Field intensity orientation identification method, early warning method, equipment and system

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1示出了本发明示例性实施例的场强方位识别方法，包括：

获取作业人员位移前后的姿态数据与位置数据，获取作业人员位移前后的带电体电场数据；

基于所述作业人员位移前后的姿态数据与位置数据确定所述带电体对应的三维空间坐标系，基于所述三维空间坐标系计算作业人员位移前后相对于带电体的相对距离；

基于位移前后与带电体的相对距离，根据预先建立的带电体空间方位计算模型计算带电体的场强方位数据。

本实施例所提供的方法，在基于正交平板电场传感器实现多维电场强度矢量测量的基础上，通过预先构建三维空间下带电体正交分量分布关系与方位识别模型，同时结合正交平板电场传感器(由作业人员携带，通过监测作业人员姿态数据监测姿态、位置)姿态数据动态监测，基于预先构建的方位识别模型实现带电体相对正交平板电场传感器的方位预判，实现对复杂场景下风险源方位临电状态的多维度识别，区别于现有大部分算法仅以带电体电场强度与阈值对比的预警方式，本发明能动态实时监测带电体相对正交平板电场传感器的空间变化情况准确预判临电状态的空间方向，为临电安全预警提供基础。实施例2

在一种可能的实现方式中，所述预先建立的带电体空间方位计算模型为：

其中，D′_{a_p}为作业人员位移前相对于带电体电场参考点的距离，D′_{b_p}为作业人员位移后相对于带电体电场参考点的距离，D′_{a_b}为作业人员的位移距离

具体的，通过以下方法建立所述带电体空间方位计算模型：

正交平板电场传感器测量值为空间场强E正交分量值大小，记为|E_x|、|E_y|、|E_z|，满足以下关系：

如图2所示基于所述作业人员位移前后(图中A点与B点)的姿态数据与位置数据构建一个带电体空间坐标系(x,y,z)，P点为带电体场强源在该空间坐标系中的点位。是一个固定的点位，本发明实施例所提供的方位算法通过场强强度与距离关系、人员空间位移通过空间三点定位法推导出P点相对于作业人员的位置。位置坐标记为(P_x,P_y,P_z)，正交平板电场传感器在空间A点(即作业人员在A点)测量P点电场强度，A点位置记为(A_x,A_y,A_z)，测得电场强度值记为E_ax、E_ay、E_az，合场强为E_a。

将正交平板电场传感器移动到空间B点测量P点电场强度，B点位置记为(B_x,B_y,B_z)，测得电场强度值记为E_bx、E_by、E_bz，合场强为E_b。

空间A点至P点距离D_{a_p}为：

空间B点至P点距离D_{b_p}为：

空间A点至B点距离D_{a_b}为：

以空间A点为圆心，D_{a_p}为半径画圆；以空间B点为圆心，D_{b_p}为半径画圆，两个圆将在P点相交，设B点与P点连线与水平面夹角为θ。故根据三角函数    可得：

计算得出θ角度便能识别出P点方位。

又因正交平板电场传感器在同一位置旋转90°时，x轴、y轴、z轴电场强度分量呈现随出角度变换关系，当某一面正对带电体时，该面测得电场强度最大，反之亦然。另外在相同位置处，x、y、z分量的矢量和电场强度基本保持不变，如图3a～图3c所示。

将该正交平板电场传感器放置于多场景(双回、单回、交叉跨越、台变等)距离10kV带电体不同距离(0.7m、1.4m、2.1m、2.8m、3.5m、4.2m、4.9m、5.6m)进行实验，实验结果显示正交平板电场传感器测量值与距离带电体距离呈指数关系。如图4所示。

在配电网10Kv场景下，根据正交平板电场传感器测量值与距离带电体距离函数关系通过正交平板电场传感器测量值计算出正交平板电场传感器与带电体之间的距离。

综上所示，带电体方位识别技术通过将空间三点定位原理、正交平板传感器在同一位置不同姿态下测得综合场强不变性、测量场强与场源距离呈正相关性以及运动状态下的空间位移结合起来，构建出一个具备动态识别带电体方位算法模型。

又因为考虑到传感器的测量误差、噪声干扰情况，以A点、B点分别作为圆心，分别以|E_a|、|E_b|为半径做圆有存在不唯一相交点的情况。引入d_ax、d_ay、d_az、d_bx、d_by、d_bz、d_abx、d_aby、d_abz测量误差参数寻找唯一相交点，确保了运算有解。

