一种输电线路防外破的智能监控方法及装置与流程
本发明属于输电线路监控领域，尤其涉及一种输电线路防外破的智能监控方法及装置。
背景技术：
在对输电线路进行施工作业过程中，施工车辆容易触碰到附近输电线路的杆塔、架空线、地下电缆等设施，使输电线路遭到破坏，造成安全隐患。输电线路的防外破是指通过图像识别、gps定位等方式进行监控，防止输电线路受到外力破坏。随着城市规模的不断发展，输电线路的运行路线长、分布范围广的特点给输电线路的防外破监控造成很大困难。利用图像识别技术进行防外破监控存在易受天气影响、难以实现全天候监控的问题
为了解决上述的问题，通常利用gps定位技术通过实时定位模块采集施工车辆的位置信息，通过无线传输协议将位置信息发送到应用服务器，通过应用服务器计算获得施工车辆与输电线路之间的距离，防止施工车辆距离输电线路过近。
上述方法虽然可以实现全天候监控，但由于施工车辆是移动的物体，在通过无线协议传输实时坐标与告警信息等数据时会产生传输时间，施工车辆在传输时间内移动就会产生误差距离，使计算出的施工车辆与输电线路之间的距离存在误差，影响防外破监控告警的响应速度。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种输电线路防外破的智能监控方法，包括：
获取施工车辆的实时坐标和实时速度，通过预先构建的线性回归模型根据实时速度得到施工车辆的误差距离；
获取输电线路保护区的施工参数，基于实时坐标和施工参数计算出施工车辆与输电线路之间的直线距离；
将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较，若小于臂杆长度，发送告警消息。
可选的，所述智能监控方法还包括线性回归模型的构建过程，所述构建过程包括：
获取施工车辆的历史速度以及历史传输时间，所述历史传输时间为在该历史速度下传输数据所需要的时间；
将历史速度划分为若干个级别，基于划分出的级别将历史速度组成线性回归模型的输入矩阵；
在每个级别中，计算历史速度对应的历史传输时间的平均值，将计算出的平均值组成线性回归模型的输出矩阵；
根据输入矩阵和输出矩阵，基于最小二乘法拟合出线性回归模型。
进一步的，所述通过预先构建的线性回归模型根据实时速度得到施工车辆的误差距离，包括：
将施工车辆的实时速度输入线性回归模型中，得到施工车辆在该实时速度下传输数据的预计传输时间；
将实时速度和预计传输时间的乘积作为施工车辆的误差距离。
可选的，所述输电线路保护区的施工参数包括输电线路保护区中杆塔的坐标、边相导线对输电线路中心的水平距离d1以及边相导线对地最短距离h1；
d1、h1的取值范围均为正数。
进一步的，所述获取输电线路保护区的施工参数，基于实时坐标和施工参数计算出施工车辆与输电线路之间的直线距离，包括：
获取输电线路保护区中起点塔杆的第一坐标与终点杆塔的第二坐标，根据第一坐标和第二坐标确定起点塔杆和终点杆塔的中心连线方程f1(x)；
根据施工车辆的实时坐标(lona，lata)，lona为实时坐标的经度，lata为实时坐标的纬度，确定通过实时坐标且与中心连线方程f1(x)垂直的直线方程f2(x)；
确定f1(x)和f2(x)的交点j的坐标(lonb，latb)，lonb为交点j的经度，latb为交点j的纬度，基于公式一、公式二计算施工车辆对输电线路中心的水平距离d；
c＝sin(lata)×sin(latb)+cos(lata)×cos(latb)×cos(lona-lonb)公式一；
d＝r×arccos(c)×(π/180)公式二；
其中，c为中间变量，r为地球半径，c、lata、latb、lona、lonb的取值范围均为实数，d、r的取值范围为正数；
根据施工车辆对输电线路中心的水平距离d和边相导线对输电线路中心的水平距离d1，计算出施工车辆对边相导线的水平距离hd，hd的取值范围均为正数；
根据勾股定理，由hd和h1计算出施工车辆与输电线路的边相导线之间的直线距离。
可选的，所述将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较，若小于臂杆长度，发送告警消息，包括：
将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较；
若小于臂杆长度，则将第一告警信息发送到施工车辆的车载终端；
