-12-20