技术领域
[0001] 本发明涉及电子围栏领域，具体涉及一种电子警示围栏栏杆及其应用。
相关背景技术
[0002] 在生产、工作、生活实际应用中，多处场景需划立保护区(隔离区)，用于保护人生、财产、设备安全，且保护区可能跨越多个地理位置；例如在电气工程试验过程中，加压设备在出线套管处，电气连接部位可能将试验电压加载到其他电气连接设备上(如其它出线间隔、母线等)，而这些设备又可能不在同一工作区域，以往均采用围栏隔离各进出通道，并派专人蹲守，耗费大量人力物力，且因意外因素易造成人员或小动物在视野盲区进入加压区域，造成设人员、设备等损失。
具体实施方式
[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0034] 在带电作业、试验作业、高处作业以等需要隔离作业区域等作业中，设置警告区域、隔离区域是必须完成的步骤；现在常规的方式是采取设立警戒带、隔离围栏或设置人工蹲守等方式对防护区域隔离。采用常规隔离方式主要有以下缺点：1、人工蹲守耗费作业人员较多，尤其针对隔离区跨越不同地点的情况(如变电站或电缆线路高压试验等)需在不同地点分别设置监护人员；2、隔离带或围栏设置较麻烦，需花费大量时间安装和回收，且在实际作业中日晒雨淋后不能及时晾晒，损坏遗失较多。遇多点或大范围作业时需配置大量围栏，比较浪费人力物力；3、常规围栏无声光等警戒功能，需由工作人员随时观察警戒区，并发声提醒；如有视野盲区等情况人员或动物极易误入隔离区域，且遇小动物等入侵隔离区，人员惊吓并不及时且并不一定起作用；4、不管采用哪种方式划立隔离区，难免有动物或物品入侵保护区；常规隔离方式在发生这种情况下需工作人员采取保护措施(如对被试设备断电、接地等保护性操作)，人工操作具有一定的延后性；而本发明在有异物入侵保护区时能及时采取联动保护措施(如在毫秒级时间内切断试验电源)，能有效减少甚至杜绝人员和设备损失。
[0035] 因此，将其应用到带电、高压试验等需要设立隔离区域的作业环境中去具有十分重要的意义。
[0036] 因此，本发明在于克服现有技术的不足，提供用于警戒、驱离和保护的围栏装置，解决目前在需要设立隔离区的作业中使用围栏、人工进行隔离区划分的各种弊端，深化应用，极大方便如带电作业、高压试验等需要划分隔离保护区的作业。
[0037] 本实施例1提供一种电子警示围栏栏杆，如图1‑图2所示，包括可调节长度的杆体。这里的可调节长度的杆体，为现有技术，可以参考可调节气动杆等，这里就不再赘述了。杆体与地面的连接也是可拆卸的，在杆体的底部可以设置支耳，通过螺钉贯穿支耳将杆体与地面固定。
[0038] 电子围栏的基本功能是指对保护区进行隔离防护作用，替代常用安全围栏、警示带等防护隔离方式。因此，本发明的杆体采用可伸缩柱型设计，单柱设计重量控制在10KG以内，方便携带且不占用较大空间。
[0039] 在所述杆体上可拆卸连接有警示装置。这里的可拆卸连接，可以为磁吸和/或卡扣和/或螺纹连接。
[0040] 模块之间以及模块与杆体之间采用磁吸对位、卡扣或螺纹连接，能迅速组装；模块之间采用软连接、可拆电节点进行电源和信号连接，在拆卸模块时模块之间的电气连接自动断开，这也使得围栏栏杆的功能更灵活。
[0041] 所述警示装置包括用于在地面显示警告区域并监测所述警告区域内是否有闯入者的警告单元、用于在地面显示驱离区域并监测所述驱离区域是否有闯入者的驱离单元、用于在地面显示保护区域并监测所述保护区域内是否有闯入者的保护单元，所述警告单元、驱离单元、保护单元均通过控制模块连接报警模块，且所述警告单元和/或驱离单元和/或保护单元还通过所述控制模块连接用于执行保护区域内的设备进行保护动作的执行模块，电源模块为所述警告单元、驱离单元、保护单元供电。
[0042] 围栏栏杆整体采用模块化设计，杆体采用柱形设计，根据作业环境实际情况可选择对应的警示装置安装在杆体的上部，杆体中部采用可伸缩杆件设计，用以调节围栏杆体的高度，模块根据可视角范围进行调节，用以调节警告区域、驱离区域的范围。
