技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种用于直流输电线路的故障辨识系 统的使用方法。
背景技术
直流输电线路产生故障的一个主要原因是人员身体机能发生劣化，因 此故障辨识的一个方式是了解并熟悉人员的身体机能。现有技术中缺乏基 于年龄段识别的生理参数检测机制，而不同年龄段的被测人员生理参数分 布的范围不同，如果采用同一种标准对所有年龄段的人们进行医疗检测， 其误差不言而喻；同时，现有技术中的每一种生理参数仪一般只检测单一 的生理参数，无法进行综合检测，以及现有的生理参数仪结构冗余度高， 检测精度偏低，需要对其结构进行一定的优化。
因此，本发明提出了一种用于直流输电线路的故障辨识系统，将经过 结构优化的高精度的血糖监控设备和血氧饱和度监控设备集成在一个检 测仪器中，同时采用有针对性的年龄段识别设备对被测人员进行识别，在 此基础上，完成对被测人员的生理状态的准确检测和识别，提高医疗仪器 检测的智能化水平。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于直流输电 线路的故障辨识系统，将血糖检测设备和血氧饱和度检测设备集中在一个 检测仪器内同时工作，优化现有的检测设备的结构，更关键的是，对于划 分的四个年龄段的待测人员，采用高精度图像识别的技术进行年龄段识 别，并根据年龄段识别的结果自适应地设置各个不同的生理参数预警阈 值，从而提高检测结果的精度。
根据本发明的一方面，提供了一种用于直流输电线路的故障辨识系 统，所述故障辨识系统包括图像数据分析子系统、血氧检测子系统、血糖 检测子系统和MSP430单片机，所述图像数据分析子系统用于基于被测人 员的图像分析出被测人员的年龄段信息，所述MSP430单片机与所述图像 数据分析子系统、所述血氧检测子系统和所述血糖检测子系统分别连接， 基于被测人员的年龄段信息设置包括预设血糖上限浓度、预设血糖下限浓 度、预设血氧饱和度上限浓度和预设血氧饱和度下限浓度的各项医疗数据 阈值以用于所述血氧检测子系统和所述血糖检测子系统。
更具体地，在所述用于直流输电线路的故障辨识系统中，包括：移动 硬盘，预先存储了面部灰度范围，所述面部灰度范围用于将图像中的人脸 面部与背景分离，所述移动硬盘还预先存储了四种灰度化面部模版，所述 四种灰度化面部模版为通过对基准幼儿年龄段面部、基准儿童年龄段面 部、基准成人年龄段面部和基准老人年龄段面部分别进行拍摄所得到的面 部图像执行灰度化处理而获得，所述移动硬盘还用于预先存储年龄段生理 参数对照表，所述年龄段生理参数对照表保存了幼儿年龄段、儿童年龄段、 成人年龄段和老年年龄段四种年龄段中的每一种年龄段对应的基准脉搏 范围、基准窦性心率范围、基准PR间隔范围、基准QT间期范围、基准 血糖上限浓度、基准血糖下限浓度、基准血氧饱和度上限浓度和基准血氧 饱和度下限浓度；摄像设备包括半球形透明罩、辅助照明子设备和CMOS 摄像头，所述半球形透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄 像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所 述CMOS摄像头对被测人员面部拍摄以获得被测人员面部图像；面部特征 检测设备包括自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子 设备、目标分割子设备和目标识别子设备；所述自适应递归滤波子设备与 所述CMOS摄像头连接，用于对所述被测人员面部图像采用自适应递归滤 波处理，以滤除所述被测人员面部图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤 波图像；所述中值滤波子设备与所述自适应递归滤波子设备连接，用于对 所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波 图像中的散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述 中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理， 以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子设备 与所述尺度变换增强子设备和所述移动硬盘分别连接，将所述增强图像中 像素灰度值在所述面部灰度范围内的所有像素组成面部子图像，所述面部 子图像从所述被测人员面部图像的背景处分离获得；所述目标识别子设备 