CN113483782A - 基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全预警系统，公开了一种基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警系统及方法，该系统包括激光雷达、GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，处理器，其用于接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的位置姿态测量数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离进行报警，再根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数判断带电作业人员是否采取了安全的姿势进行报警。本发明通过提前预测带电作业人员运动轨迹及姿态以实现提前提醒，加强了带电作业的安全性。

Description

基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警系统及方法

技术领域

本发明涉及一种安全预警系统，尤其涉及一种基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警系统及方法。

背景技术

输电线路带电作业主要是为了检测输电线路的运行状况，确保区域供电稳定。输电线路属于高压输电系统，带电作业危险系数较高，要想避免安全事故的发生就必须要重视起安全防护工作。

目前主要的安全防护工作有两类：一类是通过调整带电作业中导体电位、地电容，提高电场强度防护安全性或合理控制输电线路带电作业的静电感应对输电线路进行安全性设置；一类是利用带电作业屏蔽服、静电防护服、重视带电作业操作人员安全培训等方式设置带电作业防护设备。这两类安全防护虽然都能起到安全防护作用，但不能提前预测带电作业人员的行动，也就无法提前提醒带电作业人员下一步操作的危险性，尤其是在设备发生故障的情况下，也就丧失了对带电作业的安全防护功效。

发明内容

本发明针对现有技术中不能提前预测带电作业人员的行动的问题，提出一种通过提前预测带电作业人员运动轨迹及姿态以实现提前提醒的基于位置预测的输电线路带电作业安全预警系统及其方法。

基于位置预测的输电线路带电作业安全预警系统包括：激光雷达，其用于扫描需带电作业的输电线路的三维数据；GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，其设置在带电作业屏蔽服上，用于实时获取带电作业人员的位置和姿态；处理器，其用于接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的位置姿态测量数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离是否大于相应预设的安全距离阈值，若是，则不报警，否则，输出距离报警信息至报警装置，根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数判断带电作业人员是否采取了安全的姿势，若是，则不报警；否则，输出姿态报警信息至报警装置；报警装置，在接收到处理器的报警信息时，进行报警。

基于位置预测的输电线路带电作业安全预警方法包括以下步骤：

(1)利用激光雷达扫描需带电作业的输电线路的三维数据；

(2)利用带电作业屏蔽服上的GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，实时获取带电作业人员的位置和姿态；

(3)利用处理器接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的地理位置姿态数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离是否大于相应预设的安全距离阈值，若是，则不报警，否则，输出距离报警信息至报警装置，根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数以判断带电作业人员是否采取了安全的姿势，若是，则不报警；否则，输出姿态报警信息至报警装置；

(4)报警装置在接收到处理器的报警信息时，进行报警。

其中，利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态具体步骤为：

带电作业人员的状态表示为向量X＝(x,y,z,ax,ay,az,vx,vy,w,γ)T，其中x,y,z表示带电作业人员的三轴坐标值，ax,ay,az表示带电作业人员采集点的三轴加速度值，vx,vy表示带电作业人员采集点的纵向速度和侧向速度，w表示带电作业人员采集点的横摆角，γ表示带电作业人员采集点的航向角；

位置姿态向量的状态方程和观测方程为：

G_t+1＝H(X_t+1，ε_t+1，t+1)

预测方程和误差协方差为：

Xt为t时刻带电作业人员的位置姿态向量；G_t+1为t+1下一预测时刻带电作业人员的观测向量；δt为系统噪声，ε_t+1为观测噪声；φ(·)为状态方程；H(·)为观察方程，P(t)为t时刻带电作业人员的误差向量，Q为随机误差。

其中，根据预测得到的位置实时计算预测距离的具体方式为：利用带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离，输电线路的分布轨迹为：

S_e＝(S₁，S₂，S₃......S_i)，

其中S_i＝(h_i，vx_i，vy_i)表示输电线上第i个点的高程及平面坐标，

其中，带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离用D表示，具体计算方式为：

D_t+1＝Dh_t+1+Dv_t+1

其中，垂直距离的计算公式为：

水平距离的计算公式为：

其中，带电作业人员的预测姿态参数可以表示为：

本申通过提前预测带电作业人员运动轨迹及姿态以实现提前提醒，加强了带电作业的安全性。

附图说明

图1是基于位置预测的输电线路带电作业安全预警系统构成图；

图2是基于位置预测的输电线路带电作业安全预警方法实现过程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

基于位置预测的输电线路带电作业安全预警系统包括：激光雷达，其用于扫描需带电作业的输电线路的三维数据；GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，其设置在带电作业屏蔽服上，用于实时获取带电作业人员的位置和姿态；处理器，其用于接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的位置姿态测量数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离是否大于相应预设的安全距离阈值，若是，则不报警，否则，输出距离报警信息至报警装置，根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数判断带电作业人员是否采取了安全的姿势，若是，则不报警；否则，输出姿态报警信息至报警装置；报警装置，在接收到处理器的报警信息时，进行报警。

基于位置预测的输电线路带电作业安全预警方法包括以下步骤：

(1)利用激光雷达扫描需带电作业的输电线路的三维数据；

(2)利用带电作业屏蔽服上的GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，实时获取带电作业人员的位置和姿态；

(3)利用处理器接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的地理位置姿态数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离是否大于相应预设的安全距离阈值，若是，则不报警，否则，输出距离报警信息至报警装置，根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数以判断带电作业人员是否采取了安全的姿势，若是，则不报警；否则，输出姿态报警信息至报警装置；

