CN106990331B - 光纤复合架空地线的定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光纤复合架空地线的定位方法，该方法包括：利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号；对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列；从所述数据序列中提取出特征定位数据；根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置；根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标。本发明还提出了一种光纤复合架空地线的定位装置，该方法具有定位精度高，能实时监测架空地线的地理位置信息。

Description

光纤复合架空地线的定位方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统智能状态监测技术领域，特别涉及光纤复合架空地线的定位方法及装置。

背景技术

分布式光传感技术是一种利用光纤作为传感元件与信号传输介质的传感技术，可实现光纤沿线各个分布式测点的状态变化监测，大量应用于输电线路、石油管道等需要长距离、大范围分布式监控的领域。

架空输电线路状态监测作为分布式光传感技术的一个主要应用领域，可通过连接输电线路上的光纤复合架空地线内部一根光纤实现架空输电线路沿线的状态监测。由于架空输电线路通常较长，在弧垂、缆线冗余长度、光纤冗余长度等因素综合影响下，通过分布式光传感技术检测到的光纤复合架空地线内部光纤的总长度比输电线路总水平长度长，总长度相差最大可达到几公里，这导致了通过分布式光传感技术检测的光纤各个测点无法有效的对应到输电线路的实际地理位置上，定位偏差较大。当输电线路进行改造后，改造前后的缆线长度会发生改变，也会造成分布式状态监测过程中的定位出现较大偏差，影响系统的正常使用。

国内外现有的方法主要是通过光时域反射计检测光纤各个接头的损耗来实现接头的定位，从而进一步实现光纤各个测点定位。而实际应用中由于损耗较小并不能定位到所有光纤接头，再加上输电线路上的接头数量不多，且光缆冗余长度不固定，这也造成了该方法的地理定位精度不高，线路进行改造后也不能实时更新地理定位信息。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种光纤复合架空地线的定位方法及装置，解决现有定位方式定位精度不高的问题，实时修正由于线路改造导致的定位错误，增强分布式光传感技术在架空输电线路状态监测中的应用效果。

具体地，本发明提供了一种光纤复合架空地线的定位方法，该方法包括：

利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号；

对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列；

从所述数据序列中提取出特征定位数据；

根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置；

根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标。

作为上述技术方案的进一步改进，所述对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列为：

采用表征信号离散程度的数学处理方法得到所述数据序列。

作为上述技术方案的进一步改进，所述从所述数据序列中提取出特征定位数据为：

采用表征信号突变的数学处理方法提取所述特征定位数据。

作为上述技术方案的进一步改进，所述根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置包括：

采用峰值提取算法；

将峰值数据位置确定为分布式测点上的所有杆塔位置；

通过判断峰值数据两侧波动起始点和截止点确定光纤接头附近冗余电缆长度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标之后，还包括：当光纤分布式测点的实时地理坐标对比历史地理坐标，出现大于预设值的偏差时，修正预先设置的杆塔的地理坐标。

具体地，本发明还提供了一种光纤复合架空地线的定位装置，该装置包括：

采集模块，用于利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号；

预处理模块，用于对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列；

特征提取模块，用于从所述数据序列中提取出特征定位数据；

杆塔定位模块，用于根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置；

测点定位模块，用于根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的地理坐标。

作为上述技术方案的进一步改进，所述对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列为：

采用表征信号离散程度的数学处理方法得到所述数据序列。

作为上述技术方案的进一步改进，所述从所述数据序列中提取出特征定位数据为：

采用表征信号突变的数学处理方法提取所述特征定位数据。

作为上述技术方案的进一步改进，所述根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置包括：

采用峰值提取算法；

将峰值数据位置确定为分布式测点上的所有杆塔位置；

通过判断峰值数据两侧波动起始点和截止点确定光纤接头附近冗余电缆长度。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：修正模块，用于当光纤分布式测点的实时地理坐标对比历史地理坐标，出现大于预设值的偏差时，修正预先设置的杆塔的地理坐标。

本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：

(1)解决了分布式光传感技术在架空输电线路应用过程中出现的定位方式地理定位精度不高的问题。

(2)建立了光纤复合架空地线内部光纤分布式测点与杆塔地理位置定位之间的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提出的一种光纤复合架空地线的定位方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提出的特征定位数据的坐标图；

图3为本发明另一实施例提出的一种光纤复合架空地线的定位方法的流程示意图；

图4为本发明一实施例提出的一种光纤复合架空地线的定位装置的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提出的一种光纤复合架空地线的定位装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

101-采集模块；102-预处理模块；103-特征提取模块；104-杆塔定位模块；105-测点定位模块；106-修正模块。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明实施例1提出了一种光纤复合架空地线内部光纤的实时地理定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

S11、利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号。

将布里渊光时域反射仪连接到输电线路上的光纤复合架空地线内部的一根光纤，并通过布里渊光时域反射仪采集所连接光纤的分布式测点。

目前的分布式光传感技术多采用Sagnac干涉环结构或者马赫-曾德(M-Z)干涉结构实现定位，其无法同时满足高精度和长距离探测的需求，而采用布里渊光时域反射仪具有空间分辨率高，探测距离长的优点。

布里渊频移信号是一种时域信号。布里渊频移信号带有时间和空间信息。布里渊频移信号中的频移是指入射光的中心波长偏移量。

S12、对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列。

采用表征信号离散程度的数学方法，包含但不仅限于标准差，预处理各个光纤分布式测点的布里渊频移信号，得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列。预处理后形成只包含定位信息和空间信息的数据序列。