与所述目标分割子设备和所述移动硬盘分别连接，将所述面部子图像与四 种灰度化面部模版匹配，输出匹配度最高的灰度化面部模板所对应的年龄 段作为被测人员的年龄段；直接数字频率合成器，用于产生频率和相位能 够调整的正弦波信号以作为射频频率源用作混频使用；脉冲序列发生器， 用于产生脉冲序列；混频器，与所述直接数字频率合成器和所述脉冲序列 发生器分别连接，采用脉冲序列对正弦波信号进行混频调制；功率放大器， 与所述混频器连接，用于将混频调制后的信号进行放大；开关电源，用作 探头与功率放大器之间的接口电路，将放大后的信号加载到探头的射频收 发线圈中；钕铁硼永磁型磁体结构，在容纳被测人员手指的空间内产生一 个场强均匀的静态磁场；探头，放置在被测人员手指位置，缠绕射频收发 线圈以将加载的信号送入所述钕铁硼永磁型磁体结构内，产生核磁共振现 象，还用于将经过被测人员手指内氢质子共振后获得的衰减信号送出；发 光二极管，设置在被测人员手指指尖毛细血管位置，与光源驱动电路连接， 用于基于光源驱动电路发送的发光控制信号，交替发射红外光和红光；光 源驱动电路，内置定时器，用于向所述发光二极管发送发光控制信号；光 电转换器，设置在被测人员手指指尖上，位于所述发光二极管的相对位置， 用于接收透射被测人员手指指尖毛细血管后的红外光和红光，并将透射红 外光和透射红光分别转换为模拟电流信号，以获得模拟红外光电流和模拟 红光电流；电流电压转换电路，与所述光电转换器连接，用于对模拟红外 光电流和模拟红光电流分别进行电流电压转换，以分别获得模拟红外光电 压和模拟红光电压；信号放大器，与所述电流电压转换电路连接，用于对 模拟红外光电压和模拟红光电压分别进行放大，以获得模拟红外光放大电 压和模拟红光放大电压；信号检测电路，与所述信号放大器连接，包括直 流信号检测子电路和交流信号检测子电路，用于检测模拟红外光电压中的 直流成分和交流成分，以作为第一直流电压和第一交流电压输出，还用于 检测模拟红光电压中的直流成分和交流成分，以作为第二直流电压和第二 交流电压输出；模数转换器，与所述信号检测电路连接，用于对第一直流 电压、第一交流电压、第二直流电压和第二交流电压分别进行模数转换， 以获得第一数字化直流电压、第一数字化交流电压、第二数字化直流电压 和第二数字化交流电压；血氧饱和度运算电路，与所述模数转换器连接， 将第二数字化交流电压与第二数字化直流电压的比值除以第一数字化交 流电压与第一数字化直流电压的比值以获得吸收光比值因子，并基于吸收 光比值因子计算血氧饱和度，其中，血氧饱和度与吸收光比值因子成线性 关系；MSP430单片机，与所述探头连接，接收所述衰减信号，分析所述 衰减信号的谱线，并计算其中葡萄糖所占比例，从而获取被测人员的血糖 浓度，所述MSP430单片机还与血氧饱和度运算电路连接以获得血氧饱和 度；其中，所述MSP430单片机当所述血糖浓度在预设血糖上限浓度时， 发出血糖浓度过高识别信号，当所述血糖浓度在预设血糖下限浓度时，发 出血糖浓度过低识别信号；当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度上限浓度 时，发出血氧饱和度过高识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度 下限浓度时，发出血氧饱和度过低识别信号；其中，MSP430单片机还与 面部特征检测设备和移动硬盘分别连接，基于面部特征检测设备输出的被 测人员的年龄段在所述年龄段生理参数对照表中确定基准脉搏范围、基准 窦性心率范围、基准PR间隔范围、基准QT间期范围、基准血糖上限浓 度、基准血糖下限浓度、基准血氧饱和度上限浓度和基准血氧饱和度下限 浓度，并作为预设脉搏范围、预设窦性心率范围、预设PR间隔范围、预 设QT间期范围、预设血糖上限浓度、预设血糖下限浓度、预设血氧饱和 度上限浓度和预设血氧饱和度下限浓度；其中，所述光电转换器为一光电 二极管；其中，所述发光二极管发射的红外光的波长为940nm，所述发光 二极管发射的红光的波长为660nm；其中，在所述信号放大器和所述信号 检测电路之间还设置信号滤波电路，用于分别滤除模拟红外光放大电压和 模拟红光放大电压中的噪声成分；其中，所述探头缠绕的射频收发线圈为 鸟笼线圈、螺旋管线圈、鞍状线圈、相控阵列线圈和环状线圈中的一种； 其中，直接数字频率合成器所采用的频率合成选用直接数字合成、模拟锁 相环和数字锁相环中的一种。更具体地，在所述用于直流输电线路的故障 辨识系统中：自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子 设备、目标分割子设备和目标识别子设备采用不同型号的FPGA芯片来实 现。