在发出第一告警信息后，若经过预设时间后直线距离与误差距离的相加结果仍小于臂杆长度，则将第二告警信息发送给输电线路保护区的运维人员。
本发明还基于同样的发明思路提出了一种输电线路防外破的智能监控装置，包括：
实时单元：用于获取施工车辆的实时坐标和实时速度，通过预先构建的线性回归模型根据实时速度得到施工车辆的误差距离；
计算单元：用于获取输电线路保护区的施工参数，基于实时坐标和施工参数计算出施工车辆与输电线路之间的直线距离；
告警单元：用于将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较，若小于臂杆长度，发送告警消息。
可选的，所述智能监控装置还包括回归单元，用于构建线性回归模型，具体用于：
获取施工车辆的历史速度以及历史传输时间，所述历史传输时间为在该历史速度下传输数据所需要的时间；
将历史速度分为若干个级别，在每个级别中，将历史速度作为输入，将历史传输时间作为输出，基于最小二乘法拟合出各个级别的线性回归模型。
进一步的，所述实时单元具体用于：
将施工车辆的实时速度输入拟合出的线性回归模型中，得到施工车辆在该实时速度下传输数据的预计传输时间；
将实时速度和预计传输时间的乘积作为施工车辆的误差距离。
可选的，所述告警单元具体用于：
将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较；
若小于臂杆长度，则将第一告警信息发送到施工车辆的车载终端；
在发出第一告警信息后，若经过预设时间后直线距离与误差距离的相加结果仍小于臂杆长度，则将第二告警信息发送给输电线路保护区的运维人员。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过预先构建的线性回归模型，得到施工车辆在实时速度下传输数据的预计传输时间，再通过预计传输时间计算施工车辆的误差距离，相比于传统的施工车辆与输电线路之间距离的方法，消除了施工车辆在传输时间内的移动造成的误差，提高了防外破监控告警的响应速度。另外，在构建的线性回归模型中将历史速度进行分级别拟合，降低了线性回归模型的拟合误差，使得到的误差距离更准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种输电线路防外破的智能监控方法的流程示意图；
图2为本发明提出的一种输电线路防外破的智能监控装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，本发明提出了一种输电线路防外破的智能监控方法，包括：
s1：获取施工车辆的实时坐标和实时速度，通过预先构建的线性回归模型根据实时速度得到施工车辆的误差距离。
所述线性回归模型的构建过程包括：
获取施工车辆的历史速度以及历史传输时间，所述历史传输时间为在该历史速度下传输数据所需要的时间；
将历史速度分为若干个级别，基于级别将历史速度组成线性回归模型的输入矩阵。在本实施例中，将历史速度分为三个级别。例如，第一个级别中的历史速度范围在0公里/小时至10公里/小时，第二个级别中的历史速度范围在10公里/小时至25公里/小时，第三个级别中的历史速度范围在25公里/小时至40公里/小时。将分好级别的历史速度组成线性回归模型的输入矩阵x，x的维度为m×n，m为级别的数量，n为每个级别中历史速度的数据个数。
在每个级别中，计算历史速度对应的历史传输时间的平均值，将计算出的平均值组成线性回归模型的输出矩阵。例如，在第一个级别中，所有历史速度对应的历史传输时间分别为10ms、8ms、7.5ms和9ms，则计算所有历史传输时间的平均值为(10+8+7.5+9)/4＝8.625ms。其他级别以此类推，将计算出的平均值组成线性回归模型的输出矩阵y，y的维度为m×1，m为级别的数量，即每个级别对应一个历史传输时间的平均值。
根据输入矩阵和输出矩阵，基于最小二乘法拟合出线性回归模型。设线性回归模型y＝h(θ)＝xθ，θ为一个n×1的拟合参数向量，h(θ)为一个m×1的向量。
定义损失函数
上述m、n的取值范围均为正整数。
以历史速度和历史传输时间作为观测量，通过最小二乘法拟合出线性回归模型，从而得到施工车辆的速度与传输时间之间的线性关系。同时，根据历史速度的大小分为若干个级别，实现分段拟合，使拟合出的线性回归模型更准确。
