基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统的制作方法

本发明涉及毫米波，尤其是基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统。

背景技术：

1、变电站场地环境复杂，存在着威胁人身的众多因素。在变电站施工的过程中,需要对即将误入危险区域的作业人员进行快速准确地检测并及时预警，减少生命和财产的损失。但现有的危险区域检测方法大多数基于传感器的方法，需要布置大量的传感器，实际操作复杂，而且在工人身上附着传感器，会干扰工人的施工操作，而人工观察耗时费力，容易受观察者的精神状态影响。随着人工智能的发展，不少研究人员开始把深度学习技术和危险区域检测问题结合起来。然而现有的技术主要依赖于大量的标记数据进行模型的训练，进而在后端进行检测识别，没有充分利用前端的计算资源，在数据的传输上消耗太大，也降低了适用性。

2、传统视频监控系统主要为人工监控，事后观察视频取证；而且视频监控系统的架构设计比较单一，不能对视频图像进实时智能分析，不能实现远程监控，并且无法进行异常事件及时报警。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过提出基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、提供基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，包括可重组空间移动监测终端，空间构建模块通过可重组空间移动监测终端快速搭建变电站检修工作环境的立体安全控制区域；越界监测模块通过可重组空间移动监测终端监测变电站检修作业存在的隐患行为；越限预警模块对监测的存在隐患的行为发出越限预警。

4、作为本发明的一种优选技术方案：所述可重组空间移动监测终端通过抗干扰的高频窄带毫米波进行扫描识别。

5、作为本发明的一种优选技术方案：所述空间构建模块通过可重组空间移动监测终端发出的抗干扰的高频窄带毫米波向可重组空间移动监测终端周围发出毫米波信号，通过检测变电站各物体的反射率，通过构建深度学习网络判别物体种类及其安全距离，快速搭建立体安全控制区域。

6、作为本发明的一种优选技术方案：所述述越界监测模块中的隐患行为包括穿越水平施工区域及垂直超高触电控制区域。

7、作为本发明的一种优选技术方案：所述越界监测模块建立复杂背景下的动态多目标智能检测与跟踪模型，综合分析变电站安全区域越界隐患行为。

8、作为本发明的一种优选技术方案：所述动态多目标智能检测与跟踪模型构建步骤如下：

9、s2.1：获取可重组空间移动监测终端的监测图像；

10、s2.2：通过yolov3网络训练进行动态多目标检测；

11、s2.3：根据多目标检测模型检测的运动目标进行目标追踪，并预测运动目标轨迹；

12、s2.4：根据预测的运动目标轨迹检测是否存在隐患行为。

13、作为本发明的一种优选技术方案：所述s2.2将获取的图像帧输入至yolov3网络中进行训练，并通过损失函数计算检测值与真实情况之间的误差，通过反向传播更新网络的权重参数，通过损失函数不断迭代收敛，获得网络模型，通过检测框检测函数进行循环判断和识别。

14、作为本发明的一种优选技术方案：所述yolov3模型的损失函数如下：

15、lyolo＝lxy+lwh+lconfidence+lclass

16、其中，lxy为预测边框中心点的损失函数，lwh为预测边框宽高损失函数，lconfidence为针对预测结果生成置信度的损失函数，lclass为计算并判定目标所述类别的损失函数，lloss为分辨率损失函数；

17、其中：

18、

19、

20、

21、

22、其中，表示第i个小格的第j个先验框是否负责某个目标的检测，负责则该项取1，反之取0；分别表示第i个小格第j个先验框的中心点的坐标，分别表示第i个小格第j个真实框的中心点的坐标；

23、分别表示第i个小格第j个先验框的宽和高，分别表示第i个小格第j个真实框的宽和高；

24、表示预测值；表示真实值，其取值由所在小格预测所得的边框是否负责某个目标的检测决定，负责则该值取1，反之则取0；则表示第i个小格的第j个先验框不负责某个物体的检测；

25、为真实分类概率，pi为预测分类概率。

26、作为本发明的一种优选技术方案：所述检测框检测函数如下：

27、

28、其中，object_confidence表示置信度，即预测边框中包含目标的置信度，pr(object)表示目标是否存在于预测边框对应的单元格中，取1表示存在，取0表示不存在，表示检测框与真实框的交并比。

