CN113905327A - 一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，采用输电线路塔杆上的定位基站和工程车辆上的定位基站进行通信组网，并在组网的基础上构建出平面坐标系，生成虚拟电子围栏；步骤2，采集所述工程车辆吊臂位置上定位终端的位置信息，获取所述工程车辆吊臂的运行角度和伸缩长度，并采用所述运行角度和伸缩长度对所述工程车辆吊臂进行三维定位；步骤3，基于所述工程车辆吊臂的三维定位信息和虚拟电子围栏进行比较，以生成所述工程车辆吊臂的安全预警。本发明方法使电力运维人员、工程车辆操作人员、其他相关施工单元相互配合、安全生产，规避了工程风险，保证了电力输送廊道的安全。

Description

一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统输电线保护领域，更具体地，涉及一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法及系统。

背景技术

目前，输电线路作为电力传输的重要通道和载体，是电力系统的重要组成部分。然而，输电线路附近危险区域违规施工所导致的短路、跳闸等事故频繁发生，已经严重影响到了电力系统的安全，因此需要对输电线路的工程车辆施工进行监测，防止其外力破坏输电线路。

现有技术中，针对输电线路防外破的问题所采用的解决手段，主要是采用视频识别技术、超声技术、雷达技术、红外传感技术等，配合无线组网技术，设计出了能够准确指示报警距离的低成本在线监测装置。另外，也有部分基于移动侦测算法的研究，通过设计输电线路防外力监测与预警系统，实现了对线路保护区内存在塔吊、吊车等大型机械设备的施工场所进行监控。

除此之外，利用视频图像对输电线路场景进行三维重建，能够利用前端智能识别技术对大型运动目标进行实时的匹配，来确定运动目标与输电线路的位置和距离。基于3G无线网络的智能视频监控系统，嫩巩固采用微波雷达对射传感器实现外破行为监控。针对输电设施防盗问题，设计实现微波感应式电力线防盗在线监测系统。

同时，随着物联网研究的兴起，物联网技术和新型传感技术也开始被应用于输电线路防外力破坏的场景中。因此，出现了视频监控、激光、磁场检测和红外等新型防外破技术。然而，视频监控技术受监控范围和有效性的限制，对环境因素要求高，不具有安全警示和风险预警的功能。激光技术虽然具有测量精度高的特点，但其功耗大，对于有效监控固定方向和距离的外力入侵仍然存在一定的局限性。同时，磁场监测技术虽然具有成本低、技术难度低的特点，但大型机械设备为金属材质，由于此常检测技术对磁场较为敏感，容易因大型机械设备而产生磁场屏蔽，因此导致测量精度低、误报率高。另外，红外技术也仅适用于杆塔附近近距离范围的防外力破坏，对于人或者其他红外发射源的预警则具有很大的局，另外这种技术容易受到环境因素的影响，应用过程中限制较大。

由于上述的各种技术均存在一定程度的局限性，因此亟需一种新的输电线路防外破报警方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法及系统，通过对输电线路塔杆、工程车辆、工程车辆吊臂进行组网定位，结合工程车辆吊臂上的惯性导航数据同时实现对于工程车辆吊臂的高空定位和垂直定位，从而实现工程车辆在输电线路走廊等危险地段施工时对输电线路的安全防护。

本发明采用如下的技术方案。本发明第一方面，涉及一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其中，方法包括以下步骤：步骤1，采用输电线路塔杆上的定位基站和工程车辆上的定位基站进行通信组网，并在组网的基础上构建出平面坐标系，生成虚拟电子围栏；步骤2，采集工程车辆吊臂位置上定位终端的位置信息，获取工程车辆吊臂的运行角度和伸缩长度，并采用运行角度和伸缩长度对工程车辆吊臂进行三维定位；步骤3，基于工程车辆吊臂的三维定位信息和虚拟电子围栏进行比较，以生成工程车辆吊臂的安全预警。