预处理过程中每次选取一段时间的布里渊频移信号，采用标准差数学处理方法，得到一列按空间顺序排列含有定位信息的数据序列。

S13、从所述数据序列中提取出特征定位数据。

采用表征信号突变的数学方法，包含但不仅限于小波分解、奇异值分解，处理每列按空间顺序排列含有定位信息的数据序列，得到光纤分布式测点的特征定位数据。

从所述数据序列中提取出特征定位数据，让定位特征更明显更容易提取。

提取时，主要提取数据序列中的高频部分，因为突变会在高频部分更明显。具体地，将数据序列进行三层小波分解，得到高频特征定位数据。

S14、根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置。

根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置采用峰值提取算法；将峰值数据位置确定为分布式测点上的所有杆塔位置；通过判断峰值数据两侧波动起始点和截止点确定光纤接头附近冗余电缆长度。

如图2所示，特征定位数据的坐标图，横坐标是标识距离，纵坐标是定位数据。图中的星号表示杆塔的位置。

S15、根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标。

已知相邻两基杆塔对应的光纤分布式测点坐标为x1、x2，两基杆塔之间的水平距离为L，则两基杆塔之间任意一个分布式测点x距离坐标为x1的杆塔的水平距离lx为lx＝L(x-x1)/(x2-x1)。

线路参数中杆塔的地理坐标是已知，假设已知两基杆塔的地理坐标用经纬度分别表示为(lat1，lon1)和(lat2，lon2)，两基杆塔之间任意一个分布式测点x的地理坐标可以表示为

(latx,lonx)＝(lat1+lx(lat2-lat1)/L,lon1+lx(lon2-lon1)/L)。

实施例2

本发明实施例2提出了一种光纤复合架空地线内部光纤的实时地理定位装置，如图3所示，该装置包括：

S21、利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号；

S22、对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列；

S23、从所述数据序列中提取出特征定位数据；

S24、根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置；

S25、根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标。

S26、当光纤分布式测点的实时地理坐标对比历史地理坐标，出现大于预设值的偏差时，修正预先设置的杆塔的地理坐标。

实时修正由于架空线路改造导致的定位错误，可以增强分布式光传感技术在架空输电线路状态监测中的应用效果。

实施例3

本发明实施例3提出了一种光纤复合架空地线内部光纤的实时地理定位装置，如图4所示，该装置包括：

采集模块101，用于利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号。

预处理模块102，用于对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列。

特征提取模块103，用于从所述数据序列中提取出特征定位数据。

杆塔定位模块104，用于根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置。

测点定位模块105，用于根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的地理坐标。

实施例4

本发明实施例4提出了一种光纤复合架空地线内部光纤的实时地理定位装置，如图5所示，该装置包括：

采集模块101，用于利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号。

预处理模块102，用于对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列。

特征提取模块103，用于从所述数据序列中提取出特征定位数据。

杆塔定位模块104，用于根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置。

测点定位模块105，用于根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的地理坐标。

修正模块106，用于当光纤分布式测点的实时地理坐标对比历史地理坐标，出现大于预设值的偏差时，修正预先设置的杆塔的地理坐标。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光纤复合架空地线的定位方法，其特征在于，该方法包括：

利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号；

对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列；

从所述数据序列中提取出特征定位数据；

根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置，包括：

采用峰值提取算法；

将峰值数据位置确定为分布式测点上的所有杆塔位置；

通过判断峰值数据两侧波动起始点和截止点确定光纤接头附近冗余电缆长度；

根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标。

2.根据权利要求1所述的光纤复合架空地线的定位方法，其特征在于，所述对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列为：

采用表征信号离散程度的数学处理方法得到所述数据序列。

3.根据权利要求1所述的光纤复合架空地线的定位方法，其特征在于，所述从所述数据序列中提取出特征定位数据为：

采用表征信号突变的数学处理方法提取所述特征定位数据。

4.根据权利要求1所述的光纤复合架空地线的定位方法，其特征在于，所述根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的实时地理坐标之后，还包括：当光纤分布式测点的实时地理坐标对比历史地理坐标，出现大于预设值的偏差时，修正预先设置的杆塔的地理坐标。

5.一种光纤复合架空地线的定位装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于利用布里渊光时域反射仪实时采集光纤复合架空地线内部光纤的布里渊频移信号；

预处理模块，用于对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列；

特征提取模块，用于从所述数据序列中提取出特征定位数据；

杆塔定位模块，用于根据所述特征定位数据确定输电线路上的各个杆塔在测量光纤上的地理位置，包括：

采用峰值提取算法；

将峰值数据位置确定为分布式测点上的所有杆塔位置；

通过判断峰值数据两侧波动起始点和截止点确定光纤接头附近冗余电缆长度；

测点定位模块，用于根据所述杆塔在测量光纤上的地理位置，结合线路参数中杆塔的地理坐标，确定光纤分布式测点的地理坐标。

6.根据权利要求5所述的光纤复合架空地线的定位装置，其特征在于，所述对所述布里渊频移信号进行预处理得到光纤分布式测点沿线顺序排列的数据序列为：

采用表征信号离散程度的数学处理方法得到所述数据序列。

7.根据权利要求5所述的光纤复合架空地线的定位装置，其特征在于，所述从所述数据序列中提取出特征定位数据为：

采用表征信号突变的数学处理方法提取所述特征定位数据。

8.根据权利要求5所述的光纤复合架空地线的定位装置，其特征在于，还包括：修正模块，用于当光纤分布式测点的实时地理坐标对比历史地理坐标，出现大于预设值的偏差时，修正预先设置的杆塔的地理坐标。