基于ZigBee技术的巡线安全互助报警系统研究

潘伟建 洪 静 崔利兵 朱志华

（浙江华电器材检测研究所，浙江 杭州 310015）

0 引言

随着电网的扩大和电压等级的升高，输电线路在电网中的作用和地位越来越重要。线路分布在城镇、田野、丘陵、高山之中，随时可能遭遇洪汛、台风、高温、雷雨、冰雪、泥石流等恶劣自然灾害的侵袭和各种人为的外力破坏，为了确保电网的安全经济供电，对线路管理工作提出了很高的要求。因此，野外巡线、检修等工作日益增多，作业人员野外工作时发生人身伤亡的事故时有发生［1］，其原因主要有如下几点：（1）野外作业条件恶劣。线路运行检修人员面临的是大量的野外作业，且常常是单兵作战，如线路巡视、检修、测量、修剪树木等，有可能遭遇触电、坠落、砸伤、摔伤、夹伤、割伤、刺伤、溺水、中暑、冻伤、雷击、昆虫及其他动物袭击等伤害。（2）作业人员安全意识不高。有些野外作业人员的安全意识较薄弱，缺乏必要的培训，靠着艺高人胆大盲目进行作业，不主动佩戴使用安全防护器具，或安全防护器具使用不当，对安全防护器具的功能、佩戴方法与使用注意事项了解不够，导致意外的发生。（3）缺少安全报警系统。目前缺少一种可以对野外作业人员的身体状态进行监控，发生意外时进行报警、定位的系统，以致延误救援时间。

在遭遇危险时如何及时报警，以提高救援效率，保障作业人员的生命安全，是现代社会“以人为本”理念的具体表现，也是企业管理层面临的现实棘手难题。因此，开发一套适用于野外巡线作业的安全互助报警系统，有其实际意义和应用前景。

1 无线传感网络技术

无线传感网络是新一代的通信网络，该技术集无线通信、嵌入式计算、传感器和分布式处理于一体，属多学科交叉的研究领域［2－5］。表1为常用的无线传感网络技术对比表，其中的ZigBee技术较适合输电线路巡线作业的低成本、少维护要求。

2 ZigBee技术应用于输电线路巡线作业的可行性论证

ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、工作在2.4 GHz和868／915 MHz的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案，是一种双向传输（two-way）的无线通信标准，采用一般IEEE802.15.4收发器技术与嵌入ZigBee技术协议栈的组合；按IEEE802.15.4标准，在数千个微传感器之间相互协调实现通信。这些传感器仅需很少的能量，便可以接力的方式将数据从一个传感器无线传送到另一个传感器，依次传递，以构成一个无线传感器网络，主要用于中短距离无线系统连接，能够满足对各种传感器的数据输出和控制命令、信息输入的需求，使现有系统网络化、无线化；特别适用于信息采集与监控领域。表2所列是ZigBee传感器网络系统应用于巡线安全互助报警系统所具备的条件［6－8］。

表1 无线传感网络技术对比表

3 输电线路巡线安全互助报警系统研究

研制输电线路巡线安全互助报警系统的主要思路是实现野外无移动信号地区巡线作业现场人员近距离（作业半径1 500 m）间个体作业人员相互信息采集、互报、呼叫等功能，突出执行人员遇险报警，确保野外作业的安全可控。本系统的设计原则为研发一种既不妨碍作业人员的工作，也不引入新的安全隐患，又能提供安全保障和语音通讯功能的装置，功能上分为2个独立系统，即腕表监控系统（由主控芯片、红外脉搏测量传感器、电源控制等组成）和主机监控系统（由CPU模块、语音编解码模块、ZigBee通讯模块、无线通讯微网络模块、加速度传感器等组成），两者之间采用无线通讯模式，实现监测、报警及定位的作用。表3列举了巡线安全互助报警系统主要部件模块所具备的功能特点。

表2 ZigBee技术系统应用于巡线安全互助报警系统所具备的条件

表3 巡线安全互助报警系统各部件模块所具备的功能特点

在充分对比各部件模块的参数、体积、兼容性、价格等要素的基础上，研制了样机，具体如图1所示。

图1 输电线路巡线安全互助报警系统

上述系统采用动作微传感器结合无线传感器等嵌入式技术，实时监控外出作业人员状态，针对人员突发事故（如触电、坠落、意外受伤等）给班组成员和管理层发出人员状态及位置的实时报警，以提高救援效率和速度，这对外出作业人员的生命安全起了极大的保障作用。输电线路巡线安全互助报警系统所具备的功能如图2所示。

图2 输电线路巡线安全互助报警系统所具备的功能示意图

4 输电线路巡线安全互助报警系统的功能特点

对输电线路巡线安全互助报警系统进行检验发现，其不仅可以实现设计要求的常规性能，而且具有较好的抗电磁场性能，完全满足其在户外环境下的抗电场、磁场干扰要求，具备防水、防冰冻、防烈日、防尘、防摔和防电磁场等特点，适应野外恶劣环境作业［9］。该装置功能特点具体如下：（1）坠落报警：发生坠落后，判断佩戴者静止不动、语音提醒佩戴者仍无反应，装置将向作业组其他成员报警。（2）主动报警：出现意外情况，佩戴者意识清醒需要救援可以主动报警。（3）动作检测1 min静止（即佩戴者静止不动）后心律检测：心律检测不符合要求（过快或过慢）、语音提醒仍无反应，装置将向作业组其他成员报警。（4）定时心律检测：提醒佩戴者无反应，装置将向作业组其他成员报警。（5）“黑匣子”：记录佩戴者一周内所有信息。（6）其他组员可以查看某佩戴者报警后的具体位置和状态。（7）如附近有其他组员，优先报警或相互报警。

5 结语

用于野外作业的巡线安全互助报警系统可以为救援赢得时间，减少部分事故的可能伤害。该系统已在多个地区进行了试点应用，反响良好，具有一定的推广和应用价值。

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［6］真珍，王飞，夏翔.基于RFID的无线温度实时监测系统设计与实现［J］.科技资讯，2007（27）

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［8］饶少锋，江修，王斌.基于ZigBee技术的无线电能抄表网络节点的设计［J］.微计算机信息，2010（5）

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