CN112213790A - 一种接地网的拓扑结构的探测方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种接地网的拓扑结构的探测方法以及装置，该方法包括：采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，接地网中注入有恒幅正弦电流；根据多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；对拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；对小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得接地网的拓扑结构的成像图；根据接地网的拓扑结构的成像图，确定接地网中导体的敷设深度。这样，利用小波边缘检测可以从背景场中剥离出各导体段的磁场垂直分量梯度特征，减轻了磁场叠加对定位精度带来的影响，实现了对接地网的拓扑结构的有效探测。

Description

一种接地网的拓扑结构的探测方法以及装置
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种接地网的拓扑结构的探测方法以及装置。
背景技术
现有的管线探测设备的探测目标一般为50m长度的直管线，即使是小管径的电缆，其绝缘层也避免了激励信号向土壤的散流，特征也更加突出。而接地网导体网格错综复杂，网格间距一般在3m～7m，不符合管线探测设备的探测尺度要求。而且变电站的电磁环境比较复杂，电力系统瞬态响应等带来的信号混乱都会导致管线探测设备无法直接运用于接地网的拓扑结构探测中。因此，现有技术中，无法对接地网的拓扑结构进行有效探测。
发明内容
本申请提供了一种接地网的拓扑结构的探测方法以及装置，以解决现有技术中，无法对接地网的拓扑结构进行有效探测的问题。
第一方面，本发明提供了一种接地网的拓扑结构的探测方法，包括：
采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；
根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；
对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；
对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；
根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。
可选的，所述根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵，包括：
对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据；
对所述滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得所述拟合磁场分布数据矩阵。
可选的，所述对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据，包括：
根据所述恒幅正弦电流的频率，对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
可选的，在所述根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度的步骤之前，所述方法还包括：
设置定位测线；
所述根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度，包括：
根据所述接地网的拓扑结构的成像图以及所述定位测线，确定所述接地网中导体的敷设深度。
第二方面，本发明还提供了一种接地网的拓扑结构的探测装置，包括：
采集模块，用于采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；
获取模块，用于根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；
边缘检测处理模块，用于对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；
纹波消除处理模块，用于对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；
确定模块，用于根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。
可选的，所述获取模块包括：
滤波处理子模块，用于对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据；
拟合子模块，用于对所述滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得所述拟合磁场分布数据矩阵。
可选的，所述滤波处理子模块具体用于根据所述恒幅正弦电流的频率，对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
可选的，所述接地网的拓扑结构的探测装置还包括：
设置模块，用于设置定位测线；
所述确定模块具体用于根据所述接地网的拓扑结构的成像图以及所述定位测线，确定所述接地网中导体的敷设深度。
由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种接地网的拓扑结构的探测方法以及装置，采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。这样，利用小波边缘检测可以从背景场中剥离出各导体段的磁场垂直分量梯度特征，减轻了磁场叠加对定位精度带来的影响。同时，小波变换具有较强的抗噪声能力，可以良好地压制测量过程中引入的误差，鲁棒性较好，实现了对接地网的拓扑结构的有效探测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
图1为本发明提供的一种接地网的拓扑结构的探测方法的流程图；
图2为本发明提供的一种接地网的示意图；
图3为本发明提供的一种接地网的拓扑结构的探测装置的结构图；
图4为本发明提供的另一种接地网的拓扑结构的探测装置的结构图；
图5为本发明提供的另一种接地网的拓扑结构的探测装置的结构图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1，图1是本发明提供的一种接地网的拓扑结构的探测方法的流程图。如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流。
在步骤101中，如图2所示，为一种接地网的示意图。可以在远离电源引线的区域沿着假想的坐标轴方向布置间距较规则的多个测点，并设置一个参考测点作为导体定位坐标系的参考，记录测点之间的间距。还可以将固定频率的恒幅正弦电流经接地引下线注入接地网并抽出。可以采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量。例如，可以利用磁场信号采集系统测量每个测点处变电站地表磁感应强度垂直分量，进而可以在上位机中保存每个测点处磁场波形记录。
步骤102、根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵。
在步骤102中，可以根据多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵。
可选的，所述根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵，包括：
对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据；
对所述滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得所述拟合磁场分布数据矩阵。
需要说明的是，测量的磁场中可能掺杂大量干扰，特别是来自于变电站的电气设备及母线等的工频干扰。因此，可以对多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。例如，可以在MATLAB环境下读取每个测点处记录的磁场，采用带通滤波器进行数字滤波，将结果保存到一个按测点方位排列的原始测量磁场数据矩阵，其行列数分别与测点在各坐标轴方向上的数量相同。
接下来，可以对滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得拟合磁场分布数据矩阵。由测点数据生成整个测面的近似磁场分布。可以将测点数据同测点布置的间距一同作为输入，设置期望拟合的测试点的间距，选取高斯型权函数并设置其参数为3.0。为了方便后续小波边缘检测运算，表征测面磁场分布的矩阵行、列上的像素点应尽量设置成为1024的整数倍。矩阵的每个像素点代表假想坐标系上一个具体位置，元素的大小表征映射在假想坐标系上此位置处的磁感应强度大小。
可选的，所述对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据，包括：
根据所述恒幅正弦电流的频率，对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
