一种输电线路封网状态实时监测系统及方法与流程

本技术涉及输电线路状态监测，更具体地说，它涉及一种输电线路封网状态实时监测系统及方法。

背景技术：

1、输电线路新建、改造及导地线更换施工中，常需跨越道路、铁路、河流、既有线路及其他设施开展封网作业，以防止导线、牵引绳、工器具或施工材料坠落并侵入被保护区域。封网作业依靠网绳、网片、滑车、牵引装置及锚固装置形成临时防护面，其防护效果不仅取决于设备是否正常运行，还取决于封网网绳或网片在展开过程中的覆盖范围、下垂状态、横向偏移状态及受力约束稳定性。

2、目前，随着封网作业智能一体机、自锁滑车、封网滑车及远程遥控装置的应用，能够获取一体机行走距离、行走速度、轮压、电量、通信状态、牵引负载、滑车锚定或释放状态以及现场视频画面等信息。上述信息有助于掌握设备局部运行情况，但现有监测方式大多仍停留在设备状态显示或单项报警层面，监测对象偏向一体机、滑车等执行部件，难以直接反映封网网绳或网片本体的空间状态。

3、在实际跨越封网场景中，封网区域跨度较大，牵引点和锚定点较多，网绳或网片受自重、风载、湿度、牵引力变化、滑车状态变化及通信延迟等因素共同影响。即使设备显示运行正常，封网本体仍可能出现局部覆盖不足、边界偏移、下垂增大、受力异常或未能有效遮护被跨越对象等情况。由于封网网绳或网片通常不便连续布设传感器，现有技术难以直接获取其空间形态变化；现场视频监控虽可辅助观察封网状态，但高空远距离环境中易受强光、逆光、雨雾、遮挡、画面晃动、复杂背景及拍摄角度限制，网绳边缘、网片边界及其与被跨越对象之间的相对位置难以稳定、连续识别。若主要依赖人工观察或单一视频判断，容易判断滞后、误判或漏判。

4、因此，现有输电线路封网作业监测技术存在的核心问题在于：在封网本体缺少连续传感器且视频观测不稳定的条件下，设备运行数据、滑车状态、环境数据和局部视觉信息之间缺少统一的状态关联与可信度判断，难以实时确定封网覆盖是否完整以及封网状态是否存在风险，影响操作人员对继续牵引、暂停作业或人工复核等处置措施的判断。

技术实现思路

1、本技术的目的就在于为了解决现有输电线路封网作业中主要依赖设备状态显示或人工视频观察，难以在封网网绳或网片本体缺少连续传感器、视频观测易受现场环境影响的情况下，对封网覆盖完整性、下垂风险、横向偏移风险以及监测结果可信度进行实时综合判断的问题，而提供一种输电线路封网状态实时监测系统及方法。

2、本技术提供了一种输电线路封网状态实时监测方法，包括以下步骤：

3、自封网作业开始起，按照预设采样周期获取多源数据，基于多源数据建立封网虚拟状态链和封网段，并计算各数据源可信度；

4、根据多源数据估计一体机牵引力，根据一体机牵引力与封网虚拟状态链估计各封网段的等效张力，并形成牵引约束异常标记；

5、根据封网段、多源数据与等效张力，计算各封网段的估计下垂量与估计横向位置，基于所述估计下垂量与估计横向位置计算得到封网覆盖完整性指标；

6、根据各数据源可信度，对由所述估计下垂量与估计横向位置构成的反演状态进行视觉校正，得到校正后的封网状态，计算各数据源可信度的均值得到多源数据平均可信度，根据校正后的封网状态、多源数据平均可信度、牵引约束异常标记与封网覆盖完整性指标计算综合风险评分；

7、根据综合风险评分与多源数据平均可信度输出封网状态等级。

8、进一步地，建立封网虚拟状态链和封网段的方法包括：

9、根据多源数据中一体机、滑车、牵引点、锚定点与固定连接点的编号关系和绑定关系，建立以一体机、滑车、牵引点、锚定点和固定连接点为节点，以网绳、网片边界或牵引边界为连接边的封网虚拟状态链；

