CN114739451A - 毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法 - Google Patents

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田源
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冯迎春
王大鹏
杜远
蔡俊鹏
李增伟
王明达
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Abstract

本发明涉及一种毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法，涉及输电导线安全预警技术领域，通过采集输电导线所在区域的气象数据，利用毫米波雷达、摄像头、多光谱仪、场强测试仪对输电导线进行持续性监测，对输电导线周边地物进行分类，根据不同的气象条件，对不同类型障碍物分别进行针对性监测和数据处理，最终利用场强测试仪和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警，该方法能够针对不同气象条件准确识别输电导线的危险因素，快速并预先对输电导线的危险因素进行预警，提高预警方法的可靠性。

Description

毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法
技术领域
本发明涉及输电导线安全预警技术领域，尤其是涉及一种毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法。
背景技术
近几年来，随着电网结构的发展和完善，电力线路的建设得到了长足的发展。但是，由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性，杆塔点多、面广、线长，终年暴露在野外，除了要遭受恶劣自然天气的侵袭外，人为因素，外力破坏、防盗引起的线路跳闸，线路被迫停电事故的概率呈上升趋势，严重影响电网安全。
随着高压线路防外力破坏在线监测装置的普及化，在一定程度上发挥了有效的监测作用，但传统的监测模式缺陷日趋显现；首先，监测装置无法对高压线路通道内外力破坏隐患进行识别，需要监控人员对大量图像视频数据进行人工查询来判断现场是否出现异常，工作量非常大；其次，监控人员长时间面对枯燥的监控画面，无法长时间的集中注意力，造成人为监控的质量难以保证，而传统的高压线路防外力破坏监测装置往往只能起到事后追踪的作用；因此如何及时发现线路故障，准确定位故障定位置，降低人工故障排查难度和成本，缩短故障查找时间，提高供电安全性和可靠性，已成为线路管理和维护单位急需解决的问题。
毫米波雷达具有体积小、质量轻、空间分辨率高，穿透雾、烟、灰尘的能力强、抗干扰、反隐身能力优的特点，同时，存在在雨、雾和湿雪等高潮湿环境中衰减、大功率器件和插损的影响会降低了探测距离、树丛穿透能力差的缺点，依据毫米波雷达的上述特点，本申请提出了一种毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法，该方法能够针对不同气象条件准确识别输电导线的危险因素，快速并预先对输电导线的危险因素进行预警，提高预警方法的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
(1)采集输电导线所在区域的气象数据，在杆塔上安装毫米波雷达、摄像头、多光谱仪、场强测试仪，对输电导线及周边区域进行持续监测，将采集到的数据发送至控制中心；
(2)控制中心对采集到的数据建立原始数据库，原始数据库包括：导线位置数据、导线姿态数据、导线电场数据、气象数据、障碍物数据；
(3)利用多光谱数据对输电导线周边地物进行初分类，将缓慢变化障碍物提取出来，对缓慢变化障碍物进行周期性持续监测；
(4)利用场强测试仪实时测量输电导线的场强；
(5)根据不同的气象条件，改变观测仪器的观测方式；
(6)控制中心的处理器利用场强测试仪和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警。
所述障碍物包括固定障碍物、缓慢变化障碍物、动态障碍物。
所述步骤(5)根据不同的气象条件，改变观测仪器的观测方式具体方式为：在晴天、阴天或存在雾、烟、灰尘的环境中，关闭摄像头，利用毫米波雷达数据提取输电导线周边动态障碍物和固定障碍物；存在雨、雾和湿雪等高潮湿环境时，关闭毫米波雷达，利用摄像头对输电导线周边的动态障碍物进行跟踪。
所述步骤(6)控制中心的处理器利用场强测试仪和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警的具体方式为：对缓慢变化障碍物的监测周期进行计算，监测周期根据地表植被生长状况计算获得，地表植被生长状况由植被生长数据和多光谱分析数据综合计算获得；对动态障碍物的运动状态进行预测，预先判断其对输电导线的隐患，在预测到存在安全隐患时，进行输电导线提前预警。
本申请的有益效果有：该方法能够针对不同气象条件不同地物有针对性地准确识别输电导线的危险因素，快速并预先对输电导线的危险因素进行预警，提高预警方法的可靠性。
具体实施方式
一种毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法具体可通过以下步骤实现：
(1)采集输电导线所在区域的气象数据，在杆塔上安装毫米波雷达、摄像头、多光谱仪、场强测试仪，对输电导线及周边区域进行持续监测，将采集到的数据发送至控制中心。
(2)控制中心对采集到的数据建立原始数据库，原始数据库包括：导线位置数据、导线姿态数据、导线电场数据、气象数据、障碍物数据。
障碍物包括固定障碍物、缓慢变化障碍物、动态障碍物，固定障碍物主要包括建筑物、固定塔杆，缓慢变化障碍物主要指树木等地表植被，动态障碍物包括塔吊、车辆、飞行器、飞行动物等。
(3)利用多光谱数据对输电导线周边地物进行初分类，将缓慢变化障碍物提取出来，对缓慢变化障碍物进行周期性持续监测。
(4)利用场强测试仪实时测量输电导线的场强。
(5)在晴天、阴天或存在雾、烟、灰尘的环境中，关闭摄像头，利用毫米波雷达数据提取输电导线周边动态障碍物和固定障碍物；存在雨、雾和湿雪等高潮湿环境时，关闭毫米波雷达，利用摄像头对输电导线周边的动态障碍物进行跟踪。
(6)利用控制中心的处理器利用场强测试仪和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警；对缓慢变化障碍物的监测周期进行计算，监测周期根据地表植被生长状况计算获得，地表植被生长状况由植被生长数据和多光谱分析数据综合计算获得；对动态障碍物的运动状态进行预测，预先判断其对输电导线的隐患，在预测到存在安全隐患时，进行输电导线提前预警。
(6.1)利用控制中心的处理器利用场强数据和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警具体包括：
计算输电导线的线电荷密度：
Figure BDA0003558062740000041
其中，σ表示介电常数，h表示输电导线到障碍物的距离，R为输电导线的半径，V为输电导线到障碍物之间的场强，
计算输电导线产生的电压矢量：
Figure BDA0003558062740000042
其中，α表示导线电位系数；
根据导线电压等级对应的安全距离进行到西安与障碍物之间的安全预警。
(6.2)对动态障碍物的运动状态进行预测的步骤为：
动态障碍物的状态表示为向量B＝(x,y,z,ax,ay,az)T，其中x,y,z表示动态障碍物的位置坐标，ax,ay,az表示动态障碍物的三轴加速度；
状态方程和观测方程为：
Bk+1＝φ(Bk，ωk，k)，
Zk+1＝h[Bk+1,vk+1,k+1]，
Bk为k时动态障碍物的状态向量；Zk+1为k+1时动态障碍物的观测向量；ωk为系统噪声，vk+1为观测噪声，假设它们是均值为零的高斯白噪声，且互不相关；φ(·)是Bk，ωk和k的非线性函数；h(·)是Bk+1,vk+1和k+1的非线性函数。
以上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 (4)

