CN111491257A - 一种变电站三维可视化作业监控系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电站三维可视化作业监控系统及其控制方法，所述系统包括有：系统主站、三维建模服务器、定位子站、定位基站、定位标签，其中，三维建模服务器用于对变电站的设施及设备进行三维建模并构建成三维模型数据库，定位基站用于空间测距获取测距信息并接收与发射脉冲信号，定位标签用于接收并发射脉冲信号，与定位基站配合实现测距，所述定位子站用于接收定位基站的测距信息实时计算定位三维坐标并上传至系统主站；系统主站接收的数据通过坐标转换将三维定位坐标映射至已构建的变电站三维模型场景。本发明实现对现场作业人员及机具的三维模型场景中的作业监控及安全告警。

Description

一种变电站三维可视化作业监控系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及变电站现场作业安全监控系统领域，更具体地，涉及一种变电站三维可视化作业监控系统及其控制方法。
背景技术
变电站现场检修作业过程中，存在以下问题：①作业人员私自扩大作业范围导致的人身触电事故；②作业人员误入带电间隔，与带电设备安全距离不足导致人身触电事故，或误碰带电设备导致设备误动；③吊车、高空作业车现场作业时，与周边带电设备距离不足导致触电事故，或与本间隔停电设备距离不足导致误撞设备而损坏电力设备。针对上述问题，现阶段主要通过人工现场监督监管的方式进行预防，但由于受现场作业环境的复杂性以及监督人员的麻痹大意，人工监督监管存在不到位，不实时，监督监管困难的问题，从而使上述不安全行为得不到有效地监督监管。为此有必要研发变电站现场作业智能监控系统，作为人工监督监管的辅助工具，实现上述不安全行为的实时在线监督监管功能。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的变电站现场检修作业时无法有效监督监管的问题，提供一种变电站三维可视化作业监控系统及其控制方法。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明第一发明提供了一种变电站三维可视化作业监控系统，包括有：系统主站、三维建模服务器、定位子站、定位基站、定位标签，所述系统主站分别与三维建模服务器、定位子站通讯连接，所述定位子站与定位基站光纤通信连接，所述定位基站与定位标签无线通信连接，
其中，所述三维建模服务器用于对变电站的设施及设备进行三维建模并构建成三维模型数据库，所述定位基站用于空间测距获取测距信息并接收与发射脉冲信号，所述定位标签为便携式装置，用于接收并发射脉冲信号，与定位基站配合，实现测距，所述定位子站用于接收定位基站的测距信息实时计算定位三维坐标，并将定位三维坐标数据上传至系统主站；所述系统主站接收的数据通过坐标转换将定位三维坐标映射至已构建的变电站三维模型场景中。
本方案中，所述定位基站与定位标签之间采用基于UWB信号或基于激光信号的无线通信。
本发明第二方面提供了一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：利用与带电设备距离不足区域生成并计算带电设备防触电区域坐标，根据工作票信息自动生成电子安全围栏及其边界预警区域，并计算电子安全围栏内及其边界预警区域内坐标；
S2：实时计算定位标签的位置坐标判断其是否在电子安全围栏内，如果定位标签位置坐标不在电子安全围栏内，则进一步判断定位标签的位置坐标是否在带电设备防触电区域内，如果不在带电设备防触电区域内则转至步骤S7，如果在带电设备防触电区域内则触发安全告警并转至步骤S7；如果定位标签的位置在电子安全围栏内则转至步骤S3；
S3：判断定位标签的位置坐标是否在电子安全围栏边界预警区域，如果在电子安全围栏边界预警区域内，则现场预警提醒并转至步骤S7，如果不在电子安全围栏边界预警区域则转至步骤S4；
S4：判断定位标签的位置坐标是否有跨越电子安全围栏行为，如果有跨越行为则触发安全告警并转至步骤S7，如果没有跨越行为则转至步骤S5；
S5：判断定位标签是否为作业机具，如果不是作业机具则转至步骤S7，如果是作业机具则转至步骤S6，所述作业机具包括有：吊车、高空作业车；
S6：判断与周边设备或设施距离是否大于预设值，如果大于预设值则转至步骤S7，如果小于或等于预设值则触发安全告警并转至步骤S7；
