[发明专利]基于随机森林算法的带电作业防护帽

说明书

基于随机森林算法的带电作业防护帽，涉及电网带电作业安全工器具领域。本发明是为了解决现有电力系统检修工作中，仅依靠工作员人经验来控制人员与设备的安全距离，存在极大安全隐患的问题。本发明所述的基于随机森林算法的带电作业防护帽通过提取超声回波信号的时域和频域信息特征，利用随机森林算法判别出障碍物的个数并求出目标距离。本发明还能够在现场对临近带电体作业设备告警，准确地测量出检修人员与带电体之间的距离，并在测量距离小于安全距离时能够及时发出警报。

技术领域

本发明属于电网带电作业安全工器具领域。

背景技术

在电力系统的日常维护检修中，经常需要进行临近带电检修工作。为使检修工作能够顺利安全完成，相关规范中规定了各种等级线路带电作业的安全距离。目前，在带电作业中缺少精确测距提示装置，因此在检修时的安全距离主要依靠工作人员观察控制。这种凭借经验估计安全距离的方法，会受到现场复杂环境中非确定因素的影响，导致安全距离判断错误，不能达到精确测距的要求，使工作人员或辅助设备与高压带电设备的距离过小，带来极大的安全隐患。

发明内容

本发明是为了解决现有电力系统检修工作中，仅依靠工作员人经验来控制人员与设备的安全距离，存在极大安全隐患的问题，现提供基于随机森林算法的带电作业防护帽。

基于随机森林算法的带电作业防护帽，包括防护帽本体、以及嵌固在防护帽内帽体和外帽体之间的感应验电模块和超声测距模块；

感应验电模块包括：信号感应电路、放大滤波电路、整流电路和检测电路，信号感应电路用于感应当前环境的电磁场强度、并将磁场强度转换为电压信号，信号感应电路的电压信号输出端连接放大滤波电路的电压信号输入端，放大滤波电路的电压信号输出端连接整流电路的电压信号输入端，整流电路的电压信号输出端连接检测电路的电压信号输入端；

超声测距模块包括：FPGA、发射驱动电路、发射探头、接收探头、接收放大电路和A/D转换电路，FPGA的发射信号输出端连接发射驱动电路的发射信号输入端，发射驱动电路的驱动信号输入端连接发射探头的驱动信号输入端，发射探头在接到驱动信号之后发出超声波，接收探头接收超声波回波、并将超声波信号转换为电信号，接收探头的电信号输出端连接接收放大电路的电信号输入端，接收放大电路的放大信号输出端连接A/D转换电路的模拟信号输入端，A/D转换电路的数字信号输出端连接FPGA的信号存储端，FPGA的频率控制信号输出端连接A/D转换电路的频率控制信号输入端；

FPGA内包括以下软件实现的单元：

存储单元：用于存储A/D转换电路存入的数字信号，

控制单元：用于向A/D转换电路发送写入频率控制信号，

发射单元：用于向发射驱动电路发送驱动信号，

NiosII处理器：

提取存储单元存入的所有数字信号的特征值，并对每个数字信号对应时间内是否存在障碍物进行标记，将所有数字信号的特征值作为输入信号，将所有数字信号的障碍物标记作为输出信号，利用随机森林算法进行训练获得随机森林分类器，

提取存储单元当前时刻存入的数字信号S的特征值，将数字信号S的特征值输入到随机森林分类器中，获得数字信号S对应的障碍物标记，

当数字信号S对应时间内存在障碍物标记时，利用数字信号S中电压最大值所对应的时间t计算障碍物的距离d＝0.5vt，其中v为发射波速度。

上述感应验电模块还包括报警电路，检测电路的电压信号输出端连接报警电路的电压信号输入端。

上述超声测距模块还包括：温度传感器和显示器，FPGA内还包括：显示单元和测温单元，温度传感器用于采集前方障碍物的温度，并将障碍物温度通过测温单元发送至NiosII处理器，NiosII处理器将障碍物的距离通过显示单元发送至显示器。