29、作为本发明的一种优选技术方案：所述动态多目标智能检测与跟踪模型使用检测的运动目标，将检测的多个运动目标放入追踪目标集合g中，对g中每个元素对象赋予相应的id同时获取该运动目标的位置信息、检测框大小和目标速度信息；分别对每个元素对象使用扩展卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，当轨迹预测出现穿越水平施工区域及垂直超高触电控制区域的隐患行为时，通过越限预警模块发出越限预警。

30、本发明提供的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，与现有技术相比，其有益效果有：

31、通过抗干扰高频窄带毫米波扫描技术，构建变电站可重组空间移动监测模型，实现变电站复杂检修工作环境的立体安全控制区域快速搭建。建立复杂背景下动态多目标智能检测与跟踪模型，综合分析变电站安全区域越界隐患行为，实现变电站检修作业现场人员及设备的越限预警。

技术特征：

1.基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，包括可重组空间移动监测终端(100)，其特征在于：空间构建模块(200)通过可重组空间移动监测终端(100)快速搭建变电站检修工作环境的立体安全控制区域；越界监测模块(300)通过可重组空间移动监测终端(100)监测变电站检修作业存在的隐患行为；越限预警模块(400)对监测的存在隐患的行为发出越限预警。

2.根据权利要求1所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述可重组空间移动监测终端(100)通过抗干扰的高频窄带毫米波进行扫描识别。

3.根据权利要求1所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述空间构建模块(200)通过可重组空间移动监测终端(100)发出的抗干扰的高频窄带毫米波向可重组空间移动监测终端(100)周围发出毫米波信号，通过检测变电站各物体的反射率，通过构建深度学习网络判别物体种类及其安全距离，快速搭建立体安全控制区域。

4.根据权利要求1所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述越界监测模块(300)中的隐患行为包括穿越水平施工区域及垂直超高触电控制区域。

5.根据权利要求4所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述越界监测模块(300)建立复杂背景下的动态多目标智能检测与跟踪模型，综合分析变电站安全区域越界隐患行为。

6.根据权利要求5所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述动态多目标智能检测与跟踪模型构建步骤如下：

7.根据权利要求6所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述s2.2将获取的图像帧输入至yolov3网络中进行训练，并通过损失函数计算检测值与真实情况之间的误差，通过反向传播更新网络的权重参数，通过损失函数不断迭代收敛，获得网络模型，通过检测框检测函数进行循环判断和识别；所述yolov3模型的损失函数如下：

8.根据权利要求7所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述检测框检测函数如下：

9.根据权利要求8所述的基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，其特征在于：所述动态多目标智能检测与跟踪模型使用检测的运动目标，将检测的多个运动目标放入追踪目标集合g中，对g中每个元素对象赋予相应的id同时获取该运动目标的位置信息、检测框大小和目标速度信息；分别对每个元素对象使用扩展卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，当轨迹预测出现穿越水平施工区域及垂直超高触电控制区域的隐患行为时，通过越限预警模块(400)发出越限预警。

技术总结
本发明涉及毫米波技术领域，尤其为基于毫米波及多传感技术的变电站作业越界预警系统，包括可重组空间移动监测终端，空间构建模块通过可重组空间移动监测终端快速搭建变电站检修工作环境的立体安全控制区域；越界监测模块通过可重组空间移动监测终端监测变电站检修作业存在的隐患行为；越限预警模块对监测的存在隐患的行为发出越限预警。通过抗干扰高频窄带毫米波扫描技术，构建变电站可重组空间移动监测模型，实现变电站复杂检修工作环境的立体安全控制区域快速搭建。建立复杂背景下动态多目标智能检测与跟踪模型，综合分析变电站安全区域越界隐患行为，实现变电站检修作业现场人员及设备的越限预警。

技术研发人员：安兴,张晓华,孙猛,杨顺富,孙勃,李鹏祥,刘战,李成,齐恩铁,张广新,赵立英
受保护的技术使用者：国网吉林省电力有限公司延边供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12