优选地，步骤1中通信组网的方式为：以工程车辆上的定位基站作为主基站，以与工程车辆距离最近的两个输电线路塔杆上的定位基站作为从基站，进行通信组网。

优选地，主基站通过广播方式发送请求信号；从基站基于主基站发送的请求信号进行回应，并向主基站发送从基站的位置信息、高度信息、编号信息；主基站配置并存储从基站的信息，以实现通信组网。

优选地，当通信组网完成后，主基站向从基站发送同步信号；从基站基于主基站发出的同步信号实现与主基站的同步。

优选地，主基站和从基站基于北斗定位/授时技术实现同步。

优选地，在通信组网之前，对定位现场中的定位基站进行初始化设置，为每一个定位基站分配编号信息。

优选地，当识别到主基站、从基站之间存在通信遮挡时，向已经完成的通信组网中增加定位基站。

优选地，当从基站识别到主基站无法成功接收或发送位置信息时，从基站中的一个响应为临时主基站。

优选地，主基站向通信组网中所有的从基站发送定位请求；当前从基站基于定位请求向主基站发送位置信息；主基站基于主基站的位置信息和当前从基站发送的位置信息判定当前从基站的相对位置，并向其他的从基站共享当前从基站的相对位置信息。

优选地，主基站和从基站的位置信息是基于北斗全球定位系统获取的。

优选地，相对位置信息为主基站和从基站的坐标信息。

优选地，对主基站和从基站进行基站测距，以获得基站间的实际距离；基于基站的坐标信息获得基站间的测试距离；对比基站间的实际距离与测试距离之间的偏差，对基站的坐标信息进行调整。

优选地，定位终端向主基站发送定位脉冲信号；主基站基于定位终端的定位脉冲信号和平面坐标系换算出定位终端的坐标信息；基于定位终端的坐标信息，模拟出工程车辆吊臂的待确认运行角度和待确认伸缩长度。

优选地，定位终端向主基站发送惯性导航数据；惯性导航数据用于对工程车辆吊臂的待确认运行角度和待确认伸缩长度进行校准，以获得运行角度和伸缩长度，并基于运行角度和伸缩长度换算出定位终端的高度信息。

优选地，虚拟电子围栏由从基站的位置信息生成。

优选地，从基站的高度信息，在从基站安装过程中被采集，并被写入至从基站中。

本发明第二方面，涉及一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法中的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统，其中，系统包括报警平台、主基站、多个从基站和定位终端；报警平台，用于接收来自主基站或临时主基站发送的虚拟电子围栏信息和定位终端的位置信息，对定位终端的位置进行判定并生成报警信息；主基站，接收并换算多个从基站和定位终端的位置信息以发送给报警平台，接收来自报警平台的报警信息并生成报警，以及构建平面坐标系并生成虚拟电子围栏；从基站，基于北斗授时/定位技术实现与主基站的同步和位置信息的采集；定位终端，向主基站发送定位脉冲信号。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法及系统，能够通过对输电线路塔杆、工程车辆、工程车辆吊臂进行组网定位，结合工程车辆吊臂上的惯性导航数据同时实现对于工程车辆吊臂的高空定位和垂直定位，从而实现工程车辆在输电线路走廊等危险地段施工时对输电线路的安全防护。

本发明方法，基于北斗定位/授时技术、基于传感器的惯性导航定位技术等多种定位方式相结合的实现了对于工程车辆吊臂、车辆本体、输电线路塔杆的精确、立体定位，并在此基础上，通过上位机软件实现虚拟电子围栏、工程车辆操作时的危险感知，能够使电力运维人员实时掌控工程进度和输电线路的安全系数，使得电力运维人员、工程车辆操作人员、其他相关施工单元相互配合、安全生产，最大程度上规避了工程风险，并为电力输电线路的防外破保护提供了新思路，保证了电力输送廊道的安全。