10、将锁定的一体机、已锚定的滑车和固定连接点记为约束节点，并在发生脱钩或释放时更新对应连接边；

11、基于约束节点划分封网段。

12、进一步地，计算各数据源可信度的方法包括：

13、对多源数据按通信状态、通信延迟和电量进行有效性筛选，对经有效性筛选后的多源数据，计算各数据源可信度，包括非视觉数据源可信度和视觉可信度；

14、对非视觉数据源基于封网虚拟状态链形成预测值，并根据当前测量值与预测值之间的归一化残差平方，以及非视觉数据源距当前采样时刻的数据时间延迟，计算非视觉数据源可信度；

15、对视频数据，基于视频识别模块计算得到的图像清晰度、遮挡比例、画面晃动强度和光照异常程度，计算视觉可信度。

16、进一步地，估计各封网段的等效张力的方法包括：

17、根据牵引负载传感器或电机电流估计一体机牵引力；

18、对任一封网段，根据封网虚拟状态链确定与对应封网段绑定的牵引点集合，并按预设传力节点摩擦折减系数对经过滑车传递的一体机牵引力进行折减，得到各牵引点有效牵引力；

19、确定牵引点有效牵引力方向与封网段方向在水平面上的投影方向之间的夹角，将各牵引点有效牵引力乘以对应夹角的余弦值，得到牵引点的水平投影分量；

20、将夹角的余弦值大于零的水平投影分量求和，得到各封网段的等效张力。

21、进一步地，形成牵引约束异常标记的方法包括：

22、计算预设摩擦系数或预设等效摩擦参数与一体机轮压的乘积，再减去一体机牵引力，得到一体机的摩擦裕度，当摩擦裕度小于预设摩擦裕度阈值时，判定对应一体机存在打滑或锚定不足风险；

23、当封网段的等效张力小于预设最小有效张力时，将封网段标记为疑似受力异常段；

24、当封网段对应一体机牵引力在相邻采样时刻的增量大于预设一体机牵引力增量阈值，且一体机行走距离在相邻采样时刻的增量小于预设行走增量阈值时，将封网段标记为疑似卡滞段；

25、当判定对应一体机存在打滑或锚定不足风险，或标记为疑似卡滞段或疑似受力异常段时，形成牵引约束异常标记。

26、进一步地，计算封网段的估计下垂量与估计横向位置的方法包括：

27、基于封网段两端约束节点坐标计算水平距离与封网段方位角，并根据风速、风向和封网段方位角确定垂直于封网段方向的风速分量；

28、基于上一时刻的估计下垂量与水平距离判断预设抛物线近似条件，当满足预设抛物线近似条件时，采用抛物线近似模型，并基于风速分量、水平距离与等效张力计算封网段的估计下垂量，当不满足预设抛物线近似条件时，采用悬链线模型，并基于风速分量、水平距离与等效张力计算封网段的估计下垂量；

29、将封网段两端约束节点投影至预设目标封网区域所在平面，将两端投影点的横向坐标的均值作为估计横向位置。

30、进一步地，得到封网覆盖完整性指标的方法包括：

31、将各封网段的估计下垂量与估计横向位置映射至预设目标封网区域所在平面，生成各封网段边界曲线，并对相邻封网段边界曲线之间的间隙按预设边界补全间隙阈值进行边界补全，得到实时估计覆盖区域；

32、从实时估计覆盖区域与目标封网区域的重叠面积中，扣除位于实时估计覆盖区域内部的空洞区域面积和未进行边界补全的未覆盖间隙所对应的面积，得到有效覆盖面积；

33、将有效覆盖面积除以目标封网区域面积，得到封网覆盖完整性指标。

34、进一步地，得到校正后的封网状态的方法包括：

35、将各封网段的估计下垂量与估计横向位置按封网段顺序排列，构成视觉校正前反演状态；

36、当各数据源可信度中的视觉可信度大于或等于预设视觉可信度阈值时，基于视频识别得到的导线位置进行坐标配准，由配准后的网绳边缘、网片边缘或滑车位置构成视觉观测值，并根据视觉可信度调整视觉观测噪声矩阵；

37、基于调整后的视觉观测噪声矩阵计算校正增益，根据校正增益与视觉观测值对视觉校正前反演状态进行校正，得到校正后的封网状态；

38、当视觉可信度小于预设视觉可信度阈值时，取视觉校正前反演状态作为校正后的封网状态。

39、进一步地，计算综合风险评分的方法包括：

40、根据校正后的封网状态得到各封网段的估计下垂量与估计横向位置；

41、根据估计下垂量与预设允许最大下垂量计算下垂风险评分，基于估计横向位置计算横向偏移风险评分，根据封网覆盖完整性指标计算封网覆盖完整性风险评分，并根据牵引约束异常标记确定牵引约束风险项；

