本發(fā)明屬于opgw桿塔定位監(jiān)測，具體涉及一種基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法。

背景技術：

1、輸電線路受到自然或人為因素的影響，可能出現(xiàn)覆冰、舞動、雷擊等異?，F(xiàn)象，會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會負面影響，其安全穩(wěn)定運行對維護國民經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定至關重要。分布式光纖傳感(distributed?optical?fiber?sensor,dofs)技術以光纖作為傳感介質與信息傳輸介質，能夠實現(xiàn)對光纖沿線溫度、振動、應變等多種物理參量的監(jiān)測。在高壓架空輸電線路中，光纖復合架空地線(optical?fiber?composite?overhead?groundwire,opgw)因具有高可靠、壽命長、性價比高等特點，兼具架空地線原有的電氣和機械性能和光纜的通信功能，在輸電線路中被廣泛使用。將dofs技術與高壓架空輸電線路相結合，能夠有效利用線路中空閑的opgw資源，且在現(xiàn)場無需進行線路改造、設備安裝、通訊組網(wǎng)等工作，能夠以較低的投入為電力傳輸線拓展傳感功能，對輸電線路進行長期、持續(xù)、在線監(jiān)測。

2、opgw架設在桿塔上，其溫度、應變、振動等特征受架設結構的影響，與相鄰桿塔間的架空線懸垂段存在明顯的區(qū)別。dofs技術可以借由這些異常特征，實現(xiàn)傳感光纖皮長與輸電線路中各桿塔地理位置間的映射，并進一步以桿塔為錨定點，通過差值運算等方法，完成全線的標定。目前，不少研究組已嘗試直接利用dofs技術進行opgw線路上桿塔的定位。

3、公開號為cn116484196a的發(fā)明中公開了一種基于波數(shù)域分析的opgw光纜振動區(qū)域識別方法及系統(tǒng)，該發(fā)明可以識別光纜因長時間遭受振動而導致內部纖芯應變異常的易振隱患區(qū)域。公開號為cn114039656b一種基于botdr和otdr的opgw故障定位方法及裝置，能夠結合接續(xù)桿塔及非接續(xù)桿塔位置及其對應的累計光纖長度判斷故障所處桿塔，精準定位接續(xù)點。公開號為cn110927524b的發(fā)明中公開了一種基于botdr技術的opgw光纜斷芯原因分析與精確定位方法，能夠判定斷芯位置是否處于布里淵頻移跳變處。

4、然而，現(xiàn)有的桿塔定位工作大多聚焦于接續(xù)桿塔處光纖熔接造成的bfs跳變現(xiàn)象和桿塔處線纜的特殊固定結構所導致的監(jiān)測信號異常來進行接續(xù)桿塔判定。一方面輸電線路中接續(xù)桿塔的數(shù)量遠遠小于線路桿塔的總量，另一方面現(xiàn)有方法監(jiān)測參量與判斷方式單一，定位結果受輸電線路周圍氣象條件的影響較大，在定位精度和定位速度上也有所不足。

5、因此，目前需要解決opgw桿塔定位精度和定位速度的問題，有必要研究出一種全面，準確和快速的opgw桿塔定位方法。

技術實現(xiàn)思路

1、解決的技術問題：本發(fā)明公開了一種基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法，對高壓架空輸電線路振動、溫度、應變多參量的同時監(jiān)測，根據(jù)各個參量的特征及其機理綜合分析，克服單一物理參量進行定位的局限性，實現(xiàn)opgw線路桿塔的快速精準定位。本發(fā)明不僅為基于分布式光纖傳感技術構建的電力泛在物聯(lián)網(wǎng)提供了可行手段，而且對提高電網(wǎng)運維水平具有重要潛在價值。

2、技術方案：

3、一種基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法，所述opgw桿塔快速精準定位方法包括以下步驟：

4、s1，使用分布式光纖傳感系統(tǒng)對opgw桿塔全線進行監(jiān)測，采集opgw桿塔光纖內包含振動信息的后向瑞利散射信號和包含opgw桿塔全線應變、溫度、布里淵頻移數(shù)據(jù)的布里淵散射信號；

5、s2，基于采集的后向瑞利散射信號，得到以振幅參量為載體的耐張塔初步定位值；

6、s3，基于采集的布里淵散射信號，得到應變參量為載體的耐張塔初步定位值、以溫度參量為載體的直線塔初步定位值和以頻移參量為載體的接續(xù)塔初步定位值；

7、s4，將以振幅參量為載體的耐張塔初步定位值、以頻移參量為載體的接續(xù)塔初步定位值、以應變參量為載體的耐張塔初步定位值和以溫度參量為載體的直線塔初步定位值作為四參量，將四參量與桿塔地理間距圖對比，判斷桿塔處是否實現(xiàn)定位；其中，對于實現(xiàn)定位的桿塔點，衡量四參量定位的精度，取最準確的定位結果作為該桿塔點的實際位置；對于未實現(xiàn)定位的桿塔點，采用線性插值定位算法計算缺失桿塔，補全桿塔定位信息；