所述通过预先构建的线性回归模型根据实时速度得到施工车辆的误差距离，包括：将施工车辆的实时速度输入线性回归模型中，得到施工车辆在该实时速度下传输数据的预计传输时间；将实时速度和预计传输时间的乘积作为施工车辆的误差距离。
线性回归模型能够得到施工车辆在某一实时速度下传输数据的预计传输时间，通过计算施工车辆在所述预计传输时间内移动的距离，即误差距离，与传统方法相比，在判断施工车辆与输电线路的距离时，引入误差距离这一物理量，能够对施工车辆在传输数据的时间内移动产生的距离计算误差进行补偿，提高了距离计算的准确性，改善了防外破智能监控的效果。
s2：获取输电线路保护区的施工参数，基于实时坐标和施工参数计算出施工车辆与输电线路之间的直线距离。
所述输电线路保护区的施工参数包括输电线路保护区中杆塔的坐标、边相导线对输电线路中心的水平距离d1以及边相导线对地最短距离h1，d1、h1的取值范围均为正数。
获取输电线路保护区中起点塔杆的第一坐标与终点杆塔的第二坐标，根据第一坐标和第二坐标确定起点塔杆和终点杆塔的中心连线方程f1(x)；
根据施工车辆的实时坐标(lona，lata)，lona为实时坐标的经度，lata为实时坐标的纬度，确定通过实时坐标且与中心连线方程f1(x)垂直的直线方程f2(x)；
确定f1(x)和f2(x)的交点j的坐标(lonb，latb)，lonb为交点j的经度，latb为交点j的纬度，基于公式一、公式二计算施工车辆对输电线路中心的水平距离d；
c＝sin(lata)×sin(latb)+cos(lata)×cos(latb)×cos(lona-lonb)公式一；
d＝r×arccos(c)×(π/180)公式二；
其中，c为中间变量，r为地球半径，c、lata、latb、lona、lonb的取值范围均为实数，d、r的取值范围为正数；
根据施工车辆对输电线路中心的水平距离d和边相导线对输电线路中心的水平距离d1，计算出施工车辆对边相导线的水平距离hd，hd的取值范围均为正数；
根据勾股定理，由hd和h1计算出施工车辆与输电线路的边相导线之间的直线距离。
s3：将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较，若小于臂杆长度，发送告警消息。
将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较；
若小于臂杆长度，则将第一告警信息发送到施工车辆的车载终端；
在发出第一告警信息后，若经过预设时间后直线距离与误差距离的相加结果仍小于臂杆长度，则将第二告警信息发送给输电线路保护区的运维人员。
当施工车辆的行驶方向为进入输电线路保护区时，误差距离为负数，当施工车辆的行驶方向为驶离输电线路保护区时，误差距离为正数。
当第一告警信息发出后，施工车辆经过预设时间后与输电线路的距离仍然小于臂杆长度，说明第一告警信息因通讯故障等原因未通过车载终端传达给施工车辆上的司机，也可能是施工车辆上的司机仍未对第一告警信息做出响应。为了防止输电线路受到外力破坏，继续发出第二告警信息，由输电线路保护区的运维人员做出响应。通过设置第一告警信息和第二告警信息，对处理告警的情况进行监控，为智能监控告警提供了第二道保障措施，避免因某些不可控因素对告警消息的响应产生影响。
实施例二
如图2所示，本发明提出了一种输电线路防外破的智能监控装置4，包括：
实时单元41：用于获取施工车辆的实时坐标和实时速度，通过预先构建的线性回归模型根据实时速度得到施工车辆的误差距离。
所述智能监控装置4中还包括用于构建线性回归模型的构建单元，用于：
获取施工车辆的历史速度以及历史传输时间，所述历史传输时间为在该历史速度下传输数据所需要的时间；
将历史速度分为若干个级别，基于级别将历史速度组成线性回归模型的输入矩阵。在本实施例中，将历史速度分为m个级别，n的取值范围为正整数。例如，第一个级别中的历史速度范围在0公里/小时至10公里/小时，第二个级别中的历史速度范围在10公里/小时至25公里/小时，第三个级别中的历史速度范围在25公里/小时至40公里/小时。将分好级别的历史速度组成线性回归模型的输入矩阵x，x的维度为m×n，m为级别的数量，n为每个级别中历史速度的数据个数。
