一种带电作业人员安全距离检测方法、系统及介质与流程

本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种带电作业人员安全距离检测方法、系统及介质。

背景技术：

1、随着电力系统的发展和人们生活水平的提高，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求也逐渐提高，而随着我国电力负荷的逐年提升针对电网及其相关电力系统设施的质量要求显著提升。为了保障设施正常运转，高空带电作业安全保障日益向着规范化、数字化和精细化方向发展。在规范化方面，大量用于保障安全操作的带电作业规程被指定，如针对进出等电位体的安全进出方式目前已涵盖了绝缘软梯法、绝缘硬梯法和吊篮法等。结合等电位体的电气特性，这些操作过程需要严格作业人员与周边带(导)电设施的安全间距；在数字化方面，国网各省公司已逐步完成对带电作业现场的数字化重建，已生产出大量基于激光扫描设备获取的、面向架空设施的激光点云数据；在精细化方面，需要在进出等电位体和作业过程中实时监控作业人员与周边设施的安全间距。然而，激光点云数据采用三维空间点数据对现实场景进行重建，具有数据量大和拓扑关系复杂等特点，这为直接基于激光点云进行带电作业自动化监控提出了挑战。现有基于激光点云的带电作业安全防护工作多采用半自动化方式，在关键作业环节上参照激光点云刻画的现实场景进行大量标绘和人工比对，难以对连续移动路径上的安全隐患进行自动化提取和告警，使得已有成果难以结合整个作业过程进行全作业周期自动化保障。

2、伴随虚拟化技术的快速发展，多源空间数据被广泛应用于电力现场勘查。面向等电位体的现场重建数字化成果已开始重视现实场景与数字现场的一致性。大量研究表明针对物理形变的电力基础设施进行修正和更新可以有效保证安全防护的有效性。为提高数字化重建成果的可用性，不同类型的单体设施在电力数字化成果中被单体化重建并进而通过符号化加以区分，其所包含的电气特性(如电压等级或电场范围等)可以较为有效的对作业规划提供支撑。现有激光点云数据成果也较多对横担、绝缘子串和塔体空间进行了区分，为带电作业环节的交互式分析研判提供基础支撑。以自动化观点来看，上述侧重可视化仿真的方法忽略了现实对象可变性和带电作业监控需求的复杂性，难以实现数字信息的共享和应用的扩展。为了保证不同类型的带电作业任务能够共享数字重建成果，首先需要基于激光点云数据提取空间三维空间对象，如面向横担、绝缘子串和线路的点云数据进行自动化对象提取，同时提取的结果应当结合电力设施的分类进行编码存储、以保证后续复用。特别针对外力形变的基础设施，如低电压等级输电线路，应当提供交互式的形变仿真计算手段，以保证分析研判过程中的重建场景能够仿真外力作用下的真实场景。

3、在实时位置获取上，得益于近年来快速发展的卫星观测定位技术，大量高精度定位终端在开阔环境下已能够提供厘米级定位精度。基于rtk定位技术，在参考站(网)、数据中心、数据通信链路和流动站等辅助下，高空作业人员的空间位置可以通过单频(双/多频)接收机进行连续观测，并通过数据链路进行回传，在保障定位精度的前提下有效降低了定位成本。该场景中，用户不需要单独建立定位基准站，在距离流动站信息转发时能够与距离上百公里的基准站进行通信，从而大大提高了定位的可靠性。为严格保障带电作业关键环节的安全性，已有基于rtk定位的监控方法通过在作业人员身上配备多个位置接受天线对作业人员进行全面防护。带电作业环境下，过多信号接受装置会增加位置观测误差且在强磁场环境下存在潜在安全隐患，有必要合理减少位置接受装置数量，并通过提高采样频率依据不同装置的返回定位结果进行比较和有效性甄别。与此同时，为减少安全距离判定的时间复杂度，需要基于历史位置序列对作业过程进行位置预测，并基于预测结果减少参考对象的位置比对空间。

4、综上，尽管在关键作业环节的安全距离监控上取得了一定的突破，但已有基于现场重建的带电作业安全保障存在自动化程度不高、位置获取装置配备复杂和缺乏过程性防护等问题。本发明针对高空带电作业移动对象安全距离保护问题，给出一套基于北斗双频查分定位技术和输电线路形变计算的三维空间防护距离高精度检测技术。通过获取输电线路空间信息的三维点云数据得到目标对象的空间位置，通过带电体的类型有选择地进行着力形变计算，基于计算所得空间位置信息自动测算典型等电位体进出方式的危险识别区域，并通过北斗双频查分定位信息与危险识别区域构建实时防护预警机制、形成面向作业过程的安全距离防护核心技术与系统。