8、s5，根據(jù)桿塔點定位信息與實際地理距離，構建全線光纖皮長和線路地理信息之間的映射關系，采用全線光纖皮長和線路地理信息之間的映射關系計算得到異常事件的地理位置。

9、步驟s2進一步包括：

10、s21，利用窗函數(shù)將振動信號分割成重疊的窗口段，計算每個窗口內的平方和作為窗口的短時能量；以2min為單位，計算振動信號的每個抽樣點的短時能量，再計算同一抽樣點2min內的短時能量平均值，按照順序組合得到振動信號短時能量時空分布圖；

11、s22，根據(jù)線路的輸電電壓等級、桿塔的高度、接續(xù)桿塔處光纜的余長、線路整體長度、耐張塔個數(shù)與分布式光纖傳感系統(tǒng)的空間分辨率設計第一滑動方差窗口，使得一個第一滑動方差窗口里僅包含一座耐張塔；采用第一滑動方差窗口分割振動信號短時能量時空分布圖，計算得到每個第一滑動方差窗口的信號方差；

12、s23，根據(jù)懸垂光纜與耐張塔處固定光纜的振動幅度差異、耐張塔上引下線和余纜的長度等因素設定閾值，以第一滑動窗口方差均值的六分之一作為判定閾值；將方差低于判定閾值的區(qū)域標記為潛在異常區(qū)域，認為這些區(qū)域有可能存在耐張塔；

13、s24，對篩選出的潛在異常區(qū)域執(zhí)行去重操作：對區(qū)域內相鄰的判定點，選擇振動能量最低的數(shù)據(jù)點作為耐張塔的最準確位置，作為耐張塔初步定位值。

14、步驟s3進一步包括：

15、s31，利用分布式光纖傳感系統(tǒng)監(jiān)測opgw桿塔全線的應變、溫度、布里淵頻移數(shù)據(jù)，獲取opgw桿塔全線光纖內原始布里淵散射信號分布；

16、s32，將原始布里淵散射信號的最后1000個數(shù)據(jù)點視為噪聲，計算噪聲均值并減去該部分數(shù)值，去除基線噪聲；再將每個數(shù)據(jù)點的值被替換為其周圍數(shù)據(jù)點的均值，對布里淵散射信號進行平滑處理，得到去噪后發(fā)布里淵散射信號分布；

17、s33，采用bfs信號處理算法處理去噪后發(fā)布里淵散射信號分布，得到布里淵頻移曲線；

18、s34，采用異常點篩選算法處理布里淵頻移曲線，得到布里淵頻移異常點；

19、s35，對布里淵頻移異常點采用布里淵頻移異常點判定方法進行判定，得到應變參量為載體的耐張塔初步定位值、以溫度參量為載體的直線塔初步定位值和以頻移參量為載體的接續(xù)塔初步定位值。

20、步驟s33進一步包括：

21、s331，確定布里淵散射峰值位置，選取峰值附近制定范圍內的數(shù)據(jù)點進行局部分析；在選定的數(shù)據(jù)點周圍，采用基于最小二乘法的二次多項式進行曲線擬合，得到近似布里淵散射峰形狀的二次函數(shù)：

22、p(f)＝af2+bf+c

23、式中，f是頻率，a、b、c是多項式系數(shù)；通過迭代尋找原始數(shù)據(jù)與二項式函數(shù)的最小殘差平方和，找到最佳的擬合參數(shù)；rss的計算公式為：

24、

25、其中，si為原始數(shù)據(jù)；當峰值位置收斂或達到預設的擬合次數(shù)上限時，停止二次多項式擬合，得到擬合的峰值點；

26、s332，根據(jù)擬合的峰值點確定全線布里淵峰值頻移的精確值，作出全線布里淵頻移曲線。

27、步驟s34進一步包括：

28、s341，根據(jù)線路的輸電電壓等級、桿塔的高度與接續(xù)桿塔處光纜的余長，設計得到第二滑動方差窗口，設計的第二滑動方差窗口大于單座接續(xù)桿塔處引下線與余纜的總長度并且小于測量線路任意段的檔距，以使每個第二滑動方差窗口內僅包含一座接續(xù)桿塔；采用第二滑動方差窗口分割布里淵頻移曲線，計算每個第二滑動方差窗口的信號方差；

29、s342，以第二滑動窗口方差均值作為判定閾值，將方差低于判定閾值的區(qū)域標記為潛在異常區(qū)域，認為這些區(qū)域有可能存在接續(xù)塔；

30、s343，在識別的每個潛在異常區(qū)域內，將方差最大值所對應的滑動窗口中心點認為是bfs跳變點的最準確位置；采用尋峰算法對方差結果進行分析，利用二次函數(shù)擬合算法進行擬合，查找局部方差峰值點作為bfs的異常點。

