一種輸電線路山火監(jiān)測的激光雷達系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測領域，特別涉及一種輸電線路山火監(jiān)測的激光雷達系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]在我國高壓輸電線路大部分分布在郊外，輸電走廊的征地愈來愈不容易，相當一部分輸電走廊直接穿山越嶺，那些地方林木茂盛，地形地貌、氣候條件極易引發(fā)山火，輕則引起局部線路跳閘，重則引起大面積停電事故。所以對輸電線路進行山火監(jiān)測對輸電線路供電可靠性有著極為重要的意義。目前對輸電線路周圍山火監(jiān)測的方法主要有衛(wèi)星遙感地面熱點法、圖像識別法、分布式終端監(jiān)測法等幾種方案，其中衛(wèi)星遙感地面熱點法不僅受衛(wèi)星過境時間的限制，難以實現(xiàn)全天候監(jiān)測，而且云層對監(jiān)測結果有較大的影響；圖像識別法的精度則依賴于非常高的采樣頻率和拍攝質量，只有非常高的采樣頻率和拍攝質量才能為后續(xù)的山火特征識別提供必要的信息來源，且受電源和通訊的制約存在一定的局限性；分布式終端監(jiān)測法由于監(jiān)測的范圍太小，對于輸電線路遠距離的山火難以實現(xiàn)早起預警。隨著激光雷達技術的成熟，且已經應用到了多個領域取得非常好的效果，基于激光雷達技術的山火監(jiān)測的研究還處于初級階段，有許多地方還需要改進。目前已有機構對激光雷達技術應用于山火監(jiān)測的研究，但只限于發(fā)現(xiàn)山火并預警，沒有對此時山火蔓延趨勢進行研究，但一般易發(fā)生山火的地方多是人煙稀少的山區(qū)，那里樹木眾多，交通不便，當發(fā)生山火時，消防人員趕到現(xiàn)場，第一時間并不能準確的判斷山火的蔓延的方向和蔓延的速度，這就不能把山火可能引發(fā)嚴重事故的可能性降到最低。為了解決上述問題，本專利設計了一套既能實現(xiàn)山火監(jiān)測又能實現(xiàn)判斷山火蔓延趨勢的系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供了一種輸電線路山火監(jiān)測的激光雷達系統(tǒng)及方法。
[0004]為了解決上述的技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
一種輸電線路山火監(jiān)測的激光雷達系統(tǒng)，包括:激光雷達裝置、光電轉換及傳輸裝置、計算機，
所述的激光雷達裝置包括保護套、水平設置的激光套筒、豎直設置的空心支柱，所述空心支柱上端連接并延伸至激光套筒內，下端與保護套轉動連接，所述保護套內由下而上依次設置有激光發(fā)射器、擴束鏡、呈一定角度設置的分光鏡，所述保護套的側壁沿分光鏡的反射光線方向設置有出光口；所述分光鏡的透射光線部分沿空心支柱內腔射入激光套筒內；所述激光套筒內設置有牛頓望遠鏡，所述牛頓望遠鏡的前端設置有將激光反射至激光套筒外的反光鏡，后端設置有第一光學探測器7和連接有光纖的第一光纖調整架；
所述光電轉換及傳輸裝置包括通過電路依次連接第一光學探測器的第一光子計數器和第一數據采集器、具有兩個通道的Fabry-Perot標準具，所述Fabry-Perot標準具的一個通道將來自分光鏡的反射光線經第二耦合透鏡傳輸至第三光學探測器輸入端，所述第三光學探測器的輸出端通過電路依次連接第三光子計數器、第三數據采集器，所述Fabry-Perot標準具的另一個通道通過第二光纖調整架將來自光纖的散射光線經第一耦合透鏡傳輸至第二光學探測器輸入端，所述第二光學探測器輸出端通過電路依次連接第二光子計數器、第二數據采集器；
所述計算機通過電路連接第一數據采集器、第二數據采集器和第三數據采集器。
[0005]進一步地，所激光發(fā)射器、擴束鏡、第一準直鏡安裝時依次上下平行；
進一步地，所述分光鏡與水平面夾角為145度，透過率與反射率的比為7:3。
[0006]進一步地，所述第二光纖調整架、第二準直鏡、Fabry-Perot標準具、第一親合透鏡、第二耦合透鏡、第二光學探測器、第二光子計數器、第二數據采集器、第三光學探測器、第三光子計數器、第三數據采集器、第一光子計數器、第一數據采集器均安裝在恒溫箱內，由于溫度對Fabry-Perot標準具的結果產生影響，通過調節(jié)恒溫箱的溫度一方面減小溫度對標準具的影響，使風速的反演算更簡單，也能使設備工作在最佳工作溫度上。
[0007]進一步地，所述空心支柱的轉動角度為360度。