5、目前，已有将激光点云和卫星定位技术应用于带电作业安全防护主要以人工标定安全围栏或人工量测目标区域方式展开。第一类方法通过引入卫星定位技术，《一种带电作业人员安全距离检测方法及系统》首先为带电作业的关键环节勾绘出三维外包矩形框，通过将该矩形框作为作业人员(或工具)的最大活动范围，该方法引入卫星定位系统监控作业人员的肢体(通过躯干配备定位天线)是否超出最大活动范围，以实现基于电子围栏监护的异常行为告警。第二类方法通过点云数据(交互式)确定目标对象的带电体位置，然后基于量测方法获取杆塔与挂点之间的距离，并基于挂点位置距离度量结果确定带电作业入场位置。

6、第一种安全围栏方法相关技术方案的核心环节包含：

7、a.以点云作为研判底图标定电子围栏

8、现场环境的三维模型导入为底图，采用绘制工具在现场环境的三维模型上勾绘三维电子围栏。三维电子围栏为可编辑式围栏，通过实时拖动围栏点改变围栏形状，通过实时判定点的位置，得出点对多面体的位置判定。三维电子围栏即在三维地图上绘制一块虚拟地理边界。在三维激光技术对输电线路数据采集的基础上，完成输电线路及杆塔三维立体建模与校准；电子围栏无需在现场安装硬件设备，管理人员可直接在系统后台或者通过检修作业管控装置按需在输电线路及杆塔绘制虚拟空间电子围栏。平台支持规则形状的三维模型建立，支持手动绘制规则形状的围栏，可满足常规情况下三维电子围栏的使用需求。

9、b.通过多个定位螺旋天线并基于双频差分获取肢体位置

10、基准站网包括抗干扰装置，抗干扰装置连接数据处理中心并保持信号稳定；抗干扰装置采用大接收角度的螺旋天线，达到抗强电场干扰的目的。通过社会cors基站获取差分数据，通过安全距离监测装置的4g公网卡获取其推送的cors数据。以头部天线的定位点为起点，向下预设距离后得到的点为球心，绘制一个球体，球体的半径为球心到最远的定位点的距离l；若距离l超过预设半径，则取预设半径作为球体半径。当头部天线解算状态不固定时，按照多固定解定位方法绘制球体。若两个固定解是脚部，则以两个脚部天线定位点中心为起点，向上预设距离后得到的点为球心，绘制一个球体，球体的半径为球心到最远的定位点的距离l；若距离l超过预设半径，则取预设半径作为球体半径。

11、c.关键环节上通过匹配电子围栏与定位信息保证作业安全性

12、三维电子围栏即在三维地图上绘制一块虚拟地理边界，并配置好报警规则，若监控对象触发了报警规则(走出或走进地理围栏)，平台与移动端均会收到相应的报警通知，达到监控人员、车辆安全的效果。系统后台已加入出入围栏告警，在立体空间内的触发行为，均能实现警报，以平台端同步高亮显示的方式进行提示。结合人体模型和三维电子围栏进行安全距离监测，并进行预警。

13、然而，第一种安全围栏方法依赖电子围栏的勾绘，将激光点云作为底图辅助勾绘和检测过程。尽管可以对静态的范围进行越界监控，但无法综合考虑形变情况对参考目标进行自动更新。同时，该过程过于依赖勾绘人员的经验，没有有效结合带电作业进场和作业过程提供自动化安全区域计算过程，这使得面向路径的检测应用中勾绘过程难以实现数字化，增加了安全隐患。此外，过多引入螺旋天线在高空强磁场环境下存在配置复杂度高和误差来源多样等问题。总体而言，技术一在面向过程性监控需求时人工决策干预步骤过于繁琐，缺乏有效的手段从点云数据中心提取电力对象的空间信息，也没有将电子围栏与对象电气特性进行有效结合、灵活度不够。此外，由于承重形变等因素导致的线路形变难以直接通过激光点云数据获取坐标，使得安全监护参考的坐标信息与作业时的实际坐标存在偏差、导致告警所参考的数据源存在安全隐患。

14、第二种基于量测的路径安全评估方法的核心环节包含：

15、a.获取目标带电作业区域内的目标对象的点云数据和预置带电作业安全参数

16、目标对象可以包括杆塔、导线和绝缘子串中的至少一个，还可以包括跳线、地面和植被。预置带电作业安全参数可以包括硬梯的长度、带电作业人员的活动半径和预置电气组合间隙值。硬梯的长度是指带电作业人员通过硬梯进行带电作业时所用的硬梯的长度，该硬梯一端与带电体连接，比如导线，另一端与杆塔连接。带电作业的电气组合间隙值是指带电作业人员所在位置到带电体(如导线、绝缘子串)和接地体(如杆塔)的最小三维距离之和，若最小的电气组合距离符合带电作业安全规范，则进场路线安全。点云数据为激光点云数据，点云数据是指扫描资料以点的公式记录，每一个点包含有三维坐标。