[0043] 在一些实施例中，供电模块、控制模块可以直接安装在杆体上，也可以安装在其他地方。
[0044] 在本实施例中，杆体的底部设置电源模块，用于对整个装置进行供电，电源模块具体为电池和外接电源接口，同时设置联动条件输出物理接口，接口采用航空插头、端子进行信号输出(执行模块与控制模块之间的连接端口)，杆体的中段采用上下伸缩杆状设置，用于调整围栏高度；杆体的上部根据现场实际情况选择可拆卸模块(警告单元、驱离单元和保护单元)进行组装，在本实施例中，控制模块没有安装在杆体上，为了方便布设，本实施例中警告单元、驱离单元和保护单元通过无线传输模块与控制模块通信连接，如图4‑5所示，因此，在杆体上可拆卸安装的模块有警告单元、驱离单元、保护单元、无线传输模块等，无线传输模块可以为wifi模块或者蓝牙模块(亦可为射频短波等)，用于接收或发送装置控制信号进行遥控联动，当然，即便控制模块没有安装在杆体上，警告单元、驱离单元和保护单元也可以通过电线与控制模块连接。
[0045] 在一些实施例中，还包括环境监测模块，所述环境监测模块通过所述控制模块与所述报警模块和执行模块连接。环境监测模块可以安装在杆体上，也可以不安装在杆体上，同理，不管环境监测模块安装在哪里，环境监测模块与控制模块也可以通过有线或者无线的方式连接。
[0046] 在一些实施例中，由外至内依次为警告区域、驱离区域、作业区域，如图3所示，对应的，在杆体上，从下至上意思设置保护模块、驱离模块和警告模块。
[0047] 在一些实施例中，所述警告单元包括用于在地面显示警告区域的警告显示模块以及用于监测所述警告区域内是否有闯入者的警告监测模块；所述驱离单元包括用于在地面显示驱离区域的驱离显示模块以及用于监测所述驱离区域内是否有闯入者的驱离监测模块；所述保护单元包括用于在地面显示保护区域的保护显示模块以及用于检测所述保护区域内是否有闯入者的保护监测模块。
[0048] 在一些实施例中，所述警告显示模块、驱离显示模块、保护显示模块包括但不限于投影仪或者显示屏的其中一种或者多种组合，且若所述警告显示模块、驱离显示模块、保护显示模块为显示屏，所述显示屏用于显示闯入者所在的区域的提示信息。
[0049] 当为投影仪时，警告显示模块、驱离显示模块、保护显示模块安装在栏杆上，当为显示屏时，显示屏安装在栏杆附近的地面上。
[0050] 显示模块可认为在电子围栏上的一个装置，但输出设备并非只能使用投影仪。如在山区或草地使用该电子围栏的工况时，如果采用投影仪进行警示告知可能显示文字不清晰；在这种工况下,则可使用激光投影划分不同的区域(即只打线)，但告警信息可以采用显示器、LED屏幕等其它方式进行。
[0051] 在各显示模块进行显示是，可以通过不同颜色、不同标识进行区分，而各显示模块的颜色、标识设置可以通过控制模块来设置，这样方便适用更多应用场景。
[0052] 在一些实施例中，所述警告监测模块、驱离监测模块、保护监测模块包括但不限于红外探测器或者雷达波探测器或者视频监控器或者电磁探测器或者超声探测器或者X射线探测器的其中一种或者多种组合。
[0053] 在一些实施例中，所述环境监测模块包括但不限于温湿度监测仪、风速监测仪、光照监测、电磁场强度监测其中一个或多个。
[0054] 根据现场使用环境以及防护对象、气候环境以及需要输入输出等要求，设计不同的环境监测模块，环境监测模块根据使用要求进行选用。
[0055] 通过功能模块设计，使其具有更大的应用范围，可根据现场实际情况和防护对象以及需要实现的功能进行模块选择。
[0056] 本发明的基础版本大致分为三个区(区域数量和范围可根据实际使用场景增减)，由每个区域的显示模块发出激光投影。在警告区域，在特定区域内划立警戒线，并在警戒线上投影出警示文字(如：“警告区域，请勿跨越”“高压危险”)或图案等内容，同时采用对应的监测模块(红外反射(对射)、雷达波反射、视频动态监控等原理)对本区域进行生物特征、位移特征进行监测(具体监测特征根据实际现场进行模块选择)；当有动物或物体入侵警告区域，警告监测模块给控制模块一个触发信号，控制模块控制报警模块发出声光告警，提示入侵物迅速远离；警告区域指在为防止误入情况发生。
