一种吊车轨迹地图快速匹配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种吊车轨迹地图快速匹配方法，属于电力系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，高压输电线路如何防外力尤其是吊车等大型机械施工设备的破坏或碰触 一直是供电公司输电线路运行维护部门的重大课题。在输电线路保护区域，车辆尤其是吊 车碰触输电线路的事故时有发生。以苏州城区为例，供电公司每年因吊车等大型施工机械 导致的110千伏及以上输电线路跳闸事件就达数十起，造成直接经济损失达数百万元，同 时也可能造成电力客户经济损失数百万元。
[0003] 对吊车安装GPS定位系统是目前保护输电线路最常用的方式之一。实时的采集吊 车行进过程中的位置信息、可以对靠近电力系统输电线路的吊车进行提前预判告警、同时 还可以在电子地图上对吊车行进轨迹进行重现。吊车位置匹配目前主要包括：基于位置点 匹配的地图匹配算法、基于面积法准则的地图匹配算法、模糊逻辑算法、基于加权函数的地 图匹配技术以及曲线拟合算法等。
[0004] 虽然这些算法在电子地图导航方面取得了非常好的效果，但对于电力系统对吊车 运行轨迹的实时性、精确性以及匹配结果的连续性等要求非常高的情况下无法获得同样的 效果。基于模糊规则的地图匹配受限于专家经验（不同的环境下需要改变相应的模糊规 则）。基于加权的函数的地图匹配技术虽然实现简单，但其中搜索区域半径、加权函数中的 各个加权值等多个参数的经验值需要通过大量的实测数据确定。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种吊车轨迹地图快速匹配方法。
[0006] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种吊车轨迹地图快速匹配方法，包 括如下步骤：
[0007] 第一步，根据一条输电线路中的杆塔编号将输电线路折线化，并根据杆塔编号用 直线连接，且每一直线可等效为一条道路，其中每条输电线路中杆塔的经度、炜度、编号、与 前后杆塔的距离、转角方向都从数据库中获取；
[0008] 第二步，将杆塔和道路进行区域划分，并根据车辆运动的连续性，以预定长度为步 长将整个道路网自左到右、自上而下划分为若干网格，并划分为mXn个区域；其中，m和η 分别代表所划分区域的行数和列数，且每个区域有唯一与其对应的索引号，每个索引号各 自包括落入其内部并与其相交的所有道路；
[0009] 假设划分区域所要选择的长度为1000m，杆塔所在区域范围为LXH，吊车定位点 经炜度坐标为Pt (X，y)，其中，t为区域编号，根据公式：
[0010]
;得出，t= [x/1000] + [y/1000]Xm+1 ;其中，L、H表示地图的区 域范围，X，y分别表示吊车实时的经炜度，[]表示取整；
[0011] 第三步，对GPS定位装置上传上来的数据经行筛选，删除一些无效的GPS信息点， 从上传的数据帧中逐点读出吊车的经炜度、速度、方向、时间以及工作状态，经过坐标转换 后存储到数据库中；同时各个输电线路杆塔所在的区域也存储到相应的数据库中，为下一 步分析处理做好准备；
[0012] 第四步，根据第二步确定GPS信息点所在的区域，查询数据库确定该区域内的所 有道路，并根据当前吊车的运行状态，借助投影算法进行道路匹配；
[0013] 第五步，匹配成功后，将当前的GPS经炜度实时存入历史数据库中，便于后续的历 史轨迹生成和查询，或为第四步中，当吊车遇到交叉路口或多条道路难以区分时提供决策 用。
[0014] 进一步的，第四步中，当吊车为行驶状态时，进行道路匹配的具体步骤如下：
[0015] 首先，将待匹配道路分为如下三类：
[0016] 第一类、与吊车当前所在区域内的输电线路拓扑相连，并且与吊车前一时刻所匹 配道路拓扑相连；