附图说明

图1为本发明中一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法的步骤流程示意图；

图2(a)和图2(b)为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法中通信组网的示意图；

图3为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法中主基站接收定位终端位置信息的流程示意图；

图4为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统中主基站的结构框图；

图5为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统中从基站的结构框图；

图6为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统中定位终端的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

图1为本发明中一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法的步骤流程示意图。如图1所示，本发明第一方面，涉及一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其中方法包括步骤1至步骤3。

步骤1，采用输电线路塔杆上的定位基站和工程车辆上的定位基站进行通信组网，并在组网的基础上构建出平面坐标系，生成虚拟电子围栏。

可以理解的是，本发明中的方法通常可以应用在存在输电线路的施工现场中。在输电线路附近的施工现场，通常处在野外环境或电力廊道中，较少具备信号屏蔽的高大建筑物的可能性。因此，施工用的工程车辆，或者是工程车辆的吊臂经常在移动的过程中，破坏输电线路。

为了防止工程车辆对于输电线路的破坏，本发明中，选择了多个基站实现组网的方式建立了用于对工程车辆吊臂进行实时定位的信息采集系统。然而，为了实现准确的采集，就必须在电力廊道环境中构建出临时的定位信息采集系统。容易想到的就是利用电力廊道中的输电线路杆塔来实现基站的搭设。

然而，由于输电线路杆塔通常来说呈近似于线性分布的特点，因此，即使采集了同一平面内的三个杆塔作为三个定位基站，也难以准确的获取到与地面平行的坐标系。因此，本发明中想到在工程车辆上搭载定位基站，以该基站与两个输电线路杆塔一同实现坐标系的搭建。在完成坐标系的搭建后，为了防止施工设备接近或触碰甚至穿越输电线路，本发明中还需要设置一个区域为电子围栏，该电子围栏内部应当包括输电线路，因此可以根据塔杆上的基站位置信息来实现虚拟电子围栏的生成。

通常来说，组网过程中，所需要的从基站数量为两个，但是实际应用过程中，多于两个从基站也是可能被接受的。

优选地，步骤1中通信组网的方式为：以工程车辆上的定位基站作为主基站，以与工程车辆距离最近的两个输电线路塔杆上的定位基站作为从基站，进行通信组网。

本发明中，由于工程车辆上的操作人员能够根据工程的具体需求，随时了解是否需要进行基站组网，以及对比本发明中方法的具体实现，因此，可以将工程车辆作为主基站，发出组网的请求。

而另外两个从基站则可以根据工程车辆所在的位置来确定。网络中并非所有响应主基站请求的基站设备都可以作为从基站。这是因为，在确定坐标系的过程中，可以考虑用最简单的组网方式即可，因此，最准确的组网方式，就是根据工程车辆运行的实际位置，选取其中最接近主基站的两个基站作为从基站。

图2(a)和图2(b)为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法中通信组网的示意图。其中，图2(a)是组网的实际位置示意图，图2(b)是组网方式的示意图。如图2(a)和图2(b)所示，优选地，主基站通过广播方式发送请求信号；从基站基于主基站发送的请求信号进行回应，并向主基站发送从基站的位置信息、高度信息、编号信息；主基站配置并存储从基站的信息，以实现通信组网。

本发明中，主基站可以首先发出组网的请求信号。位于通信范围之内的从基站可以根据主基站发送的请求进行回应，回应的具体信息可以包括基站的坐标位置、垂直方向上的高度信息，基站的设备编号等等。当主基站接收到这些信息后，可以将相关的从基站信息存储在从基站列表中，以实现对于整个组网网络的监控。通过这种方式，主基站可以对从基站的接入方式进行配置，并且实现通信。

本发明中，从基站的位置信息、高度信息和编号信息是必须存在的，这是为了后续对系统中的定位终端进行定位，或者是生成电子围栏所使用的。

可以理解的是，由于后续算法中定位终端在平面坐标系中的位置和在垂直方向上的高度，是分为不同步骤计算获得的，因此，在存储从基站的位置信息时，为了方便后续的处理，也可以分别的进行采集和记录。