S7：将坐标转换映射至三维模型中展示，并结束流程。
本方案中，所述带电设备防触电区域为按变电站内变电设备的各电压等级安全距离设定。
本方案中，步骤S1中电子安全围栏的生成流程为：
S101：选定工作票自动获取工作票信息，读取工作票中工作地点信息；
S102：根据工作地点信息查询工作地点设备的空间位置信息，划定作业区域生成电子安全围栏；
S103：判定电子安全围栏是否符合工作票作业范围，如果不符合工作票作业范围则进行修正，如果符合工作票作业范围则计算电子安全围栏内的三维坐标；
S104：按预设规则生成电子安全围栏边界预警区域，将电子安全围栏及边界预警区域与工作票关联并保存。
本方案中，步骤S2所述实时计算定位标签的位置是通过基于UWB信号的交点质心三维定位算法及非对称双边双向测距原理的UWB信号测距实现。
本方案中，步骤S4判断是否有跨越电子安全围栏行为，如果有则触发安全告警，具体判定过程为：定位标签的位置坐标从生成的电子安全围栏内消失，则判定发生了电子安全围栏的跨越行为，并触发安全告警，所述安全告警为越界告警。
本方案中，所述定位标签设置在现场工作人员、吊车拐臂或高空作业车平台上，所述定位标签均在工作票许可时，与工作票工作人员、大型机具、司机进行匹配，使其相互关联，每个定位标签的绑定具体对象，并实现作业围栏内作业人数的统计。
本方案中，所述安全告警为声光告警、报文告警、短信告警中的一种或多种方式。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明基于定位标签、定位基站、定位子站构建变电站及设施的三维模型，通过实时计算作业人员及机具的位置映射至三维模型中，实现对现场作业人员及机具的作业监控及安全告警。
附图说明
图1为本发明一种变电站三维可视化作业监控系统框图。
图2为本发明一种变电站三维可视化作业监控系统控制方法流程图。
图3为本发明电子安全围栏的生成流程图。
图4为本发明基于UWB信号的交点质心三维定位算法原理图。
图5为本发明非对称双边双向测距原理的UWB信号测距原理图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1所示，本发明第一发明提供了一种变电站三维可视化作业监控系统，包括有：系统主站、三维建模服务器、定位子站、定位基站、定位标签，所述系统主站分别与三维建模服务器、定位子站通讯连接，所述定位子站与定位基站光通信连接，所述定位基站与定位标签无线通信连接，
其中，所述三维建模服务器用于对变电站的设施及设备进行三维建模并构建成三维模型数据库，所述定位基站用于空间测距获取测距信息，所述定位标签为便携式装置，用于接收并发射脉冲信号，与定位基站配合，实现测距，所述定位子站用于接收定位基站的测距信息实时计算定位三维坐标，并将定位三维坐标数据上传至系统主站；所述系统主站接收的数据通过坐标转换将定位三维坐标映射至已构建的变电站三维模型场景中。
在一个具体的实施例中，所述三维建模服务器可以采用三维激光扫描或摄像机影像拍摄辅助手段进行变电站三维数据的采集，并对变电站的设施及设备进行三维建模并构建成三维模型数据库，实现数据库的管理与维护功能，所述定位基站可以是快速测量装置，通过UWB定位信号技术或通过基于激光的空间距离传感技术发射脉冲信号并接收反射信号实现测距；所述定位标签为便携式装置，可以设置在检修现场的工作人员身上、吊车拐臂或高空作业车平台上，用于接收并发射脉冲信号，与定位基站配合，实现测距；
本方案中，所述定位基站与定位标签之间采用基于UWB信号或基于激光信号的无线通信。
如图2所示，本发明第二方面提供了一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：利用与带电设备距离不足区域生成并计算带电设备防触电区域坐标，根据工作票信息自动生成电子安全围栏及其边界预警区域，并计算电子安全围栏内及其边界预警区域内坐标；
S2：实时计算定位标签的位置坐标判断其是否在电子安全围栏内，如果定位标签位置坐标不在电子安全围栏内，则进一步判断定位标签的位置坐标是否在带电设备防触电区域内，如果不在带电设备防触电区域内则转至步骤S7，如果在带电设备防触电区域内则触发安全告警并转至步骤S7；如果定位标签的位置在电子安全围栏内则转至步骤S3；