[0008]一種基于所述激光雷達系統(tǒng)的輸電線路山火監(jiān)測的方法，包括步驟:
1)系統(tǒng)安裝好后，啟動設備，激光雷達裝置轉動掃描；
2)當發(fā)生山火時，激光雷達裝置發(fā)出的激光脈沖束打在煙霧氣溶膠上產生散射，散射的激光信號通過激光雷達裝置，經牛頓望遠鏡反射后，一部分被第一光學探測器7所接受，另一部分進入光纖；
3)第一光學探測器接受的散射激光信號通過第一光子計數器將激光信號轉化為電信號再發(fā)送給第一數據采集器，第一數據采集器再發(fā)送給計算機處理，計算機(27)處理反射光信號和判斷是否有山火發(fā)生；
4)另外一部分進入光纖的散射光信號，經過第二準直鏡與分光鏡反射的參考光信號分別通過Fabry-Perot標準具的兩個通道產生多普勒頻移，再分別通過各自耦合透鏡、光學探測器、光子計數器、數據采集器將光信號變?yōu)殡娦盘柡?，通過數據采集器送給計算機，計算機根據F-P單邊緣檢測技術，通過邊緣技術得到多普勒頻移量，再由多普勒原理反演出此時的風速，從而可以掌握山火蔓延的趨勢。
[0009]所述激光雷達裝置中的激光發(fā)射器發(fā)出來的激光依次垂直通過擴束鏡、第一準直鏡，再透過分光鏡投射到反光鏡上，經反光鏡全反射出去；通過分光鏡反射的激光作為參考光通過Fabry-Perot標準具第二通道再準直通過第二耦合透鏡再被第三光學探測器接受；
所述激光雷達裝置接受到的外界反射光信號經過光纖和第二準直鏡通過Fabry-Perot標準具的第一通道再經過第一耦合透鏡被第二光學探測器接受。
[0010]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果:
1、不僅能有效的實現(xiàn)對山火監(jiān)測，而且能實現(xiàn)判斷山火蔓延趨勢。這為山火發(fā)生時，消防人員根據山火蔓延趨勢及時滅火提供重要指導。
[0011]2、一部分散射光通過光纖的傳輸可以不用將第二準直鏡、Fabry-Perot標準具、第一和第二耦合透鏡、第二和第三光學探測器安裝在激光套筒內，減輕桿塔負荷重量。
[0012]3、對森林火災等的監(jiān)測亦有很強的啟示性作用，應用前景廣闊，具有很強的市場推廣價值。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種輸電線路山火監(jiān)測的激光雷達系統(tǒng)結構及原理示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的現(xiàn)場安裝示意圖。
[0015]圖中示出:1_牛頓望遠鏡，2-反光鏡，3-反射光信號，4-激光信號，5-激光套筒，6-煙霧，7-第一光學探測器，8-分光鏡，9-第一準直鏡，10-擴束鏡，11-激光發(fā)射器，12-第一光纖調整架，13-光纖，14-第二光纖調整架，15-第二準直鏡，16-第一耦合透鏡，17-Fabry-Perot標準具，18-第二耦合透鏡，19-第三光學探測器，20-第三光子計數器，21-第三數據采集器，22-第二光子計數器，23-第二數據采集器，24-第二光學探測器，25-第一光子計數器，26-第一數據采集器，27-計算機，28-保護套，29-恒溫箱，30-供電模塊，31-輸電鐵塔，32-空心支柱。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0017]實施例一
一種輸電線路山火監(jiān)測的激光雷達系統(tǒng)，包括:激光雷達裝置、光電轉換及傳輸裝置、計算機27，
所述的激光雷達裝置包括保護套28、水平設置的激光套筒5、豎直設置的空心支柱32，所述空心支柱32上端連接并延伸至激光套筒5內，下端與保護套28轉動連接，其轉動角度為360度；所述保護套28內由下而上依次設置有激光發(fā)射器11、擴束鏡10、呈一定角度設置的分光鏡8，所述分光鏡8與水平面夾角為145度，透過率與反射率的比為7:3 ;所述保護套28的側壁沿分光鏡8的反射光線方向設置有出光口，本實施例采用的激光器為Nd:YAG脈沖激光器，波長為355nm，脈寬為1ns ;所述分光鏡8的透射光線部分沿空心支柱32內腔射入激光套筒5內；所述激光套筒5內設置有牛頓望遠鏡1，所述牛頓望遠鏡I直徑為250mm,所述牛頓望遠鏡I的前端設置有將激光反射至激光套筒5外的反光鏡2，后端設置有第一光學探測器7和連接有光纖13的第一光纖調整架12 ;
所述光電轉換及傳輸裝置包括通過電路依次連接第一光學探測器7的第一光子計數器25和第一數據采集器26、具有兩個通道的Fabry-Perot標準具17，所述Fabry-Per