优选地，当通信组网完成后，主基站向从基站发送同步信号；从基站基于主基站发出的同步信号实现与主基站的同步。

本发明中，主基站会向从基站发送同步信号，并以同步为前提实现对于设备的定位。通常来说，由于从基站之间的具体位置是不会轻易移动的，因此，即使不设置时间同步影响也不大。但是，由于本发明中的主基站可能是处于工程运行过程中的车辆，尽管通常情况下，在对工程车辆吊臂上的定位终端进行定位时，工程车辆并非是处于运动状态的。但是通过同步的方式，能够更加可靠的保证后续对于定位终端定位数据的接收和发送是同步的。

优选地，主基站和从基站基于北斗定位/授时技术实现同步。

本发明中，可以采用现有技术中的多种方法来实现主基站和从基站之间的同步。本发明中可以采用BD全球定位系统来进行定位，因此也可以采用北斗定位/授时技术来实现同步。通过这一方法，能够保证同步信号时钟的精确性，实现主、从基站之间高精度时钟同步，提高定位的精确性。

优选地，在通信组网之前，对定位现场中的定位基站进行初始化设置，为每一个定位基站分配编号信息。

可以理解的是，本发明中，为了有效的实现主基站对于多个不同从基站的识别，需要在组网之前，为各个从基站来分配编号。该编号能够代表多个从基站的唯一身份是可以识别的，从而不会与其他的基站发生混淆。

优选地，当识别到主基站、从基站之间存在通信遮挡时，向已经完成的通信组网中增加定位基站。

可以理解的是，通常来说，由于主基站、从基站大多处于电力廊道内，因此，各个基站之间通常不会存在遮挡。但是，当少部分情况导致基站之间存在遮挡时，主基站可以允许更多的从基站加入到通信组网当中，以减少传输的误码。

优选地，当从基站识别到主基站无法成功接收或发送位置信息时，从基站中的一个响应为临时主基站。

可以理解的是，在通信的过程中，主基站可能会出线故障，此时从基站可以基于实现对主基站的备分而临时充当主基站，并实现定位相关信息的继续传输。这一从基站作为临时主基站的方法可以参考现有技术中的方法实现。

优选地，主基站向通信组网中所有的从基站发送定位请求；当前从基站基于所述定位请求向主基站发送位置信息；主基站基于主基站的位置信息和当前从基站发送的位置信息判定当前从基站的相对位置，并向其他的从基站共享当前从基站的相对位置信息。

可以理解的是，本发明中，主基站可以向通信组网中所有的从基站发送定位请求，该请求被从基站接收后，可以由从基站发送应答信息。应答信息的内容可以为从基站的位置信息。这个位置信息可以是从基站基于BD全球定位系统获得的较为准确的位置信息。由于同样的信息也可以由主基站获得，因此，主基站可以将自己的位置信息与从基站的位置信息进行比较，从而得到从基站相对于主基站的相对位置。主基站获得相对位置信息后，可以将相对位置信息共享给其他的从基站，通过这种方式，通信组网中的所有主、从基站都可以获得组网网络的基础信息了。

由于多个不同的从基站与主基站之间的相对位置是确定的，因此，可以选取一个坐标点为原点，选取平面坐标系的方向。例如本发明中，可以选取主基站的位置为原点，东西和南北方向分别为横轴和纵轴，就可以确定下来唯一的平面坐标系了。同时，由于平面坐标系中，各个基站的位置是唯一的，因此，也可以获得各个基站的坐标。

优选地，主基站和从基站的位置信息是基于北斗全球定位系统获取的。

如前文所述，主基站和从基站的位置是基于北斗定位来确定的，另外，也可以采用现有技术中常用的GPS定位方式或其他定位方式来确定。

优选地，相对位置信息为主基站和从基站的坐标信息。

可以理解的是，本发明中，主基站向其他从基站共享的信息可以直接为经过平面坐标系换算后获得的主、从基站的坐标信息。通过这种方式，能够更加方便、快捷的建立虚拟电子围栏和定位终端在坐标中的位置。