S3：判断定位标签的位置坐标是否在电子安全围栏边界预警区域，如果在电子安全围栏边界预警区域内，则现场预警提醒并转至步骤S7，如果不在电子安全围栏边界预警区域则转至步骤S4；
S4：判断定位标签的位置坐标是否有跨越电子安全围栏行为，如果有跨越行为则触发安全告警并转至步骤S7，如果没有跨越行为则转至步骤S5；
S5：判断定位标签是否为作业机具，如果不是作业机具则转至步骤S7，如果是作业机具则转至步骤S6，所述作业机具包括有：吊车、高空作业车；
S6：判断与周边设备或设施距离是否大于预设值，如果大于预设值则转至步骤S7，如果小于或等于预设值则触发安全告警并转至步骤S7；
S7：将坐标转换映射至三维模型中展示，并结束流程。
本方案中，所述带电设备防触电区域为按变电站内变电设备的各电压等级安全距离设定。
如图3所示，本方案中，步骤S1中电子安全围栏的生成流程为：
S101：选定工作票自动获取工作票信息，读取工作票中工作地点信息；
S102：根据工作地点信息查询工作地点设备的空间位置信息，划定作业区域生成电子安全围栏；
S103：判定电子安全围栏是否符合工作票作业范围，如果不符合工作票作业范围则进行修正，如果符合工作票作业范围则计算电子安全围栏内的三维坐标；
S104：按预设规则生成电子安全围栏边界预警区域，将电子安全围栏及边界预警区域与工作票关联并保存。
需要说明的是，所述边界预警区域为在电子安全围栏内距离电子安全围栏边界设定值处所围成的区域，实现现场工作人员、吊车或高空作业车等大型机具的跨越围栏的事先告警功能。
所述告警功能与定位标签的实时位置均可在变电站已构建的三维模型中展示，实现现场作业监控的可视化。
本方案中，步骤S2所述实时计算定位标签的位置是通过基于UWB信号的交点质心三维定位算法及非对称双边双向测距原理的UWB信号测距实现。
更具体地，如图4所示，所述基于UWB信号的交点质心三维定位算法具体过程为：如图所示，在三维空间中有4个不同平面的定位基站Bi(i＝1,2,3,4)坐标(xi，yi，zi)为已知点，定位标签(x，y，z)至各定位基站Bi(i＝1,2,3,4)的距离ri由UWB定位测距所得，以ri为半径，定位基站Bi为球心画4个球，将所述4个球的球心两两连接，形成的连线与两球面相交于4点，取中间(按任意一坐标排序)的两个交点作为参考点，按此方法可选取12个参考点，最后求取所述12个参考点的质心即可估算出该定位标签的实际位置。
更具体地，如图5所示，所述非对称双边双向测距原理过程如下，如图所示，基站A发射UWB或激光信号，经传输时间T定位标签B接收到信号后，标签B经延时时间T延时后，再发送信息返回给基站A，在基站A接收到标签B的信号后，无需等待立马发送信息返回给B。根据两次信号往返时延TA＝2T+T延时和TB＝2T可计算出传输时间
Figure BDA0002412948000000061
其中TA、TB为已知。
需要说明的是，实时计算定位标签的位置还可以通过多层全向激光脉冲，形成作业区域的三维空间信息视图，利用空间数据智能分析算法，实时识别作业区域内定位标签的实时位置。
本方案中，步骤S4判断是否有跨越电子安全围栏行为，如果有则触发安全告警，具体判定过程为：定位标签的位置坐标从生成的电子安全围栏内消失，则判定发生了电子安全围栏的跨越行为，并触发安全告警，所述安全告警为越界告警。
本方案中，所述定位标签设置在现场工作人员、吊车拐臂或高空作业车平台上，所述定位标签均在工作票许可时，与工作票工作人员、大型机具、司机进行匹配，使其相互关联，每个定位标签的绑定具体对象，并实现作业围栏内作业人数的统计。
本方案中，所述安全告警为声光告警、报文告警、短信告警中的一种或多种方式。更具体地，在作业现场通过声光报警方式通知具体的检修现场工作人员，在后台通过声光+报文+短信方式通知变电站值班人员。
需要说明的是，所述的定位标签的实时位置均可在变电站已构建的三维模型中形成运动轨迹并保存记录，实现事后追溯功能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站三维可视化作业监控系统，其特征在于，包括有：系统主站、三维建模服务器、定位子站、定位基站、定位标签，所述系统主站分别与三维建模服务器、定位子站通讯连接，所述定位子站与定位基站光纤通信连接，所述定位基站与定位标签无线通信连接，
