基于ZigBee技術的巡線安全互助報警系統研究

潘偉建 洪 靜 崔利兵 朱志華

（浙江華電器材檢測研究所，浙江 杭州 310015）

0 引言

隨著電網的擴大和電壓等級的升高，輸電線路在電網中的作用和地位越來越重要。線路分布在城鎮、田野、丘陵、高山之中，隨時可能遭遇洪汛、臺風、高溫、雷雨、冰雪、泥石流等惡劣自然災害的侵襲和各種人為的外力破壞，為了確保電網的安全經濟供電，對線路管理工作提出了很高的要求。因此，野外巡線、檢修等工作日益增多，作業人員野外工作時發生人身傷亡的事故時有發生［1］，其原因主要有如下幾點：（1）野外作業條件惡劣。線路運行檢修人員面臨的是大量的野外作業，且常常是單兵作戰，如線路巡視、檢修、測量、修剪樹木等，有可能遭遇觸電、墜落、砸傷、摔傷、夾傷、割傷、刺傷、溺水、中暑、凍傷、雷擊、昆蟲及其他動物襲擊等傷害。（2）作業人員安全意識不高。有些野外作業人員的安全意識較薄弱，缺乏必要的培訓，靠著藝高人膽大盲目進行作業，不主動佩戴使用安全防護器具，或安全防護器具使用不當，對安全防護器具的功能、佩戴方法與使用注意事項了解不夠，導致意外的發生。（3）缺少安全報警系統。目前缺少一種可以對野外作業人員的身體狀態進行監控，發生意外時進行報警、定位的系統，以致延誤救援時間。

在遭遇危險時如何及時報警，以提高救援效率，保障作業人員的生命安全，是現代社會“以人為本”理念的具體表現，也是企業管理層面臨的現實棘手難題。因此，開發一套適用于野外巡線作業的安全互助報警系統，有其實際意義和應用前景。

1 無線傳感網絡技術

無線傳感網絡是新一代的通信網絡，該技術集無線通信、嵌入式計算、傳感器和分布式處理于一體，屬多學科交叉的研究領域［2－5］。表1為常用的無線傳感網絡技術對比表，其中的ZigBee技術較適合輸電線路巡線作業的低成本、少維護要求。

2 ZigBee技術應用于輸電線路巡線作業的可行性論證

ZigBee技術是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本、工作在2.4 GHz和868／915 MHz的無線網絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術方案，是一種雙向傳輸（two-way）的無線通信標準，采用一般IEEE802.15.4收發器技術與嵌入ZigBee技術協議棧的組合；按IEEE802.15.4標準，在數千個微傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器僅需很少的能量，便可以接力的方式將數據從一個傳感器無線傳送到另一個傳感器，依次傳遞，以構成一個無線傳感器網絡，主要用于中短距離無線系統連接，能夠滿足對各種傳感器的數據輸出和控制命令、信息輸入的需求，使現有系統網絡化、無線化；特別適用于信息采集與監控領域。表2所列是ZigBee傳感器網絡系統應用于巡線安全互助報警系統所具備的條件［6－8］。

表1 無線傳感網絡技術對比表

3 輸電線路巡線安全互助報警系統研究

研制輸電線路巡線安全互助報警系統的主要思路是實現野外無移動信號地區巡線作業現場人員近距離（作業半徑1 500 m）間個體作業人員相互信息采集、互報、呼叫等功能，突出執行人員遇險報警，確保野外作業的安全可控。本系統的設計原則為研發一種既不妨礙作業人員的工作，也不引入新的安全隱患，又能提供安全保障和語音通訊功能的裝置，功能上分為2個獨立系統，即腕表監控系統（由主控芯片、紅外脈搏測量傳感器、電源控制等組成）和主機監控系統（由CPU模塊、語音編解碼模塊、ZigBee通訊模塊、無線通訊微網絡模塊、加速度傳感器等組成），兩者之間采用無線通訊模式，實現監測、報警及定位的作用。表3列舉了巡線安全互助報警系統主要部件模塊所具備的功能特點。

表2 ZigBee技術系統應用于巡線安全互助報警系統所具備的條件

表3 巡線安全互助報警系統各部件模塊所具備的功能特點

在充分對比各部件模塊的參數、體積、兼容性、價格等要素的基礎上，研制了樣機，具體如圖1所示。

圖1 輸電線路巡線安全互助報警系統

上述系統采用動作微傳感器結合無線傳感器等嵌入式技術，實時監控外出作業人員狀態，針對人員突發事故（如觸電、墜落、意外受傷等）給班組成員和管理層發出人員狀態及位置的實時報警，以提高救援效率和速度，這對外出作業人員的生命安全起了極大的保障作用。輸電線路巡線安全互助報警系統所具備的功能如圖2所示。

圖2 輸電線路巡線安全互助報警系統所具備的功能示意圖

4 輸電線路巡線安全互助報警系統的功能特點

對輸電線路巡線安全互助報警系統進行檢驗發現，其不僅可以實現設計要求的常規性能，而且具有較好的抗電磁場性能，完全滿足其在戶外環境下的抗電場、磁場干擾要求，具備防水、防冰凍、防烈日、防塵、防摔和防電磁場等特點，適應野外惡劣環境作業［9］。該裝置功能特點具體如下：（1）墜落報警：發生墜落后，判斷佩戴者靜止不動、語音提醒佩戴者仍無反應，裝置將向作業組其他成員報警。（2）主動報警：出現意外情況，佩戴者意識清醒需要救援可以主動報警。（3）動作檢測1 min靜止（即佩戴者靜止不動）后心律檢測：心律檢測不符合要求（過快或過慢）、語音提醒仍無反應，裝置將向作業組其他成員報警。（4）定時心律檢測：提醒佩戴者無反應，裝置將向作業組其他成員報警。（5）“黑匣子”：記錄佩戴者一周內所有信息。（6）其他組員可以查看某佩戴者報警后的具體位置和狀態。（7）如附近有其他組員，優先報警或相互報警。

5 結語

用于野外作業的巡線安全互助報警系統可以為救援贏得時間，減少部分事故的可能傷害。該系統已在多個地區進行了試點應用，反響良好，具有一定的推廣和應用價值。

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［8］饒少鋒，江修，王斌.基于ZigBee技術的無線電能抄表網絡節點的設計［J］.微計算機信息，2010（5）

［9］余虹云，俞成彪，李瑞.電力線路器材應用與檢測［M］.北京：中國電力出版社，2007