进一步的，还可以根据注入接地网中的恒幅正弦电流的频率，对多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
步骤103、对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵。
在步骤103中，可以对拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵。
步骤104、对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图。
在步骤104中，需要说明的是，步骤103中得到的小波系数矩阵整体上包含大量纹波，还需要滤除不利于导体定位的因素。因此，可以对小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得接地网的拓扑结构的成像图，即可以获得一个视觉化呈现的接地网的拓扑结构的成像图。小波边缘检测还可以在一定程度上消除测点位置偏差和拟合阶段带来的误差。
步骤105、根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。
在步骤105中，可以根据接地网的拓扑结构的成像图，确定接地网中导体的敷设深度。
可选的，在所述根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度的步骤之前，所述方法还包括：
设置定位测线；
所述根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度，包括：
根据所述接地网的拓扑结构的成像图以及所述定位测线，确定所述接地网中导体的敷设深度。
进一步的，还可以设置定位测线，进而可以根据接地网的拓扑结构的成像图以及所设置的定位测线，确定接地网中导体的敷设深度。例如，可以设置定位测线上小波边缘检测结果曲线与该测线上拟合的原始磁场分布曲线同绘。计算小波边缘检测局部模极大值所处像素点在假想坐标系上对映的位置定位导体，计算小波边缘检测模极大值点和原始磁场中与其相邻的极值点之间平面坐标的垂直距离，进而可以根据计算结果确定当前导体的敷设深度。
需要说明的是，接地网导体网格错综复杂，网格间距一般在3m～7m，不符合管线探测设备的探测尺度要求。而且变电站的电磁环境比较复杂，电力系统瞬态响应等带来的信号混乱都会导致管线探测设备无法直接运用于接地网的拓扑结构探测中。因此，现有技术中，无法对接地网的拓扑结构进行有效探测。
而在本发明中，利用小波边缘检测可以从背景场中剥离出各导体段的磁场垂直分量梯度特征，减轻了磁场叠加对定位精度带来的影响。同时，小波变换具有较强的抗噪声能力，可以良好地压制测量过程中引入的误差，鲁棒性较好，实现了对接地网的拓扑结构的有效探测。
由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种接地网的拓扑结构的探测方法，采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。这样，利用小波边缘检测可以从背景场中剥离出各导体段的磁场垂直分量梯度特征，减轻了磁场叠加对定位精度带来的影响。同时，小波变换具有较强的抗噪声能力，可以良好地压制测量过程中引入的误差，鲁棒性较好，实现了对接地网的拓扑结构的有效探测。
参见图3，图3是本发明提供的一种接地网的拓扑结构的探测装置的结构图。如图3所示，接地网的拓扑结构的探测装置300包括采集模块301、获取模块302、边缘检测处理模块303、纹波消除处理模块304和确定模块305，其中：
采集模块301，用于采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；
获取模块302，用于根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；
边缘检测处理模块303，用于对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；
纹波消除处理模块304，用于对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；
确定模块305，用于根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。
可选的，如图4所示，所述获取模块302包括：
滤波处理子模块3021，用于对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据；
拟合子模块3022，用于对所述滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得所述拟合磁场分布数据矩阵。
可选的，所述滤波处理子模块3021具体用于根据所述恒幅正弦电流的频率，对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
可选的，如图5所示，所述接地网的拓扑结构的探测装置还包括：
设置模块306，用于设置定位测线；
所述确定模块305具体用于根据所述接地网的拓扑结构的成像图以及所述定位测线，确定所述接地网中导体的敷设深度。
接地网的拓扑结构的探测装置300能够实现图1的方法实施例中接地网的拓扑结构的探测装置实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。且接地网的拓扑结构的探测装置300可以实现利用小波边缘检测从背景场中剥离出各导体段的磁场垂直分量梯度特征，减轻了磁场叠加对定位精度带来的影响。同时，小波变换具有较强的抗噪声能力，可以良好地压制测量过程中引入的误差，鲁棒性较好，实现了对接地网的拓扑结构的有效探测。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种接地网的拓扑结构的探测方法，其特征在于，包括：
采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；
根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；
对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；
对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；
根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵，包括：
对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据；
对所述滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得所述拟合磁场分布数据矩阵。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据，包括：
根据所述恒幅正弦电流的频率，对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度的步骤之前，所述方法还包括：
设置定位测线；
所述根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度，包括：
根据所述接地网的拓扑结构的成像图以及所述定位测线，确定所述接地网中导体的敷设深度。
5.一种接地网的拓扑结构的探测装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集在接地网上方所设置的多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，其中，所述接地网中注入有恒幅正弦电流；
获取模块，用于根据所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量，获取拟合磁场分布数据矩阵；
边缘检测处理模块，用于对所述拟合磁场分布数据矩阵进行边缘检测处理，获得表征磁场边缘信息的小波系数矩阵；
纹波消除处理模块，用于对所述小波系数矩阵进行纹波消除处理，获得所述接地网的拓扑结构的成像图；
确定模块，用于根据所述接地网的拓扑结构的成像图，确定所述接地网中导体的敷设深度。
6.如权利要求5所述的接地网的拓扑结构的探测装置，其特征在于，所述获取模块包括：
滤波处理子模块，用于对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据；
拟合子模块，用于对所述滤波后的磁场数据进行移动最小二乘拟合，获得所述拟合磁场分布数据矩阵。
7.如权利要求6所述的接地网的拓扑结构的探测装置，其特征在于，所述滤波处理子模块具体用于根据所述恒幅正弦电流的频率，对所述多个测点中每个测点处的地表磁感应强度垂直分量进行滤波处理，获得滤波后的磁场数据。
8.如权利要求5至7中任一项所述的接地网的拓扑结构的探测装置，其特征在于，所述接地网的拓扑结构的探测装置还包括：
设置模块，用于设置定位测线；
所述确定模块具体用于根据所述接地网的拓扑结构的成像图以及所述定位测线，确定所述接地网中导体的敷设深度。
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