其中，所述三维建模服务器用于对变电站的设施及设备进行三维建模并构建成三维模型数据库，所述定位基站用于空间测距获取测距信息并接收与发射脉冲信号，所述定位标签为便携式装置，用于接收并发射脉冲信号，与定位基站配合，实现测距，所述定位子站用于接收定位基站的测距信息实时计算定位三维坐标，并将定位三维坐标数据上传至系统主站；所述系统主站接收的数据通过坐标转换将定位三维坐标映射至已构建的变电站三维模型场景中。
2.根据权利要求1所述的一种变电站三维可视化作业监控系统，其特征在于，所述定位基站与定位标签之间采用基于UWB信号或基于激光信号的无线通信。
3.一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用与带电设备距离不足区域生成并计算带电设备防触电区域坐标，根据工作票信息自动生成电子安全围栏及其边界预警区域，并计算电子安全围栏内及其边界预警区域内坐标；
S2：实时计算定位标签的位置坐标判断其是否在电子安全围栏内，如果定位标签位置坐标不在电子安全围栏内，则进一步判断定位标签的位置坐标是否在带电设备防触电区域内，如果不在带电设备防触电区域内则转至步骤S7，如果在带电设备防触电区域内则触发安全告警并转至步骤S7；如果定位标签的位置在电子安全围栏内则转至步骤S3；
S3：判断定位标签的位置坐标是否在电子安全围栏边界预警区域，如果在电子安全围栏边界预警区域内，则现场预警提醒并转至步骤S7，如果不在电子安全围栏边界预警区域则转至步骤S4；
S4：判断定位标签的位置坐标是否有跨越电子安全围栏行为，如果有跨越行为则触发安全告警并转至步骤S7，如果没有跨越行为则转至步骤S5；
S5：判断定位标签是否为作业机具，如果不是作业机具则转至步骤S7，如果是作业机具则转至步骤S6，所述作业机具包括有：吊车、高空作业车；
S6：判断与周边设备或设施距离是否大于预设值，如果大于预设值则转至步骤S7，如果小于或等于预设值则触发安全告警并转至步骤S7；
S7：将坐标转换映射至三维模型中展示，并结束流程。
4.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，所述带电设备防触电区域为按变电站内变电设备的各电压等级安全距离设定。
5.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，步骤S1中电子安全围栏的生成流程为：
S101：选定工作票自动获取工作票信息，读取工作票中工作地点信息；
S102：根据工作地点信息查询工作地点设备的空间位置信息，划定作业区域生成电子安全围栏；
S103：判定电子安全围栏是否符合工作票作业范围，如果不符合工作票作业范围则进行修正，如果符合工作票作业范围则计算电子安全围栏内的三维坐标；
S104：按预设规则生成电子安全围栏边界预警区域，将电子安全围栏及边界预警区域与工作票关联并保存。
6.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，步骤S2所述实时计算定位标签的位置坐标是通过基于UWB信号的交点质心三维定位算法及非对称双边双向测距原理的UWB信号测距实现。
7.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，步骤S4判断是否有跨越电子安全围栏行为，如果有则触发安全告警，具体判定过程为：定位标签的位置坐标从生成的电子安全围栏内消失，则判定发生了电子安全围栏的跨越行为，并触发安全告警，所述安全告警为越界告警。
8.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，所述定位标签设置在现场工作人员安全帽上、吊车拐臂或高空作业车平台上，所述定位标签均在工作票许可时，与工作票工作人员、大型机具、司机进行匹配，使其相互关联，每个定位标签的绑定具体对象，并实现作业围栏内作业人数的统计。
9.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，所述安全告警为声光告警、报文告警、短信告警中的一种或多种方式。
10.根据权利要求3所述的一种变电站三维可视化作业监控系统的控制方法，其特征在于，步骤S7所述将坐标转换映射至三维模型中展示是将所有告警功能与定位标签的实时位置通过坐标转换在变电站三维模型中展示，实现现场作业监控的可视化。
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