优选地，对主基站和从基站进行基站测距，以获得基站间的实际距离；基于基站的坐标信息获得基站间的测试距离；对比基站间的实际距离与测试距离之间的偏差，对基站的坐标信息进行调整。

可以理解的是，主基站和从基站在进行基站测距的过程中，能够更加准确的获得基站的位置，因此，通过这种方法作为北斗定位方法的补充，能够校准北斗定位过程中所造成的偏差。通过调整坐标，可以对偏差进行校准。

步骤2，采集工程车辆吊臂位置上定位终端的位置信息，获取工程车辆吊臂的运行角度和伸缩长度，并采用运行角度和伸缩长度对工程车辆吊臂进行三维定位。

图3为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法中主基站接收定位终端位置信息的流程示意图。如图3所示，定位终端与主基站进行通信并实现定位的过程如下文所述。

通常来说，由于工程车辆的高度有限，运行轨迹较为确定，因此，一般情况不会在工程进行的过程中误闯入前文中记载的虚拟电子围栏中。而实际情况下，工程车辆的吊臂，由于形态各异、具有多个方向的旋转、升降、角度改变以及伸缩等各种运动方式，使得吊臂非常容易在工程运行过程中误闯入虚拟电子围栏中。为了防止这种事件的发生，本发明中，在工程车辆的吊臂位置上安装了定位终端。

具体来说，可以将定位终端理解为具有了多种传感器和定位标签功能的集成设备。由于具备定位标签，该定位终端可以向主基站实时的发送定位脉冲信号。由于主基站和从基站经过了同步配置，主、从基站都能够接收到定位脉冲，并同步的实现对于定位终端位置的采集。

具体来说，定位终端可以与已知位置的基站进行周期性的报文传输，通过报文传输的时间差，可以得到定位终端的坐标。本发明中，可以采用TDOA算法对定位终端进行定位计算。主基站可以采用多点定位的计算方式来精确得到定位终端基于多个基站采集的位置信息处理后获得的定位。

通过采集获得的信息，定位终端在坐标系中的位置就可以被确定下来了。本发明在这一阶段中，主要是实现了对于定位终端在平面坐标系下的位置进行了确定，而无法精确的确定定位终端在垂直方向上的具体高度。

这是因为，通常情况下，本发明中使用的基站为了降低成本、降低基站尺寸等原因，不会接收在与北斗卫星进行通信的过程中，接收两个以上的频率。而采用单个频率进行定位，尽管能够使得在水平面上的定位具有可以容忍的较高精确度，但垂直方向上的定位却经常存在较大的误差。且这一误差，是无法充分区分输电线路的架设高度与地面高度之间的区别的。

可以理解的是，尽管虚拟电子围栏是在平面坐标系上设计的，但是，为了确保施工的顺利进行，应当可以确保当吊臂整体的高度完全高于或低于输电线路所在的区域时，即使吊臂进入了虚拟电子围栏中，也不应当被提示危险告警。

因此，本发明中为了实现这一目的，不仅应当对水平方向上的定位终端的位置进行有效确定，也应当同时实现垂直方向上的定位。

本发明中，可以同时在定位终端上安装惯性导航传感器，以对吊臂的运行轨迹进行精确的采集。通过采集到吊臂的精确运行轨迹，就可以准确的获得到吊臂一端的高度信息了，这部分内容在后文中详细叙述。通过这一高度信息，能够充分的北斗导航所实现的定位进行合理、有效的校准。

具体来说，这一技术的实现方法是，基于主基站采集到的定位终端的定位脉冲信号，来换算出定位终端的水平坐标系内的坐标。通过这个坐标，与主基站所在的车辆位置进行相对距离运算，能够得到整个吊臂的位置。也就是，大致确定出来吊臂首末端位置，而实现吊臂运行角度和伸缩长度的初步确定。