[0017] 第二类、与输电线路拓扑上不存在连通性，只与吊车前一时刻所匹配道路拓扑相 连；
[0018] 第三类、与输电线路和吊车前一时刻所匹配道路拓扑上都不存在连通性的道路；
[0019] 进行匹配计算时，优先从第一类道路中选择待匹配的道路，匹配失败再依次从第 二类和第三类道路中选择待匹配的道路进行投影算法匹配计算；
[0020] 在投影算法中，可用信息包含定位点到待匹配道路的距离d和吊车行驶方向与待 匹配道路方向的夹角Θ，则道路匹配度fjd，Θ)为：
[0021] ?；((1,Θ) =Ojdj+Ogθ;
[0022] 其中，i表示第i条道路，ω#Ρω0分别表示GPS定位点到待匹配路段的投影距离 d和车辆行驶方向与待匹配道路方向夹角Θ在匹配度函数中的权重大小，其满足（〇，《0 =1;每次匹配取fjd，Θ)的最大值所在道路作为最终待匹配的道路；
[0023] 当匹配时遇到两条或多条道路交叉点时，以交叉点为0圆心，以d_为半径所得的 圆形区域作为权值的判断区域，如果定位点在这个区域外，则直接向待匹配路段投影；如果 在区域内部，当|〇P| 时采用如下公式计算道路匹配度：
[0024]
[0026] GPS定位点到待匹配道路垂直距离以及所在区域输电线路的距离dtl，通过如下通 用公式计算：
[0028] 其中，p= (a+b+c)/2,p表示中间变量，a，b分表表示GPS定位点到输电线路杆塔 等效的道路两端点之间的距离，c为输电线路杆塔等效的道路长度。
[0029]本发明的有益效果：
[0030] 1.输电线路折线化等效为道路，便于数据库存储，结合实际简化吊车实时位置与 待匹配道路垂直距离以及与输电线路之间的距离计算公式，将其等效为GPS定位点到待匹 配道路的距离d的计算方法。可进一步简化算法流程。
[0031] 2.通过对输电线路和道路网络分块，进一步缩小吊车误差区域，这样匹配道路的 选择仅仅与当前吊车所在区域中包含的道路数量有关，与电子地图的规模无关，匹配算法 只需对吊车当前所在区域内的待匹配道路进行筛选，进一步减小算法的计算量，有助于提 高算法的实时性。
[0032] 3.通过对吊车不同工作状态采用不同的匹配方法，动态时使用匹配度，不同路况 下采用不同的权重，有效避免吊车在道路拐弯或交叉路口处的误匹配现象。进一步提高算 法匹配经度。
[0033] 4.吊车作业点也为输电线路故障易发处，修正后的GPS信息点实时存储数据库形 成历史数据库，便于输电线路管理部分实时统计、分析输电线路故障点易发处，为线路巡检 人员巡检工作提供参考依据，方便输电线路管理部门提前做好预防工作。
【附图说明】
[0034] 图1本发明的区域划分示意图；
[0035] 图2本发明的交叉点出权值判断区域；
[0036] 图3本发明的匹配算法原理图；
[0037] 图4本发明的静止状态区域图。
【具体实施方式】
[0038] 图1、图2所示，为一种吊车轨迹地图快速匹配方法，包括如下步骤：
[0039] 第一步，根据一条输电线路中的杆塔编号将输电线路折线化，并根据杆塔编号用 直线连接，且每一直线可等效为一条道路，其中每条输电线路中杆塔的经度、炜度、编号、与 前后杆塔的距离、转角方向都从数据库中获取；
[0040] 第二步，将杆塔和道路进行区域划分，并根据车辆运动的连续性，以预定长度为步 长将整个道路网自左到右、自上而下划分为若干网格，并划分为mXn个区域；其中，m和η 分别代表所划分区域的行数和列数，且每个区域有唯一与其对应的索引号，每个索引号各 自包括落入其内部并与其相交的所有道路；
[0041] 假设划分区域所要选择的长度为l〇〇〇m，杆塔所在区域范围为LXH，吊车定位点 经炜度坐标为Pt (X，y)，其中，t为区域编号，根据公式：
[0042]
;得出，t= [x/1000] + [y/1000]Xm+1 ;其中，L、Η表示地图的区 域范