电力作业智能辅助装置的研究

张 显 王正波 沈 毅 张 涛 徐开放

（国网安徽省电力有限公司淮北供电公司）

0 引言

对于电力作业智能辅助装置，通过对市场上可摄像的眼镜（或安全帽）进行调查，发现品种较多。而蓝牙、will的无线传输技术在当下也比较成熟。美国的google眼镜还可以上网，所以设想完全是可以实现的。其创新点有：①该装置在带电的情况下，不会受电场中的电磁干扰，影响正常工作；②具备多种功能的硬件设备集成在智能辅助安全帽上，集成多种功能的装置体积和重量满足一个正常人的承受范围；③智能辅助安全帽装置的动力是通过电池供给，电池的续航能力可达12小时以上。④塔上作业的智能辅助安全帽装置与指挥平台通过WIFI传输，最大传输距离可达200m。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

在提出具体的研制方案前，我们首先要整理出选用的摄像、拍照装置，在电场是否不被电磁干扰？所有功能集成到护目镜（或安全帽）上，其重量是否在人员的承受范围内？数据的传输是否达到要求？考虑到有些作业人员本身就带了近视眼镜，就无法再佩带护目镜了。另外，没有带过眼镜的人员作业时再佩带护目镜也不习惯，而带电作业时少不了需佩带安全帽，所以最终选择将摄像头安装在安全帽上，满足我们研制的具有拍照、摄像、通话、防护，作业人员佩戴装置在塔上正常进行工作，装置上的摄像头利用蓝牙传输实时地将图像传输到地面的平板电脑上，地面的监护人员就能清楚、直观地看到所有动作，通过装置上的通话功能沟通。而地面的老师傅也可通过装置对其进行有针对性的指导。拍摄的影像可作为后期培训的资料对新进人员进行培训。该装置的拍照功能也只需作业人员一只手操作，大大提高了作业的安全性和便利。

1.2 实施方案一

如图1、图2、图3所示，本项目提供了一种电力作业辅助装置，包括安全帽，还包括设置于安全帽上的视觉检测组件以及防护组件。

如图4、图5所示，安全帽包括帽体1、减振防护带2，帽体1前侧设有帽檐，帽檐下方两侧设置有用于连接防护组件的第一连接槽1a，帽体1上设有用于连接减振防护带2的第二连接槽1b；第一连接槽1a朝向帽体中心的方向设置窗口1c，窗口1c的两侧设有卡槽1d；本实施例中安全帽可以是通过改造原有的安全帽也可以单独加工制作，安全帽的形态可以根据作业需求以及标准规范对主体结构进行设计，前述连接槽等结构可以单独加工，并不影响安全帽的现有结构和功能，因此能够应用到各类工作场合，很容易推广。

如图4、图5、图6所示，防护组件包括设置在帽檐下方的护目镜4，用于连接护目镜与帽体的第一连接件5，护目镜4包括镜片和镜框，镜框的两侧向上方延伸形成插接头4a，插接头4a朝向帽体中心的方向设置有第一卡条4b；由于在本实用新型中需要使用紫外线来完成探伤等检测任务，为避免反射的紫外线对作业人员的眼部带来不利影响，因此需要配置防护眼镜，同时还可以根据实际需求，对防护眼镜的镜片进行渐变色设计，以使其在高光照的环境下降低光照强度，降低对眼部的损害。如图5所示，第一连接件5嵌设在窗口1c中，第一连接件5的两侧设置有可卡在卡槽1d中的第二卡条5a；第一连接件5的中部设有空窗，空窗两侧设有可与第一可调4b契合的连接条5d；空窗内设有推舌5b，推舌5b由下向上延伸，推舌5b顶端设有挤压部5c；挤压部用于在拆卸式挤压插接头使其与帽体脱离以便于根据需要进行配置使用，还可以在挤压头的背侧设置凸出按钮以便于操作。

视觉检测组件包括固定连接在帽体1前侧的固定板3、安装在固定板3上的安装座6、安装座6朝向帽檐的方向设有安装筒6a，安装筒6a内部设有光源板7，安装筒6a的顶部开口处嵌设有可拆卸式镜片8；光源板上嵌设有三基色LED阵列以及紫外线灯管。

1.3 实施例二

如图7、图8所示，在前述结构的基础之上，考虑到实际使用过程中，还可能涉及到更多类型的线缆以及更多种颜色的标识方案，在进一步改进的实施中，我们还可以在安装筒6a内部设置有LED控制器，可充电源通过LED控制器分别与三基色LED阵列连接以控制光线颜色。使用LED控制器我们可以利用三基色LED实现任意类型的光源合成，进而实现更多类型颜色的设备、线缆或管路的涮查辨识。

需要注意到的是，在实际使用过程中为了实现任意类型的光照合成，每个LED光源块中相互间隔设置有多个三基色的LED，以使三基色能够有效组合，图8中的LED排列方式以及数目仅用于示例而非限制，根据实际需要，三基色LED的数目和排列方案可以自由设计，还可以将三基色LED进行封装后组合成为可变色的独立LED光源以便于加工制造。

