[發明專利]基于隨機森林算法的帶電作業防護帽

在審

• 申請號: 202010844921.1
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111965652A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 張洪達;劉賀千;李琳;張德文;孫巍;蘭森;李國興;許敏虎;梁建權;陳世玉;王悅;孔繁榮;張可心;張朋;尚書磊;申昱博;趙翔宇
• 申請（專利權）人: 國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08;G01S7/539;G01R19/155;A42B1/24;A42B1/08;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 于歌

基于隨機森林算法的帶電作業防護帽，涉及電網帶電作業安全工器具領域。本發明是為了解決現有電力系統檢修工作中，僅依靠工作員人經驗來控制人員與設備的安全距離，存在極大安全隱患的問題。本發明所述的基于隨機森林算法的帶電作業防護帽通過提取超聲回波信號的時域和頻域信息特征，利用隨機森林算法判別出障礙物的個數并求出目標距離。本發明還能夠在現場對臨近帶電體作業設備告警，準確地測量出檢修人員與帶電體之間的距離，并在測量距離小于安全距離時能夠及時發出警報。

技術領域

本發明屬于電網帶電作業安全工器具領域。

背景技術

在電力系統的日常維護檢修中，經常需要進行臨近帶電檢修工作。為使檢修工作能夠順利安全完成，相關規范中規定了各種等級線路帶電作業的安全距離。目前，在帶電作業中缺少精確測距提示裝置，因此在檢修時的安全距離主要依靠工作人員觀察控制。這種憑借經驗估計安全距離的方法，會受到現場復雜環境中非確定因素的影響，導致安全距離判斷錯誤，不能達到精確測距的要求，使工作人員或輔助設備與高壓帶電設備的距離過小，帶來極大的安全隱患。

發明內容

本發明是為了解決現有電力系統檢修工作中，僅依靠工作員人經驗來控制人員與設備的安全距離，存在極大安全隱患的問題，現提供基于隨機森林算法的帶電作業防護帽。

基于隨機森林算法的帶電作業防護帽，包括防護帽本體、以及嵌固在防護帽內帽體和外帽體之間的感應驗電模塊和超聲測距模塊；

感應驗電模塊包括：信號感應電路、放大濾波電路、整流電路和檢測電路，信號感應電路用于感應當前環境的電磁場強度、并將磁場強度轉換為電壓信號，信號感應電路的電壓信號輸出端連接放大濾波電路的電壓信號輸入端，放大濾波電路的電壓信號輸出端連接整流電路的電壓信號輸入端，整流電路的電壓信號輸出端連接檢測電路的電壓信號輸入端；

超聲測距模塊包括：FPGA、發射驅動電路、發射探頭、接收探頭、接收放大電路和A/D轉換電路，FPGA的發射信號輸出端連接發射驅動電路的發射信號輸入端，發射驅動電路的驅動信號輸入端連接發射探頭的驅動信號輸入端，發射探頭在接到驅動信號之后發出超聲波，接收探頭接收超聲波回波、并將超聲波信號轉換為電信號，接收探頭的電信號輸出端連接接收放大電路的電信號輸入端，接收放大電路的放大信號輸出端連接A/D轉換電路的模擬信號輸入端，A/D轉換電路的數字信號輸出端連接FPGA的信號存儲端，FPGA的頻率控制信號輸出端連接A/D轉換電路的頻率控制信號輸入端；

FPGA內包括以下軟件實現的單元：

存儲單元：用于存儲A/D轉換電路存入的數字信號，

控制單元：用于向A/D轉換電路發送寫入頻率控制信號，

發射單元：用于向發射驅動電路發送驅動信號，

NiosII處理器：

提取存儲單元存入的所有數字信號的特征值，并對每個數字信號對應時間內是否存在障礙物進行標記，將所有數字信號的特征值作為輸入信號，將所有數字信號的障礙物標記作為輸出信號，利用隨機森林算法進行訓練獲得隨機森林分類器，

提取存儲單元當前時刻存入的數字信號S的特征值，將數字信號S的特征值輸入到隨機森林分類器中，獲得數字信號S對應的障礙物標記，

當數字信號S對應時間內存在障礙物標記時，利用數字信號S中電壓最大值所對應的時間t計算障礙物的距離d＝0.5vt，其中v為發射波速度。

上述感應驗電模塊還包括報警電路，檢測電路的電壓信號輸出端連接報警電路的電壓信號輸入端。

上述超聲測距模塊還包括：溫度傳感器和顯示器，FPGA內還包括：顯示單元和測溫單元，溫度傳感器用于采集前方障礙物的溫度，并將障礙物溫度通過測溫單元發送至NiosII處理器，NiosII處理器將障礙物的距離通過顯示單元發送至顯示器。