[0057] 如警告区域触发后入侵物任然继续入侵，则进入驱离区域；驱离区域动作原理与警告区域类似；驱离区域可根据实际情况设立高分贝报警、机械驱离、强光驱离等措施；以达到惊吓、驱赶入侵物的功能，驱离区域指在防止小动物等类似低智商生物误入发生。
[0058] 驱离区域触发后入侵物仍然继续入侵，则进入保护区域；保护区域可根据现场实际情况或防御对象调整选取相应的保护监测模块，原理和警告区域、驱离区域类似，基础版本一般采用红外对射、警示围栏进行物理警示；保护区域如被突破则控制执行模块启动保护联动执行保护动作；保护动作结果输出包括但不限于断开试验电源、强制高压设备断电接地、或通知工作人员等；保护区域指在防止入侵物或环境条件等已达到损坏人员、设备等紧急情况，用以防止事故发生。
[0059] 以上是作为基础版本设置的三道防区，可根据实际应用环境增减、更换模块达到增减防区数量和增减防护对象的目的，同时模块具备角度调节功能，用以调节防区范围大小。
[0060] 各模块之间或者模块与杆体之间采用卡扣和螺纹连接，模块连接采用可拆电接点和线束进行通讯和供电；警告监测模块、驱离监测模块、保护监测模块的发射探头和接收探头采用万向节固定，可根据警戒范围大小等实际使用环境进行调节。
[0061] 本发明首先对电子围栏进行功能设计，明确电子围栏应具备的基本功能的同时，从结构上对其进行优化，包括设计电子围栏主体结构、功能模块的设计、设计易更换功能、设计易携带等深化应用等方面。
[0062] 如附图1、图2所示黄色标线表示由红外投影仪发射警戒射线，在地面投影出警告区警戒线，并在警戒线内侧投影出警戒文字(警戒线以及文字颜色、亮度、粗细可根据现场实际情况进行编辑)；警戒范围可通过调节对应红外投影仪的上下角度以及电子围栏的杆体的高度进行调节，能迅速扩大或缩小防护区域，调节各区域的缓冲距离；同时该区域内可根据需要防止闯入者(如人员选择雷达波、物品选用移动监测、红外探测器等)选择相应的模块进行组合设置。当有动物或物体入侵警戒区则发出声光告警，提示入侵物迅速远离；警告区域指在为防止误入情况发生。
[0063] 红色标线表示驱离区覆盖范围，原理与警告区类似；如警告区域触发后入侵物任然继续入侵，则进入驱离区域；驱离区域动作原理与警告区域类似，也可单独选择其它模块设立；驱离区域可根据实际情况设立高分贝报警、机械驱离、强光驱离等措施；以达到惊吓、驱赶入侵物的功能，驱离区域指在防止小动物等类似低智商生物误入发生。
[0064] 黑色区域标识工作区域(保护区域、隔离区域)驱离区域触发后入侵物仍然继续入侵，则进入保护区域；保护区可根据现场实际情况或防御对象调整选取相应的模块，原理和警告区域、驱离区域类似，基础版本一般采用红外对射、警示围栏进行物理警示；保护区域如被突破则启动保护联动(启动执行设备)，保护联动条件根据实际情况进行选择(如：活物触发，移动触发，警戒区或驱离区突破，风速、湿度等自然条件触发等)，当触发条件达到则保护动作；保护动作结果输出包括但不限于断开试验电源、强制高压设备断电接地、或通知工作人员等；保护区域指在防止入侵物或环境条件等已达到损坏人员、设备等紧急情况，用以防止事故发生。
[0065] 在一些实施例中，若所述警告监测模块和/或驱离监测模块和/或保护监测模块为红外探测器，则所述红外探测器距离地面的高度以及红外探测器的发射角度通过遗传算法来匹配，从而得到最佳红外探测器以及该最佳红外探测器对应的最佳高度。
[0066] 在一些实施例中，通过遗传算法来匹配红外探测器距离地面的高度以及红外探测器的发射角度的具体过程为：
[0067] S1、获取不同的发射角度和高度组成的编码串集合，每个所述编码串均包括一个发射角度和一个高度，将所述编码串定义为待求解个体、所述编码串集合为初始种群，令所述初始种群为父代种群，所述父代种群中的待求解个体为父代个体，同时，设置遗传算法的迭代次数、每代种群中的待求解个体的个数；