需要指出的是，本实用新型中的LED在同时亮起的时候作为普通的照明灯进行使用，在需要时，也可以利用紫外线光源对线缆或结构内部的虫害、霉变位置进行杀菌消毒等无害化处理。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

安装筒6a内部还设置有便携式可充电源，安装筒6a外套设有旋转式多档开关7，可充电源通过多档开关分别与三基色LED阵列和紫外线灯管电连接。还包括设置在护目镜上的微型摄像头。紫外灯用于在作业过程中进行线路或结构损害的检查测试，配置微型摄像头，能够在作业过程中进行实时数据的采集拍摄。

基于前述结构，在使用过程中，我们可以利用有色光照射同色物体和异色物品的不同反射效果来实现快速分辨涮选，例如采用红色光照射线缆的时候，其中红色的火线将会被突出显示，颜色更加鲜红明亮，而其他颜色均会显示成黑色或者具有近似外观（目视）的深色，进而可以快速找到红色线缆及其路径，三基色是应用最广泛且具有最高辨识度的颜色，也是各类线缆管路常用的基础颜色，因此通过设置三基色LED并通过控制不同演的LED发射三种颜色，设置在安装筒上的多档开关可以便捷的控制LED灯组的颜色类型，实现不同颜色线缆的分辨。

2 试验过程与结果

经过我公司技术人员努力及武汉欣泰宇电力电子科技有限公司的配合，此次我们共研究开发了一套电力作业智能辅助装置。该装置是一个集视频采集、实时压缩、网络传输（有线或无线）等功能为一体的嵌入式设备，设备接通电源之后就可以独立工作，它先把采集的视频图像经H.264算法进行压缩编码，然后将压缩后的视频数据通过高速无线通讯网进行传输，工作指导人员可以通过客户端监控软件登录媒体服务器进行实时视频浏览、监控、管理、决策和判断，了解作业程序及操作方法是否安全正确，并及时通过语音功能图进行实时沟通。实验结果分析如下：

（1）监控点可随作业人员自由移动，无需受到有线移动的束缚。该装置的监控点主要设在电力作业人员常用的安全帽上。安全帽是每个电力作业人员必备的安全工具之一。安全帽随人员移动，监控点随安全帽移动。因此这种监控点的选择非常灵活，不必担心受到束缚。

（2）监控点可以灵活增减，数量不受限制。电力作业参与的人数往往取决于工作量的多少。并不是每次参与作业的人数都是相同的。因此，监控点可以根据参与作业的人数灵活增减，做到监控无遗漏。

（3）采用彩色高清晰摄像机，自动聚焦，内同步，手动10倍变焦，5芯航空接头有线输出。

（4）采用骨传导式耳机实现双向语音及传输，采用锂离子电池（安全电压12V供电）待机可达8～10小时（不包括其他设备供电）。

（5）能实现实时地25帧/秒的图像传输，真正地达到了DVD画质，能够清晰地观察现场的行动。

3 技术关键与创新点

我司研制的电力作业智能辅助装置是在安全帽的基础功能上，高度集成了摄像头、语音、通信主板等模块；具有高清视频采集、语音通讯、对讲、本地视频存储等功能，通过该穿戴式设备，在实现数据采集、实时通讯的同时，真正意义上解放现场操作人员双手。

（1）技术关键及采取主要措施：①装置在带电的情况下，不会受电场中的电磁干扰，影响正常工作；②具备多种功能的硬件设备集成在智能辅助安全帽上，集成多种功能的装置体积和重量满足一个正常人的承受范围；③智能辅助安全帽装置的动力是通过电池供给，电池的续航能力可达12小时以上。④塔上作业的智能辅助安全帽装置与指挥平台通过WIFI传输，最大传输距离可达200m。

该系统能够将智能头盔所采集到的前方作业人员现场图像，语音和数据信息，压缩并存入发射主机，发射主机把数据通过编码器编码后，将其发射出去；中间传输介质有多种网络可选，并可配置相应的发射主机（3G/WIFI/WIFI/COFDM/WOFDM）；后端的移动指挥箱接收到发射主机传输过来的数据后，通过有线的方式传递给PC终端；在PC终端管理软件平台通过访问前端（头盔）IP地址的方式，指挥人员可直接观看到智能头盔采集到的图像数据和接收语音数据，并及时下达指令。

4 结束语

本项目研究的电力作业智能辅助装置的研究主体之一是安全帽。当作业人员头部受到坠落物的冲击时，利用安全帽帽壳、帽衬在瞬间先将冲击力分解到头盖骨的整个面积上，然后利用安全帽各部位缓冲结构的弹性变形、塑性变形和允许的结构破坏将大部分冲击力吸收，使最后作用到人员头部的冲击力降低到4900N以下，从而起到保护作业人员头部的作用。在安全帽上加装具备拍照、摄像的视频装置，将现场作业的实时状态传输到后台指挥平台上，便于监护人员实时指正，确保作业人员正确操作，防止因操作不当造成事故的发生，该装置对于输变电人员带电及高空作业都适应，建议在系统内大力推广。