CN114264299B - 一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法。该方法是通过测量船搭载船载测量设备，在海缆附近通过S型扫测方式，由标量磁场测量设备对地磁场下磁场标量数据进行探测，由导航定位仪同步测量测量船的地理位置信息；在岸边静态条件下，由矢量磁场测量设备测量地磁场与水平面的夹角信息；结合标量磁场数据、地理位置信息和地磁场与水平面的夹角信息，计算测量船航行路线与待测海缆的交点位置信息，进而实现交流输电海缆二维路由的精确定位。本发明的优点是操作简单、对测量过程中的姿态要求低并能在高海况下进行精确定位。
Description
技术领域
本发明属于海底电缆运行与维护领域，涉及一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法，用于精确测量交流输电海缆的二维位置信息。
背景技术
海缆路由定位是海缆运行与维护中的一个重要环节。精确的海缆的路由信息有助于在海缆发生故障时缩短故障定位时间，提高故障检测效率，同时对日常海缆维护提供一定的参考价值。目前，交流输电海缆的二维路由定位主要采用船只搭载或拖曳感应式磁力仪等矢量磁场测量设备进行扫测，通过极值法判断交变输电海缆的地理位置信息。由于矢量磁场测量设备在测量磁场时具有一定的方向性且在运动状态下存在一定的测量误差，因此，矢量磁场测量设备在船只行驶过程中的姿态变化将对测量数据造成较大影响，进而影响交流输电海缆的二维路由定位精度。
发明内容
本发明的目的是为了避免船只行驶过程中，矢量磁场测量设备的姿态变化对测量数据的影响，提高交流输电海缆的二维路由定位精度，提供了一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法。这种方法基于标量磁场测量设备测量数据精度不受运动状态影响的特点，通过导航定位仪确定标量磁场中的工频磁场幅值出现极大值与极小值时的地理位置信息，结合地面矢量磁场测量设备获得的地磁场方向与水平面的夹角信息，通过计算，获得精确的交流输电海缆路由位置信息。该方法对船只行驶的姿态无要求，能够适应复杂海况下的海缆定位工作，提高高海况下的交流输电海缆定位精度。
本发明的工作机理是：交流输电海缆中的工频电流信号产生的工频磁场在地磁场方向上的幅值投影由在船只上的标量磁场测量设备测量并由导航定位仪获取幅值投影出现极小值为零值和极大值的地理位置信息。地面上的矢量磁场测量设备在静态条件下测量地磁场与水平面的夹角信息。根据地磁场与水平面的夹角信息，幅值投影出现极小值为零值和极大值的地理位置信息，计算可得交流输电海缆二维位置信息。
交流输电海缆二维路由测量仪包括标量磁场测量设备、导航定位仪、船载上位机、矢量磁场测量设备；标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机通过电缆连接；矢量磁场测量设备和船载上位机通过无线通信或人工方式进行信息传输。
本发明基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法，基于交流输电海缆二维路由测量仪，具体包括以下步骤：
步骤(1)、标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机的调节：
将标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机通过电缆连接，并将标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机放置在测量船上，打开标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机，由船载上位机实时同步记录标量磁场测量设备输出的标量磁场数据和导航定位仪输出的地理位置数据。
步骤(2)、矢量磁场测量设备的调节：
将矢量磁场测量设备放置在岸边无铁磁性干扰的位置，打开矢量磁场测量设备，测量地磁场方向与水平面的夹角θ，且将θ值通过无线通信或人工方式输入到测量船上船载上位机中进行记录。
步骤(3)、测量船的航行路线调节：
测量船从待测海缆的一端出发进行作业，调节并保持测量船的航行路线，使测量船位于待测海缆附近进行S型扫测，保证标量磁场测量设备输出的标量磁场数据中具有工频磁场信号。
步骤(4)、测量过程中，测量船从待测海缆一侧航行至待测海缆另一侧记为扫测一次，由船载上位机实时接收标量磁场测量设备t时刻测量到的地磁场标量数据B(t)，导航定位仪输出的经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)。对扫测一次的数据进行如下处理：
a)对扫测一次的地磁场标量数据B(t)进行傅里叶变换，获取频率为50Hz工频点的幅值，即为交流输电海缆中的工频电流信号产生的工频磁场在地磁场方向上的幅值投影A(t)。
b)获取幅值投影A(t)极小值为零值时对应的时刻t1，然后获取时刻t1时导航定位仪输出的经度坐标为lon(t1)，纬度坐标为lat(t1)。
c)获取幅值投影A(t)极大值时对应的时刻t2，然后获取时刻t2时导航定位仪输出的经度坐标为lon(t2)，纬度坐标为lat(t2)。
d)根据时刻t1和t2对应的经纬度坐标，结合矢量磁场测量设备输出的地磁场方向与水平面的夹角θ，计算当前扫测中测量船航行路线与待测交流输电海缆交点的经度坐标lon(a)，纬度坐标lat(a)：
步骤(5)、通过多次扫测，可以获得不同扫测路线与待测交流输电海缆多个不同交点的经纬度坐标，进而形成精确的交流输电海缆二维路由信息。
传统的海缆路由测量仪采用矢量磁场测量设备对交流输电海缆产生的工频磁场进行探测，测得的磁场数据受船只姿态影响较大。因此，传统的海缆路由测量仪无法在船只姿态变化较大的环境下对交流输电海缆进行精确定位，对海况要求较高。
利用本发明方法后，采用标量磁场测量设备交流输电海缆产生的工频磁场进行探测，根据标量磁场测量设备测量结果不受船只姿态影响的特点可知，本发明对海况无要求，可以在船只姿态变化较大的环境下实现对交流输电海缆的精确定位，具有更好的环境适应性。