更具体地，在所述用于直流输电线路的故障辨识系统中：所述摄像设 备包括半球形透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头。更具体地，在所 述用于直流输电线路的故障辨识系统中：所述CMOS摄像头的分辨率为 3840×2160。更具体地，在所述用于直流输电线路的故障辨识系统中：所 述半球形透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头。更具 体地，在所述用于直流输电线路的故障辨识系统中：所述辅助照明子设备 为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明。更具体地，在所述用于直流输 电线路的故障辨识系统中：所述MSP430单片机在发出血糖浓度过高识别 信号、血糖浓度过低识别信号、预设血氧饱和度上限浓度或血氧饱和度过 高识别信号时，同时发出异常状态信号，否则，所述MSP430单片机同时 发出正常状态信号。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为本发明的用于直流输电线路的故障辨识系统的第一实施例的结 构方框图。
附图标记：1图像数据分析子系统；2血氧检测子系统；3血糖检测 子系统；4MSP430单片机
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的用于直流输电线路的故障辨识系统的实 施方案进行详细说明。
不同年龄段的人其各个生理参数所分布的区间不同，如果采用具有相 同参数阈值的检测仪器对不同年龄段的人进行生理状态检测，可能会得到 完全不同的检测结果，其间极有可能会发生误诊，严重的会导致过度医疗 或者耽误病情。然而，现有技术中并不存在能够基于不同年龄段选择不同 生理参数阈值的医疗器件，甚至缺乏人工识别年龄段、在识别结果上人工 调整生理参数阈值的技术方案；同时，现有技术中的各种生理参数检测仪 器都存在检测机制单一，每一个仪器一般只用于检测一项生理参数；以及 检测机制落后，检测仪器的结构冗余度不高，精度不够精确的缺陷，导致 即使对于同一年龄段的人进行检测，检测精度也难以满足医疗要求，仪器 运行的功耗比也较高，性价比不够合理。
为此，本发明提出了一种用于直流输电线路的故障辨识系统，将血糖 检测设备和血氧饱和度检测设备集中在一个检测仪器内同时工作，优化现 有的检测设备的结构，更关键的是，对于划分的四个年龄段的待测人员， 采用高精度图像识别的技术进行年龄段识别，并根据年龄段识别的结果自 适应地设置不同的生理参数预警阈值。
图1为本发明的用于直流输电线路的故障辨识系统的第一实施例的结 构方框图，所述故障辨识系统包括图像数据分析子系统、血氧检测子系统、 血糖检测子系统和MSP430单片机，所述图像数据分析子系统用于基于被 测人员的图像分析出被测人员的年龄段信息，所述MSP430单片机与所述 图像数据分析子系统、所述血氧检测子系统和所述血糖检测子系统分别连 接，基于被测人员的年龄段信息设置包括预设血糖上限浓度、预设血糖下 限浓度、预设血氧饱和度上限浓度和预设血氧饱和度下限浓度的各项医疗 数据阈值以用于所述血氧检测子系统和所述血糖检测子系统。
接着，继续对本发明的用于直流输电线路的故障辨识系统的第二实施 例的具体结构进行进一步的说明。
所述故障辨识系统包括：移动硬盘，预先存储了面部灰度范围，所述 面部灰度范围用于将图像中的人脸面部与背景分离，所述移动硬盘还预先 存储了四种灰度化面部模版，所述四种灰度化面部模版为通过对基准幼儿 年龄段面部、基准儿童年龄段面部、基准成人年龄段面部和基准老人年龄 段面部分别进行拍摄所得到的面部图像执行灰度化处理而获得，所述移动 硬盘还用于预先存储年龄段生理参数对照表，所述年龄段生理参数对照表 保存了幼儿年龄段、儿童年龄段、成人年龄段和老年年龄段四种年龄段中 的每一种年龄段对应的基准脉搏范围、基准窦性心率范围、基准PR间隔 范围、基准QT间期范围、基准血糖上限浓度、基准血糖下限浓度、基准 血氧饱和度上限浓度和基准血氧饱和度下限浓度。
所述故障辨识系统包括：摄像设备，包括半球形透明罩、辅助照明子 设备和CMOS摄像头，所述半球形透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和 所述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提 供辅助照明，所述CMOS摄像头对被测人员面部拍摄以获得被测人员面部 图像。