(4)报警装置在接收到处理器的报警信息时，进行报警。

其中，利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态具体步骤为：

带电作业人员的状态表示为向量X＝(x,y,z,ax,ay,az,vx,vy,w,γ)T，其中x,y,z表示带电作业人员的三轴坐标值，ax,ay,az表示带电作业人员采集点的三轴加速度值，vx,vy表示带电作业人员采集点的纵向速度和侧向速度，w表示带电作业人员采集点的横摆角，γ表示带电作业人员采集点的航向角；

位置姿态向量的状态方程和观测方程为：

G_t+1＝H(X_t+1，ε_t+1，t+1)

预测方程和误差协方差为：

Xt为t时刻带电作业人员的位置姿态向量；G_t+1为t+1下一预测时刻带电作业人员的观测向量；δt为系统噪声，ε_t+1为观测噪声；φ(·)为状态方程；H(·)为观察方程，P(t)为t时刻带电作业人员的误差向量，Q为随机误差。

其中，根据预测得到的位置实时计算预测距离的方式为：利用带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离，输电线路的分布轨迹为：S_e＝(S₁，S₂，S₃......S_i)，

其中S_i＝(h_i，vx_i，vy_i)表示输电线上第i个点的高程及平面坐标，

其中，带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离用D表示，具体计算方式为：

D_t+1＝Dh_t+1+Dv_t+1

其中，垂直距离的计算公式为：

水平距离的计算公式为：

其中，带电作业人员的预测姿态参数可以表示为：

报警的方式可以是语音、振动、响铃。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警系统，其特征在于：该系统包括：激光雷达，其用于扫描需带电作业的输电线路的三维数据；GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，其设置在带电作业屏蔽服上，用于实时获取带电作业人员的位置和姿态；处理器，其用于接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的位置姿态测量数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离是否大于相应预设的安全距离阈值，根据预测得到的位置实时计算预测距离的具体方式为：

利用带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离，输电线路的分布轨迹为：S_e＝(S₁，S₂，S₃......S_i)，

其中S_i＝(h_i，vx_i，vy_i)表示输电线上第i个点的高程及平面坐标，

其中，带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离用D表示，具体计算方式为：

D_t+1＝Dh_t+1+Dv_t+1

其中，垂直距离的计算公式为：

水平距离的计算公式为：

根据预测得到的位置实时计算预测距离大于相应预设的安全距离阈值，则不报警，否则，输出距离报警信息至报警装置，根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数判断带电作业人员是否采取了安全的姿势，若是，则不报警；否则，输出姿态报警信息至报警装置；报警装置，在接收到处理器的报警信息时，进行报警。

2.根据权利要求1所述基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警系统，其特征在于：报警的方式可以是语音、振动、响铃中的一种或多种。

3.基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警方法，其特征在于包括以下步骤：(1)利用激光雷达扫描需带电作业的输电线路的三维数据；(2)利用带电作业屏蔽服上的GPS定位装置、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪，实时获取带电作业人员的位置和姿态；(3)利用处理器接收需带电作业的输电线路的三维数据，构建出输电线路的三维立体图，实时接收带电作业人员的地理位置姿态数据，并利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，根据预测得到的位置实时计算预测距离是否大于相应预设的安全距离阈值，根据预测得到的位置实时计算预测距离的具体方式为：

利用带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离，输电线路的分布轨迹为：S_e＝(S₁，S₂，S₃......S_i)，

其中S_i＝(h_i，vx_i，vy_i)：表示输电线上第i个点的高程及平面坐标，

其中，带电作业人员运行轨迹与输电线路分布轨迹的预测距离用D表示，具体计算方式为：

D_t+1＝Dh_t+1+Dv_t+1

其中，垂直距离的计算公式为：

水平距离的计算公式为：

根据预测得到的位置实时计算预测距离大于相应预设的安全距离阈值时，则不报警，否则，输出距离报警信息至报警装置，根据预测得到的姿态实时计算预测姿态参数以判断带电作业人员是否采取了安全的姿势，若是，则不报警；否则，输出姿态报警信息至报警装置；(4)报警装置在接收到处理器的报警信息时，进行报警。

4.根据权利要求3所述基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警方法，其特征在于：利用测量数据得到的位置姿态数据预测作业人员的位置姿态，具体步骤为：

带电作业人员的状态表示为向量X＝(x，y，z，ax，ay，az，vx，vy，w，γ)T，其中x，y，z表示带电作业人员的三轴坐标值，ax，ay，az表示带电作业人员采集点的三轴加速度值，vx，vy表示带电作业人员采集点的纵向速度和侧向速度，w表示带电作业人员采集点的横摆角，γ表示带电作业人员采集点的航向角；

位置姿态向量的状态方程和观测方程为：

G_t+1＝H(X_t+1，ε_t+1，t+1)

预测方程和误差协方差为：

Xt为t时刻带电作业人员的位置姿态向量；G_t+1为t+1下一预测时刻带电作业人员的观测向量；δt为系统噪声，ε_t+1为观测噪声；φ(·)为状态方程；H(·)为观察方程，P(t)为t时刻带电作业人员的误差向量，Q为随机误差。

5.根据权利要求3所述基于位置预测的输电线路带电作业的安全预警方法，其特征在于：带电作业人员的预测姿态参数可以表示为：

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