优选地，定位终端向主基站发送惯性导航数据；惯性导航数据用于对工程车辆吊臂的待确认运行角度和待确认伸缩长度进行校准，以获得运行角度和伸缩长度，并基于运行角度和伸缩长度换算出定位终端的高度信息。

可以理解的是，本发明中的定位终端同时可以基于惯性导航传感器采集到的惯性导航数据来对具体的运行角度和伸缩长度进行校准。具体来说，惯性导航传感器能够采集到吊臂运动全过程中的运动轨迹。根据这个运动轨迹，就可以知道，吊臂从初始状态变为当前状态的过程中，主要进行了哪些个角度移动或伸缩移动了。因此，这种方式实现的定位十分的准确，能够弥补北斗定位方法的不足。由于该方法能够校准吊臂的运行角度和伸缩长度，因此可以判断出当前时刻吊臂所在的精确的高度位置。

由于准确的获得了吊臂一端的高度位置和坐标位置，根据主基站的定位和惯性导航传感器也能够获得吊臂另一端的高度和坐标，因此能够准确得到一整个吊臂所在的空间位置。

由于本发明的方法中采用了惯性导航传感器，因此对于处于各种状态下的吊臂，也能够获得吊臂整体所在的位置。而现有技术的方法，只能够判断吊臂端部的定位终端的位置，但吊臂中部位置位于电子围栏内的情况，如不增加额外的定位终端是完全无法预警的。但是采用本发明中的方法，由于完全记载了吊臂运动的全部过程，因此，可以根据定位终端的运行轨迹，来对于吊臂中部位于电子围栏内等的复杂情况进行判断。

具体来说，这一过程可以基于边缘计算技术得以实现，通过将现场的多种数据进行处理、信息聚合，从而实现工程车辆吊臂的精确定位。

步骤3，基于工程车辆吊臂的三维定位信息和虚拟电子围栏进行比较，以生成工程车辆吊臂的安全预警。

本发明中，获得到吊臂的三维定位信息后，可以将该三维定位信息实时的与虚拟电子围栏的坐标进行比较，当吊臂的三维定位信息指示吊臂的一部分位于虚拟电子围栏中时，就可以发出安全预警信息了。

优选地，虚拟电子围栏由从基站的位置信息生成。

本发明中，虚拟电子围栏由于是用来保护输电线路的，因此，可以采用两个输电线路塔杆上基站的位置来生成电子围栏的范围。具体的，可以采用两个从基站坐标生成中心直线，并以中心直线为轴，向外划定安全距离，一旦定位终端的位置信息或者吊臂上某一段越过电子围栏，则可以进行实时报警。通过这种方法，报警信息可以及时通知到输电线路运维人员，避免输电线路被破坏，使得输电线路运维人员及时的处理和排查线路故障和问题，从而有效地避免事故和人身伤亡，并且实现工程车辆、工程吊臂实时位置跟踪、电子围栏等功能。

优选地，从基站的高度信息，在所述从基站安装过程中被采集，并被写入至所述从基站中。

本发明中，当将基站固定到指定的安装位置后，就可以记录基站的坐标、高度等信息，尤其是基站的高度信息，同时将基站的高度信息写入到基站设备之中。

本发明的方法，除了对吊臂进行测量之外，还可以测量主从基站之间窜梭到的其他车辆，例如长期滞留在输电线路廊道内的工程车辆，并及时发现对线路安全具有潜在威胁的危险源点。

本发明第二方面，涉及一种如本发明第一方面中所述的基于多定位参量的输电线路防外破报警系统，其中，系统包括报警平台、主基站、多个从基站和定位终端；报警平台，用于接收来自主基站或临时主基站发送的虚拟电子围栏信息和定位终端的位置信息，对定位终端的位置进行判定并生成报警信息；主基站，接收并换算多个从基站和定位终端的位置信息以发送给报警平台，接收来自报警平台的报警信息并生成报警，以及构建平面坐标系并生成虚拟电子围栏；从基站，基于北斗授时/定位技术实现与主基站的同步和位置信息的采集；定位终端，向主基站发送定位脉冲信号。