所述故障辨识系统包括：面部特征检测设备，包括自适应递归滤波子 设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识 别子设备；所述自适应递归滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对 所述被测人员面部图像采用自适应递归滤波处理，以滤除所述被测人员面 部图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子设备与 所述自适应递归滤波子设备连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中 值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的散射成分，获得中值滤 波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所 述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比 度，获得增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备和所 述移动硬盘分别连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述面部灰度范围 内的所有像素组成面部子图像，所述面部子图像从所述被测人员面部图像 的背景处分离获得；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述移 动硬盘分别连接，将所述面部子图像与四种灰度化面部模版匹配，输出匹 配度最高的灰度化面部模板所对应的年龄段作为被测人员的年龄段。
所述故障辨识系统包括：直接数字频率合成器，用于产生频率和相位 能够调整的正弦波信号以作为射频频率源用作混频使用；脉冲序列发生 器，用于产生脉冲序列；混频器，与所述直接数字频率合成器和所述脉冲 序列发生器分别连接，采用脉冲序列对正弦波信号进行混频调制；功率放 大器，与所述混频器连接，用于将混频调制后的信号进行放大。
所述故障辨识系统包括：开关电源，用作探头与功率放大器之间的接 口电路，将放大后的信号加载到探头的射频收发线圈中；钕铁硼永磁型磁 体结构，在容纳被测人员手指的空间内产生一个场强均匀的静态磁场；探 头，放置在被测人员手指位置，缠绕射频收发线圈以将加载的信号送入所 述钕铁硼永磁型磁体结构内，产生核磁共振现象，还用于将经过被测人员 手指内氢质子共振后获得的衰减信号送出；发光二极管，设置在被测人员 手指指尖毛细血管位置，与光源驱动电路连接，用于基于光源驱动电路发 送的发光控制信号，交替发射红外光和红光。
所述故障辨识系统包括：光源驱动电路，内置定时器，用于向所述发 光二极管发送发光控制信号；光电转换器，设置在被测人员手指指尖上， 位于所述发光二极管的相对位置，用于接收透射被测人员手指指尖毛细血 管后的红外光和红光，并将透射红外光和透射红光分别转换为模拟电流信 号，以获得模拟红外光电流和模拟红光电流；电流电压转换电路，与所述 光电转换器连接，用于对模拟红外光电流和模拟红光电流分别进行电流电 压转换，以分别获得模拟红外光电压和模拟红光电压；信号放大器，与所 述电流电压转换电路连接，用于对模拟红外光电压和模拟红光电压分别进 行放大，以获得模拟红外光放大电压和模拟红光放大电压。
所述故障辨识系统包括：信号检测电路，与所述信号放大器连接，包 括直流信号检测子电路和交流信号检测子电路，用于检测模拟红外光电压 中的直流成分和交流成分，以作为第一直流电压和第一交流电压输出，还 用于检测模拟红光电压中的直流成分和交流成分，以作为第二直流电压和 第二交流电压输出。
所述故障辨识系统包括：模数转换器，与所述信号检测电路连接，用 于对第一直流电压、第一交流电压、第二直流电压和第二交流电压分别进 行模数转换，以获得第一数字化直流电压、第一数字化交流电压、第二数 字化直流电压和第二数字化交流电压；血氧饱和度运算电路，与所述模数 转换器连接，将第二数字化交流电压与第二数字化直流电压的比值除以第 一数字化交流电压与第一数字化直流电压的比值以获得吸收光比值因子， 并基于吸收光比值因子计算血氧饱和度，其中，血氧饱和度与吸收光比值 因子成线性关系。
所述故障辨识系统包括：MSP430单片机，与所述探头连接，接收所 述衰减信号，分析所述衰减信号的谱线，并计算其中葡萄糖所占比例，从 而获取被测人员的血糖浓度，所述MSP430单片机还与血氧饱和度运算电 路连接以获得血氧饱和度。