17、b.将电气组合间隙满足安全条件的进场路径的起点位置确定为带电作业入场位置

18、在所有的进场路径中，确定出满足电气组合间隙安全条件的进场路径为安全进场路径。具体可以是基于预置采样间距对每条进场路径进行点采样，得到每条进场路径上包含的多个采样点，然后计算每条进场路径所包含的多个采样点到带电体的最近距离与带电作业人员的活动半径的第一差值，以及多个采样点到至少一个目标对象中的接地体的最近距离与活动半径的第二差值，如果任意一条路径上所有采样点都大于预置电气组合间隙值，则确定该进场路径上的起点位置作为硬梯进入目标区域的起点位置，即带电作业入场位置。带电作业人员的活动半径是指以带电作业人员为圆心建立一个球形模型(人体允许活动范围)，带电作业人员的作业范围为该球形的半径，即为带电作业人员的活动半径。

19、然而，第二种基于量测的路径安全评估方法是直接基于点云数据进行路径判定结合了进入带电体作业规程，但路径判断过多依赖枚举方式、增加了分析的复杂性。关键的不足之处在于，技术二聚焦于进场前的研判分析，缺乏有效的技术手段(如高精度卫星定位方法)对作业过程进行实时检测，从而无法在实际应用过程中实现针对作业人员的安全保障。与此同时，基于点云的目标对象位置提取需要大量人工标定，增加了人力成本。现有研究通过配搭多个位置天线的方式存在成本高和多个信源接受过程难以协同，从而为基于位置的监控提出了挑战。

技术实现思路

1、本发明针对高空带电作业移动对象安全距离保护问题，提供基于北斗双频查分定位技术和输电线路形变计算的三维空间防护距离高精度检测技术，解决了已有单一距离计算或静态安全区域检测方法缺乏全过程防护和时效性低等技术问题。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、一种带电作业人员安全距离检测方法，包括

4、获取带电作业区域内带电体的点云空间信息与带电体特性参数标注；

5、根据获取的点云空间信息与带电体特性参数标注确定等电位体承重和着力点位置信息、基于输电线路承重和着力点信息计算输电线路形变；

6、构建面向作业人员和输电线路的轮廓识别模型，根据轮廓识别模型更新输电线路形变后构建空间链路信息；

7、基于构建的空间链路信息确定危险区域，所述危险区域基于对象属性和标注的承载参数获取；

8、基于轮廓识别模型以及北斗双频查分实时获取作业人员位置信息；

9、将人员位置信息与危险区域进行空间相交判定进行实时危险距离识别，并根据识别结果进行告警。

10、一种带电作业人员安全距离检测系统，包括

11、第一模块：被配置为用于获取带电作业区域内带电体的点云空间信息与带电体特性参数标注；

12、第二模块：被配置为用于根据获取的点云空间信息与带电体特性参数标注确定等电位体承重和着力点位置信息、基于输电线路承重和着力点信息计算输电线路形变；

13、第三模块：被配置为用于构建面向作业人员和输电线路的轮廓识别模型，根据轮廓识别模型实时更新输电线路形变后构建空间链路信息；

14、第四模块：被配置为基于构建的空间链路信息确定危险区域，所述危险区域基于对象属性和标注的承载参数获取；

15、第五模块：被配置为基于轮廓识别模型以及北斗双频查分实时获取作业人员位置信息；

16、第六模块：被配置为用于将人员位置信息与危险区域进行空间相交判定进行实时危险距离识别，并根据识别结果进行告警。

17、一种计算机介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够执行上述任意一项所述方法。

18、因此，本发明具有如下优点：

19、1.基于带电作业点区域内点云位置信息提取可以避免直接针对点云坐标数据的距离计算，可以提高带电作业距离判定方法的可用性；在此基础上进行带电体特性标注能够实现带电作业对象的电气特性关联。

20、2.关联危险区域基于对象属性和标注的承载参数获取，告警关联危险区域基于用户标记的任意空间点坐标以及关联危险区域获取，其中空间关联基于点云自动生成，有利于降低人工标注工作量。

21、3.基于线路承重的输电线路形变分析可以根据作业过程中的线路承重给出逐点线路坐标，能够结合已有线路坐标信息支撑应力形变下的带电作业距离分析。

22、4.基于图像的轮廓识别方法综合考虑拍摄仰角、图像轮廓相对位置和佩戴点北斗位置信息，利用数值方法计算带电作业人员的身体轮廓坐标。该方法在保证坐标计算精度的前提下大大降低了传统多天线位置获取方法的实施难度，能够有效降低遮挡和高电压环境对位置信号的精度影响。

23、5.基于作业点区域点云对象的坐标分段表达能够参考等电位体电气参数定义危险识别区域，可以面向作业人员实时位置信息进行高效的距离计算，实现基于距离和组合间隙距离的危险行为识别和告警。