图4为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统中主基站的结构框图。如图4所示，本发明中的主基站通常是安装在工程车辆上的。为了实现本发明第一方面中的各种方法，该基站至少应当包括主处理器、与主处理器直接连接的北斗(BD)定位/授时单元、无线定位单元、存储单元，以及为主处理器、北斗定位/授时单元、无线定位单元、存储单元执行供电操作的供电单元。

具体来说，北斗定位/授时单元可以采用北斗定位/授时技术实现多个基站之间的同步和定位，无线定位单元则可以通过无线通信功能实现对于定位终端中信号的传输、接收和汇总。存储单元用于存储相应的数据，例如通信组网过程中的基站的配置信息表等。主处理器中可以包括一些算法的实现方式，例如可以包括基站的定位引擎，用于计算平面坐标系、生成虚拟电子围栏、计算定位终端的运行角度和伸缩长度、或者是导入虚拟地图等等。

另外，供电单元为了实现供电功能，需要与锂离子电池组连接，或者与充电单元连接。本发明中，由于主基站设备是设置在工程车辆上的，因此可以通过车载充电单元进行良好的供电。

图5为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统中从基站的结构框图。如图5所示，从基站通常安装在输电线路杆塔上，从基站设备和主基站设备的基本架构非类似，都具有主处理器，和与主处理器直接连接的北斗(BD)定位/授时单元、无线定位单元、存储单元，为主处理器、北斗定位/授时单元、无线定位单元、存储单元执行供电操作的供电单元。

与主基站不同的是，由于从基站是安装在输电线路杆塔上的，因此无法使用可靠的车载充电单元进行充电。本发明中，可以为从基站配置锂离子电池组和太阳能充电单元两种充电方式。

图6为本发明一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统中定位终端的结构框图。

与主基站和从基站比较类似，本发明中的定位终端，可以包括主处理器，与主处理器直接连接的惯性导航单元、无线定位单元、存储单元。具体来说，定位终端中的惯性导航单元中可以包括惯性导航传感器，例如加速度计等，通过传感器采集工程车辆吊臂一端的运行轨迹。另外，无线定位单元，可以发出定位脉冲信号给主、从基站，用于实现位置导航。由于定位终端通常安装在车辆吊臂的顶端，因此，可以也可以采用太阳能充电单元和锂离子电池组两种方式进行充电。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法及系统，能够通过对输电线路塔杆、工程车辆、工程车辆吊臂进行组网定位，结合工程车辆吊臂上的惯性导航数据同时实现对于工程车辆吊臂的高空定位和垂直定位，从而实现工程车辆在输电线路走廊等危险地段施工时对输电线路的安全防护。

本发明方法，基于北斗定位/授时技术、基于传感器的惯性导航定位技术等多种定位方式相结合的实现了对于工程车辆吊臂、车辆本体、输电线路塔杆的精确、立体定位，并在此基础上，通过上位机软件实现虚拟电子围栏、工程车辆操作时的危险感知，能够使电力运维人员实时掌控工程进度和输电线路的安全系数，使得电力运维人员、工程车辆操作人员、其他相关施工单元相互配合、安全生产，最大程度上规避了工程风险，并为电力输电线路的防外破保护提供了新思路，保证了电力输送廊道的安全。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，采用输电线路塔杆上的定位基站和工程车辆上的定位基站进行通信组网，并在组网的基础上构建出平面坐标系，生成虚拟电子围栏；