42、将封网覆盖完整性风险评分、各封网段下垂风险评分的最大值、各封网段横向偏移风险评分的最大值、一减去多源数据平均可信度后的结果与牵引约束风险项分别乘以对应的预设风险权重并求和，经截断处理得到综合风险评分。

43、进一步地，输出封网状态等级的方法包括：

44、基于各数据源可信度计算关键数据源最低可信度；

45、当多源数据平均可信度小于预设监测可信度不足阈值，或关键数据源最低可信度小于预设关键数据源可信度阈值时，输出的封网状态等级为监测可信度不足；

46、在未输出监测可信度不足的情况下，当综合风险评分大于或等于预设异常状态风险阈值时，输出的封网状态等级为封网状态异常；

47、当综合风险评分大于或等于预设关注状态风险阈值，且小于预设异常状态风险阈值，或多源数据平均可信度小于预设正常状态可信度阈值时，输出的封网状态等级为封网状态关注；

48、当综合风险评分小于预设关注状态风险阈值，且多源数据平均可信度大于或等于预设正常状态可信度阈值时，输出的封网状态等级为封网状态正常。

49、本技术提供了一种输电线路封网状态实时监测系统，用于执行前述的一种输电线路封网状态实时监测方法，包括：

50、多源数据模块，用于自封网作业开始起，按照预设采样周期获取多源数据，基于多源数据建立封网虚拟状态链和封网段，并计算各数据源可信度；

51、异常标记模块，用于根据多源数据估计一体机牵引力，根据一体机牵引力与封网虚拟状态链估计各封网段的等效张力，并形成牵引约束异常标记；

52、覆盖评价模块，用于根据封网段、多源数据与等效张力，计算各封网段的估计下垂量与估计横向位置，基于所述估计下垂量与估计横向位置计算得到封网覆盖完整性指标；

53、风险评分模块，用于根据各数据源可信度，对由所述估计下垂量与估计横向位置构成的反演状态进行视觉校正，得到校正后的封网状态，计算各数据源可信度的均值得到多源数据平均可信度，根据校正后的封网状态、多源数据平均可信度、牵引约束异常标记与封网覆盖完整性指标计算综合风险评分；

54、封网等级模块，用于根据综合风险评分与多源数据平均可信度输出封网状态等级。

55、本技术的有益效果在于：本技术通过在封网作业开始时获取一体机、滑车、环境状态和局部视觉等多源数据，并基于多源数据建立封网虚拟状态链和封网段，使封网监测对象由单一设备运行状态扩展为封网网绳或网片的整体连接关系和分段状态，能够在封网本体不连续布设传感器的条件下，对封网状态进行实时量化监测，提高了封网作业状态判断的完整性。

56、本技术通过根据多源数据估计一体机牵引力，并结合封网虚拟状态链估计各封网段的等效张力，同时形成牵引约束异常标记，使牵引端打滑、锚定不足、卡滞或受力传递异常等问题能够被纳入封网状态判断过程，避免仅依据设备是否通信正常、是否行走正常而忽略封网段实际受力异常，提高了风险识别的针对性。

57、本技术通过根据封网段、多源数据与等效张力计算各封网段的估计下垂量和估计横向位置，并进一步得到封网覆盖完整性指标，使封网覆盖不足、下垂增大和横向偏移等影响防护效果的关键状态能够被量化表达，便于操作人员判断封网区域是否满足对被跨越对象的防护要求。

58、本技术通过引入各数据源可信度，并依据可信度对反演状态进行视觉校正，在视频清晰、稳定时利用视觉数据提高封网状态判断精度，在视频受遮挡、晃动、光照或雨雾影响时降低不可靠视觉数据对结果的影响，从而提高复杂现场环境下封网状态监测结果的可靠性和鲁棒性。

59、本技术通过根据校正后的封网状态、多源数据平均可信度和封网覆盖完整性指标计算综合风险评分，并结合牵引约束异常标记输出封网状态等级，使封网作业结果不仅能够反映是否存在覆盖、下垂或偏移风险，还能够同步反映当前监测数据的可信程度，为暂停牵引、调整封网姿态、复核滑车锚定状态或进行人工复核提供明确依据，提高了输电线路跨越封网作业的安全性、可靠性和智能化水平。