本发明的优点是：一、操作简单，测量设备无需拖曳作业；二、在测量中，对测量设备的姿态控制无要求，可在高海况实现对交流输电海缆的精确定位。三、本发明适用于交流输电海缆路由方向与地磁场在水平面的投影方向夹角在
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明测量船扫测的路线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的分析。
交流输电海缆中的工频电流信号产生的工频磁场在地磁场方向上的幅值投影由在测量船上的标量磁场测量设备测量并由导航定位仪获取幅值投影出现极小值为零值和极大值的地理位置信息。地面上的矢量磁场测量设备在静态条件下测量地磁场与水平面的夹角信息。根据地磁场与水平面的夹角信息，幅值投影出现极小值为零值和极大值的地理位置信息，计算可得交流输电海缆二维位置信息。
如图1所示，交流输电海缆二维路由测量仪包括标量磁场测量设备1、导航定位仪2、船载上位机3、矢量磁场测量设备4；标量磁场测量设备1、导航定位仪2和船载上位机3通过电缆连接；矢量磁场测量设备4和船载上位机3通过无线通信或人工方式进行信息传输。
如图2所示，测量船在待测交流输电海缆附近进行S型多次扫测，从待测海缆一侧直线航行至待测海缆另一侧记为扫测一次。
具体调节交流输电海缆二维路由测量仪的方法是：
实施例中标量磁场测量设备1采用加拿大Scintrex公司生产的型号为CS-3高精度铯光泵磁力仪；导航定位仪2采用加拿大Hemisphere生产的R330型导航定位仪；矢量磁场测量设备采用英国Bartington公司生产的型号为Mag-13三轴磁通门。
开始测量时，将标量磁场测量设备1、导航定位仪2与船载上位机3通过电缆连接，并将标量磁场测量设备1安装在测量船船头的碳纤维支杆上，将导航定位仪2安装在测量船船头距离标量磁场测量设备1约2m处，将船载上位机3放置在船舱内。打开磁场测量设备1、导航定位仪2和船载上位机3，由船载上位机3实时同步记录磁场测量设备1和导航定位仪2输出的数据。将矢量磁场测量设备4安装在岸边经过水平调平的尼龙支架上。打开矢量磁场测量设备4，测得此时地磁场方向与水平面的夹角θ并人工将夹角θ信息输入到船载上位机3中。随后，测量船从待测海缆的一端出发进行作业，保持测量船在待测交流输电海缆所在海域进行如图2所示的多次S型扫测。根据一次扫测获得的地磁场标量数据B(t)以及对应时刻的经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)，结合地磁场方向与水平面的夹角θ，计算出这次扫测中测量船航行路线与待测交流输电海缆交点的经度坐标lon(a)和纬度坐标lat(a)。经过多次S型扫测后，可以获得不同航行路线与待测交流输电海缆的交点坐标，进而获得待测交流输电海缆的路由信息。
Claims (3)
1.一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法，基于以下交流输电海缆二维路由测量仪，该测量仪包括标量磁场测量设备、导航定位仪、船载上位机、矢量磁场测量设备；标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机通过电缆连接；矢量磁场测量设备和船载上位机通过无线通信或人工方式进行信息传输；
其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1)、标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机的调节：
将标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机通过电缆连接，并将标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机放置在测量船上，打开标量磁场测量设备、导航定位仪和船载上位机，由船载上位机实时同步记录标量磁场测量设备输出的标量磁场数据和导航定位仪输出的地理位置数据；
步骤(2)、矢量磁场测量设备的调节：
将矢量磁场测量设备放置在岸边无铁磁性干扰的位置，打开矢量磁场测量设备，测量地磁场方向与水平面的夹角θ，并通过无线通信或人工方式输入到船载上位机中进行记录；
步骤(3)、测量船的航行路线调节：
测量船从待测海缆的一端出发进行作业，调节并保持测量船的航行路线，使测量船进行S型扫测，保证标量磁场测量设备输出的标量磁场数据中具有工频磁场信号；
步骤(4)、测量过程中，测量船从待测海缆一侧至待测海缆另一侧记为扫测一次，由船载上位机实时接收标量磁场测量设备t时刻测量到的地磁场标量数据B(t)，导航定位仪输出的经度坐标lon(t)和纬度坐标lat(t)；对每一次扫测数据进行如下处理：
a)对地磁场标量数据B(t)进行傅里叶变换，获取频率为50Hz工频点的幅值，即为交流输电海缆中的工频电流信号产生的工频磁场在地磁场方向上的幅值投影A(t)；
b)获取幅值投影A(t)极小值为零值时对应的时刻t1，然后获取时刻t1时导航定位仪输出的经度坐标为lon(t1)，纬度坐标为lat(t1)；
c)获取幅值投影A(t)极大值时对应的时刻t2，然后获取时刻t2时导航定位仪输出的经度坐标为lon(t2)，纬度坐标为lat(t2)；
d)根据时刻t1和t2对应的经纬度坐标，结合矢量磁场测量设备输出的地磁场方向与水平面的夹角θ，计算当前扫测中测量船航行路线与待测交流输电海缆交点的经度坐标lon(a)，纬度坐标lat(a)：
步骤(5)、通过多次扫测，获得不同扫测路线与待测交流输电海缆多个不同交点的经纬度坐标，进而形成精确的交流输电海缆二维路由信息。
2.如权利要求1所述的一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法，其特征在于地磁场方向与水平面的夹角
3.如权利要求1所述的一种基于标量磁场数据的交流输电海缆路由定位方法，其特征在于待测海缆路由方向与地磁场在水平面的投影方向夹角在
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