31、步驟s35進一步包括：

32、s351，設置滑動窗口，以布里淵頻移異常點為中心，左右±30m的bfs數(shù)據(jù)為窗口大小，分割出數(shù)組；

33、s352，遍歷數(shù)組，查找所有具有單調性的區(qū)間，并將其按長度排序，提取最長的兩個單調區(qū)間備用；

34、s353，計算兩個單調區(qū)間的斜率，進行斜率閾值判定，將bfs信號的正常波動與峰值、跳變帶來的異常變化進行區(qū)分，并將低于斜率閾值的數(shù)組置空；斜率閾值與監(jiān)測設備的空間分辨率、監(jiān)測的高壓架空輸電線路桿塔結構導致的受影響光纜段長度因素相關；

35、s354，完成斜率閾值判定后，對剩余的非空數(shù)組進行篩選；若不存在非空數(shù)組，證明此處不存在合理的峰值或跳變，將此處判定為噪聲點；若此處僅存在一個非空數(shù)組，判定此處為bfs跳變點，對應以頻移參量為載體的接續(xù)塔初步定位值；若此處存在兩個非空單調數(shù)組，對兩個數(shù)組的斜率與順序進行比較，如果這兩個單調數(shù)組斜率相反，且斜率為正的數(shù)組在原始數(shù)組中的索引大于斜率為負的數(shù)組，則認為此處存在峰值，對應以應變參量為載體的耐張塔初步定位值、以溫度參量為載體的直線塔初步定位值，否則將此處判定為噪聲點。

36、步驟s4進一步包括：

37、s41，將四參量與桿塔地理間距圖對比，判斷桿塔處是否實現(xiàn)定位；對于實現(xiàn)定位的桿塔點，衡量四參量定位的精度，取最準確的作為桿塔點的實際位置；對于未實現(xiàn)定位的桿塔點，采用線性插值定位算法計算缺失桿塔的地理位置，補全桿塔定位信息；

38、s42，根據(jù)桿塔點的定位結果與實際地理距離，構建全線光纖皮長和線路實際地理信息之間的映射關系；

39、s43，當分布式光纖傳感系統(tǒng)監(jiān)測到異常事件時，根據(jù)全線光纖皮長和線路實際地理信息之間的映射關系，將事件定位到兩個桿塔之間的檔距區(qū)間內；再在定位到的檔距區(qū)間內，采用函數(shù)插值定位算法計算事件的地理位置。

40、進一步地，步驟s41中，采用線性插值定位算法計算缺失桿塔的地理位置的過程包括以下步驟：

41、若線路已知的實際地理位置ln對應桿塔n位置yn，地理位置ln+2對應桿塔n+2位置yn+2，桿塔n+1在分布式光纖系統(tǒng)中未能定位到有效特征，則利用已知的數(shù)據(jù)點(ln,yn)和(ln+2,yn+2)，對未知的數(shù)據(jù)點yn+1進行插值估算：

42、

43、進一步地，步驟s43中，采用采用函數(shù)插值定位算法計算事件的地理位置的過程包括以下步驟：

44、s431，建立架空線空間坐標，x軸為水平方向架空線長度，y軸為豎直方向架空線高度；架空線最低點為o點；a點為架空線左側桿塔坐標；b點為架空線右側桿塔坐標；c與d點代表架空線上的兩點坐標；

45、s432，根據(jù)懸鏈線法建立架空線線長的狀態(tài)方程為：

46、

47、其中，s為cd段架空線線長，t0為左端點c所受拉力，為左端點c切線方向與水平夾角，q為架空線長度自身重量；

48、s433，架空線ab段總長度為ao段長度與ob段長度和，a為ao段水平距離，b為ob段水平距離，將狀態(tài)方程積分得：

49、

50、s434，令事件發(fā)生在距桿塔s0位置處，將s0與計算得到的lab、lao進行對比，確認事件所在區(qū)段，計算事件的實際地理位置x為：

51、

52、有益效果：

53、第一，本發(fā)明的基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法，結合opgw與dofs技術，通過實現(xiàn)光纖皮長與線路實際桿塔坐標之間的精準映射。

54、第二，本發(fā)明的基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法，利用融合式分布光纖傳感系統(tǒng)，綜合考量振動、溫度、應變等多個物理參量，實現(xiàn)對輸電線路中耐張塔與直線塔兩種不同類型桿塔的有效定位。

55、第三，本發(fā)明的基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法，顯著提高輸電線路桿塔定位的數(shù)量、速度和準確性，對于提升電力系統(tǒng)的運維水平具有顯著的實際應用價值。

56、第四，本發(fā)明的基于多維參量融合的opgw桿塔快速精準定位方法，通過插值算法計算異常事件精確定位值，實現(xiàn)了高壓架空輸電線路的覆冰、舞動、雷擊等異?，F(xiàn)象進行預警。