[0068] S2、基于红外探测器对应的区域到所述杆体的最远距离接收到的红外探测器的发射强度设计适应度函数，以综合评价每个所述待求解个体的质量；
[0069] S3、根据所述父代种群的各个所述父代个体对红外探测器进行安装测试，分别得到对应的测试结果；
[0070] S4、根据每个所述测试结果使用所述适应度函数计算每个所述父代个体的适应度值，并根据所述适应度值对所述父代种群中的每个父代个体进行排序；
[0071] S5、基于所述适应度值选择前M个父代个体作为子代个体，在从除前M个父代个体以外的所有父代个体中通过轮盘赌选择父代个体进行交叉变异操作得到子代个体，再计算交叉变异后的所述子代个体的适应度值并进行排序，按适应度值重插入子代个体到所述父代种群中，选择设定个数的待求解个体形成新的父代种群；
[0072] S6、根据新产生的父代种群重新对红外探测器进行安装测试，然后进行测试得到对应的测试结果；
[0073] S7、重复S4‑S6，直到收敛，找到最优个体。
[0074] 在一些实施例中，所述适应度函数为：
[0075]
[0076] 表示第q种区域到杆体的最远距离为l的接收点所接收到的红外探测器的发射强度。
[0077] 红外探测器由红外线发射器和红外线接收器组成，由于红外线发射器的发射角度可以从15度到180度不等，同时，因为红外线发射器的发射角度越大，发射强度越小，同时，距离红外线发射器越远，红外线发射器的发射强度也会越小。
[0078] 由于红外线发射器的发射角度呈发散状，因此，需要红外线发射器发射的信号到距离杆体一定位置的两点组成的直线时，如果红外线发射器距离地面越高，红外线发射器需要的发射角越小，但是，这样会使得红外线发射器到直线的距离越远；而红外线发射器距离地面越低，这样红外线发射器到直线的距离越近，但是，这样会选用发射角更大的红外线发射器，所以，如何平衡发射角和到地面高度之间的关系，使得直线到杆体最远的点接收到红外线发射器的发射强度最大，这样，可以保证直线到杆体最远的点能够接收到最大强度的发射信号，同时，这样直线上的各个点接收到的红外线发射器的发射强度也是最大的，这样提高监测的准确性。
[0079] 这样，通过遗传算法可以得到不同的区域范围内到杆体最远点所接收到红外线发射器所发射的最大发射强度对应的红外线发射器的发射角度以及红外线发射器到地面的距离的组合，这样可以选择最佳的红外探测器以及最佳的安装高度，使得电子围栏的效果最好。
[0080] 在一些实施例中，还公开了一种电子警示围栏栏杆的应用，在需要保护的区域外安装前述的一种电子警示围栏栏杆，以形成封闭的警告区域、驱离区域和保护区域。
[0081] 这是围栏的深化应用方面，包括将多个围栏组合使用，并且通过结构上的调整以及模块接口、通信协议的统一，便于更换和据实组合；将两个、三个或多个围栏进行物理或信号回路上连接，达到不同围栏之间即时通讯，相互联动等功能；便于灵活使用和保管，更多的适用不同的作业环境和作业条件。
[0082] 这里，警告区域、驱离区域、保护区域的设置可以根据实际情况来进行排列组合，这里就不再赘述了。
[0083] 如附图3所示，多个电子围栏可根据现场实际需要划立的警戒区，用多套围栏装置自由组合成隔离区，装置之间近距离采用有线通信，较远距离采用WIFI组网、射频、微波等无线通信方式形成联动。
[0084] 在如高压加压试验作业中，电气连接部位不在同一工作区域或同一工作平面的情况下，也可以在不同区域设置围栏隔离，不同区围栏杆体之间采用无线通信网络联动(通过控制模块进行联动)，以达到在其他区域检测到短路、放电、外物入侵等意外情况时，通过联动条件及时切除试验电压发出告警信息，达到保护人身、设备安全的目的。
[0085] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