步骤2，采集所述工程车辆吊臂位置上定位终端的位置信息，获取所述工程车辆吊臂的运行角度和伸缩长度，并采用所述运行角度和伸缩长度对所述工程车辆吊臂进行三维定位；

步骤3，基于所述工程车辆吊臂的三维定位信息和虚拟电子围栏进行比较，以生成所述工程车辆吊臂的安全预警。

2.根据权利要求1中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述步骤1中通信组网的方式为：

以所述工程车辆上的定位基站作为主基站，以与所述工程车辆距离最近的两个输电线路塔杆上的定位基站作为从基站，进行通信组网。

3.根据权利要求2中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述主基站通过广播方式发送请求信号；

所述从基站基于所述主基站发送的请求信号进行回应，并向所述主基站发送所述从基站的位置信息、高度信息、编号信息；

所述主基站配置并存储所述从基站的信息，以实现通信组网。

4.根据权利要求3中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

当所述通信组网完成后，所述主基站向所述从基站发送同步信号；

所述从基站基于所述主基站发出的同步信号实现与主基站的同步。

5.根据权利要求4中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述主基站和所述从基站基于北斗定位/授时技术实现同步。

6.根据权利要求5中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

在所述通信组网之前，对所述定位现场中的所述定位基站进行初始化设置，为每一个所述定位基站分配编号信息。

7.根据权利要求6中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

当识别到所述主基站、所述从基站之间存在通信遮挡时，向已经完成的所述通信组网中增加所述定位基站。

8.根据权利要求7中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

当所述从基站识别到所述主基站无法成功接收或发送位置信息时，所述从基站中的一个响应为临时主基站。

9.根据权利要求8中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述主基站向所述通信组网中所有的所述从基站发送定位请求；

当前从基站基于所述定位请求向所述主基站发送位置信息；

所述主基站基于所述主基站的位置信息和当前从基站发送的位置信息判定当前从基站的相对位置，并向其他的所述从基站共享当前从基站的相对位置信息。

10.根据权利要求9中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述主基站和所述从基站的位置信息是基于北斗全球定位系统获取的。

11.根据权利要求10中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述相对位置信息为所述主基站和所述从基站的坐标信息。

12.根据权利要求11中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

对所述主基站和所述从基站进行基站测距，以获得基站间的实际距离；

基于基站的坐标信息获得基站间的测试距离；

对比基站间的实际距离与测试距离之间的偏差，对基站的坐标信息进行调整。

13.根据权利要求12中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述定位终端向所述主基站发送定位脉冲信号；

所述主基站基于所述定位终端的定位脉冲信号和所述平面坐标系换算出所述定位终端的坐标信息；

基于所述定位终端的坐标信息，模拟出所述工程车辆吊臂的待确认运行角度和待确认伸缩长度。

14.根据权利要求13中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述定位终端向所述主基站发送惯性导航数据；

所述惯性导航数据用于对所述工程车辆吊臂的待确认运行角度和待确认伸缩长度进行校准，以获得运行角度和伸缩长度，并基于运行角度和伸缩长度换算出所述定位终端的高度信息。

15.根据权利要求14中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述虚拟电子围栏由所述从基站的位置信息生成。

16.根据权利要求15中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法，其特征在于：

所述从基站的高度信息，在所述从基站安装过程中被采集，并被写入至所述从基站中。

17.根据权利要求1-16一种基于多定位参量的输电线路防外破报警方法中所述的一种基于多定位参量的输电线路防外破报警系统，其特征在于：

所述系统包括报警平台、主基站、多个从基站和定位终端；其中，

所述报警平台，用于接收来自主基站或临时主基站发送的虚拟电子围栏信息和定位终端的位置信息，对定位终端的位置进行判定并生成报警信息；

所述主基站，接收并换算多个从基站和定位终端的位置信息以发送给报警平台，接收来自所述报警平台的报警信息并生成报警，以及构建平面坐标系并生成虚拟电子围栏；

所述从基站，基于北斗授时/定位技术实现与主基站的同步和位置信息的采集；

所述定位终端，向所述主基站发送定位脉冲信号。

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