1.一种毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法，其特征在于：包括步骤：
(1)采集输电导线所在区域的气象数据，在杆塔上安装毫米波雷达、摄像头、多光谱仪、场强测试仪，对输电导线及周边区域进行持续监测，将采集到的数据发送至控制中心；
(2)控制中心对采集到的数据建立原始数据库，原始数据库包括：导线位置数据、导线姿态数据、导线电场数据、气象数据、障碍物数据；
(3)利用多光谱数据对输电导线周边地物进行初分类，将缓慢变化障碍物提取出来，对缓慢变化障碍物进行周期性持续监测；
(4)利用场强测试仪实时测量输电导线的场强；
(5)根据不同的气象条件，改变观测仪器的观测方式；
(6)控制中心的处理器利用场强测试仪和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警。
2.根据权利要求1所述的毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法，其特征在于：所述障碍物包括固定障碍物、缓慢变化障碍物、动态障碍物。
3.根据权利要求1所述的毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法，其特征在于：所述步骤(5)根据不同的气象条件，改变观测仪器的观测方式具体方式为：在晴天、阴天或存在雾、烟、灰尘的环境中，关闭摄像头，利用毫米波雷达数据提取输电导线周边动态障碍物和固定障碍物；存在雨、雾和湿雪等高潮湿环境时，关闭毫米波雷达，利用摄像头对输电导线周边的动态障碍物进行跟踪。
4.根据权利要求1所述的毫米波雷达监测下的输电导线安全预警方法，其特征在于：所述步骤(6)控制中心的处理器利用场强测试仪和障碍物数据对输电导线的安全状况进行预警的具体方式为：对缓慢变化障碍物的监测周期进行计算，监测周期根据地表植被生长状况计算获得，地表植被生长状况由植被生长数据和多光谱分析数据综合计算获得；对动态障碍物的运动状态进行预测，预先判断其对输电导线的隐患，在预测到存在安全隐患时，进行输电导线提前预警。
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