在每个级别中，计算历史速度对应的历史传输时间的平均值，将计算出的平均值组成线性回归模型的输出矩阵。例如，在第一个级别中，所有历史速度对应的历史传输时间分别为10ms、8ms、7.5ms和9ms，则计算所有历史传输时间的平均值为(10+8+7.5+9)/4＝8.625ms。其他级别以此类推，将计算出的平均值组成线性回归模型的输出矩阵y，y的维度为m×1，m为级别的数量，即每个级别对应一个历史传输时间的平均值。
根据输入矩阵和输出矩阵，基于最小二乘法拟合出线性回归模型。设线性回归模型y＝h(θ)＝xθ，θ为一个n×1的拟合参数向量，h(θ)为一个m×1的向量。
定义损失函数
上述m、n的取值范围均为正整数。
以历史速度和历史传输时间作为观测量，通过最小二乘法拟合出线性回归模型，从而得到施工车辆的速度与传输时间之间的线性关系。同时，根据历史速度的大小分为若干个级别，实现分段拟合，使拟合出的线性回归模型更准确。
所述实时单元41用于：将施工车辆的实时速度输入线性回归模型中，得到施工车辆在该实时速度下传输数据的预计传输时间；将实时速度和预计传输时间的乘积作为施工车辆的误差距离。
线性回归模型能够得到施工车辆在某一实时速度下传输数据的预计传输时间，通过计算施工车辆在所述预计传输时间内移动的距离，即误差距离，与传统方法相比，在判断施工车辆与输电线路的距离时，引入误差距离这一物理量，能够对施工车辆在传输数据的时间内移动产生的距离计算误差进行补偿，提高了距离计算的准确性，改善了防外破智能监控的效果。
计算单元42：用于获取输电线路保护区的施工参数，基于实时坐标和施工参数计算出施工车辆与输电线路之间的直线距离。
所述输电线路保护区的施工参数包括输电线路保护区中杆塔的坐标、边相导线对输电线路中心的水平距离d1以及边相导线对地最短距离h1，d1、h1的取值范围均为正数。
计算单元42具体用于：
获取输电线路保护区中起点塔杆的第一坐标与终点杆塔的第二坐标，根据第一坐标和第二坐标确定起点塔杆和终点杆塔的中心连线方程f1(x)；
根据施工车辆的实时坐标(lona，lata)，lona为实时坐标的经度，lata为实时坐标的纬度，确定通过实时坐标且与中心连线方程f1(x)垂直的直线方程f2(x)；
确定f1(x)和f2(x)的交点j的坐标(lonb，latb)，lonb为交点j的经度，latb为交点j的纬度，基于公式一、公式二计算施工车辆对输电线路中心的水平距离d；
c＝sin(lata)×sin(latb)+cos(lata)×cos(latb)×cos(lona-lonb)公式一；
d＝r×arccos(c)×(π/180)公式二；
其中，c为中间变量，r为地球半径，c、lata、latb、lona、lonb的取值范围均为实数，d、r的取值范围为正数；
根据施工车辆对输电线路中心的水平距离d和边相导线对输电线路中心的水平距离d1，计算出施工车辆对边相导线的水平距离hd，hd的取值范围均为正数；
根据勾股定理，由hd和h1计算出施工车辆与输电线路的边相导线之间的直线距离。
告警单元43：用于将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较，若小于臂杆长度，发送告警消息。具体用于：
将直线距离和误差距离的相加结果与施工车辆的臂杆长度进行比较；
若小于臂杆长度，则将第一告警信息发送到施工车辆的车载终端；
在发出第一告警信息后，若经过预设时间后直线距离与误差距离的相加结果仍小于臂杆长度，则将第二告警信息发送给输电线路保护区的运维人员。
当施工车辆的行驶方向为进入输电线路保护区时，误差距离为负数，当施工车辆的行驶方向为驶离输电线路保护区时，误差距离为正数。
当第一告警信息发出后，施工车辆经过预设时间后与输电线路的距离仍然小于臂杆长度，说明第一告警信息因通讯故障等原因未通过车载终端传达给施工车辆上的司机，也可能是施工车辆上的司机仍未对第一告警信息做出响应。为了防止输电线路受到外力破坏，继续发出第二告警信息，由输电线路保护区的运维人员做出响应。通过设置第一告警信息和第二告警信息，对处理告警的情况进行监控，为智能监控告警提供了第二道保障措施，避免因某些不可控因素对告警消息的响应产生影响。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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