其中，所述MSP430单片机当所述血糖浓度在预设血糖上限浓度时， 发出血糖浓度过高识别信号，当所述血糖浓度在预设血糖下限浓度时，发 出血糖浓度过低识别信号；当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度上限浓度 时，发出血氧饱和度过高识别信号，当所述血氧饱和度在预设血氧饱和度 下限浓度时，发出血氧饱和度过低识别信号。
其中，MSP430单片机还与面部特征检测设备和移动硬盘分别连接， 基于面部特征检测设备输出的被测人员的年龄段在所述年龄段生理参数 对照表中确定基准脉搏范围、基准窦性心率范围、基准PR间隔范围、基 准QT间期范围、基准血糖上限浓度、基准血糖下限浓度、基准血氧饱和 度上限浓度和基准血氧饱和度下限浓度，并作为预设脉搏范围、预设窦性 心率范围、预设PR间隔范围、预设QT间期范围、预设血糖上限浓度、 预设血糖下限浓度、预设血氧饱和度上限浓度和预设血氧饱和度下限浓 度。
其中，所述光电转换器为一光电二极管；其中，所述发光二极管发射 的红外光的波长为940nm，所述发光二极管发射的红光的波长为660nm； 其中，在所述信号放大器和所述信号检测电路之间还设置信号滤波电路， 用于分别滤除模拟红外光放大电压和模拟红光放大电压中的噪声成分；其 中，所述探头缠绕的射频收发线圈为鸟笼线圈、螺旋管线圈、鞍状线圈、 相控阵列线圈和环状线圈中的一种。
其中，直接数字频率合成器所采用的频率合成选用直接数字合成、模 拟锁相环和数字锁相环中的一种。
可选地，在所述故障辨识系统中：自适应递归滤波子设备、中值滤波 子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备采用不 同型号的FPGA芯片来实现；所述摄像设备包括半球形透明罩、辅助照明 子设备和CMOS摄像头；所述CMOS摄像头的分辨率为3840×2160；所 述半球形透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头；所述 辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明；所述MSP430 单片机在发出血糖浓度过高识别信号、血糖浓度过低识别信号、预设血氧 饱和度上限浓度或血氧饱和度过高识别信号时，同时发出异常状态信号， 否则，所述MSP430单片机同时发出正常状态信号。
另外，模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模 拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压 信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅 仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为 转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数 字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
模拟数字转换器的分辨率是指，对于允许范围内的模拟信号，它能 输出离散数字信号值的个数。这些信号值通常用二进制数来存储，因此分 辨率经常用比特作为单位，且这些离散值的个数是2的幂指数。例如，一 个具有8位分辨率的模拟数字转换器可以将模拟信号编码成256个不同的 离散值(因为2^8＝256)，从0到255(即无符号整数)或从-128到127 (即带符号整数)，至于使用哪一种，则取决于具体的应用。
采用本发明的用于直流输电线路的故障辨识系统，针对现有技术中被 测人员生理参数检测单一、结构不够优化以及缺乏基于年龄段识别的智能 化检测机制的技术问题，将去冗余度后的高精度的血糖监控设备和血氧饱 和度监控设备汇集在一个检测仪器中，采用图像识别技术对被测人员年龄 段进行有针对性的检测，并在年龄段识别的基础上完成对被测人员的生理 状态的检测和预警。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施 例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离 本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术 方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的 范围内。