故空间A点至P点距离D′_{a_p}为：

故空间B点至P点距离D′_{b_p}为：

故空间A点至B点距离D′_{a_b}为：

以空间A点为圆心，D′_{a_p}为半径画圆，以空间B点为圆心，D′_{b_p}为半径画圆，两个圆将在P点相交，设B点与P点连线与水平面夹角为θ。故根据三角函数可得：

但由于正交平板传感器实现的是对电场非定向(各向同性)测量，测量值为某点位置|E_x|、|E_y|、|E_z|，不具备方向性，如表1所示，场源位置计算存在至多8中空间分布情况：

表2-1场源位置分布情况表

以惯性导航坐标作为空间坐标系，结合作业人员行为姿态数据和位移前后电场变化差确认带电体空间坐标象限(其中，带电体对应的空间坐标系是将空间分为了8个区域，因此先确定坐标系便于描述空间位置和距离公式计算)。，计算选定合适的d_ax、d_ay、d_az、d_bx、d_by、d_bz、d_abx、d_aby、d_abz参数，带入式2.6、式2.7、式2.8计算D′_{a_p}、D′_{b_p}、D′_{a_b}，带入式2.9获得场源方位θ，达到实时估算当前场强方位的目的。

根据一种可能的实现方式，上述场强方位识别方法中，如图5、6所示，所述获取作业人员位移前后的姿态数据与位置数据，包括：

接收数据采集设备监测到的作业人员位移前后的初始姿态数据与位置数据，

对所述姿态数据与位置数据进行卡尔曼滤波、补偿、积分得到最终的位移前后的姿态数据与位置数据。

根据一种可能的实现方式，上述场强方位识别方法中，如图7所示，所述获取作业人员位移前后的带电体电场数据，包括：

接收数据采集设备监测到的位移前后的电场数据，对所述电场数据进行FFT运算与卡尔曼滤波处理，得到处理后的位移前后的电场数据。

实施例3

本发明的另一方面，如图8所示，还提供一种电力作业预警方法，包括：

采用上述场强方位识别方法计算带电体的场强方位数据；

以及，根据获取到的作业人员位移前后的姿态数据与位置数据识别作业人员的运动行为；

结合识别得到的作业人员的运动行为与带电体场强方位数据生成综合预警信息。

其中，所述综合预警信息包括行进路线提示信息等。

可以理解的是，高原山区等复杂环境的气温、湿度、大气状况、紫外线等往往无常变化，不同环境下每个人的承受程度是不一致的，每个人的工作强度也应有效均衡，而工作人员往往因团队行动而忽视自我承受能力，造成体乏、气喘、头晕、心率加速等严重后果。因此如何在复杂作业环境下对工作人员的人生安全做出管控，也是临电预警系统需要解决的问题。

本实施例中，通过识别作业人员的运动行为获取作业人员的运动状态，基于运动状态对作业人员的身体状态进行监测，并结合场强方位信息，对作业人员进行行进路线的指导，以使作业人员安全规避相应的非电场辐射空间，确保作业人员的人身安全，本方法以智能感知带电体方位和实时分析作业人员作业行为，在作业期间对工作人员实行电场风险源预警，降低作业风险，预防安全事故。

根据一种可能的实现方式，上述电力作业预警方法中，还包括：在根据获取到的作业人员位移前后的姿态数据与位置数据识别作业人员的运动行为后的方位修正步骤，所述方位修正步骤包括：判断识别得到的作业人员运动行为是否为运动幅度较大的移动(例如：爬升、跳动、大于人的正常步行速度等)时，基于运动行为对作业人员的姿态数据与位置数据进行修正，以对带电体场强方位数据进行修正，以修正因作业人员移动因素造成电场测量误差较大的的影响。根据一种可能的实现方式，上述电力作业预警方法中，所述根据获取到的作业人员位移前后的姿态数据与位置数据进行作业人员的运动行为识别，包括：

接收数据采集设备监测到的气压数据，

根据所述气压数据计算海拨高度；

根据所述海拨高度与所述位移前后的姿态数据与位置数据识别作业人员的运动行为。

具体的，在配电网作业现场中，一般在作业人员爬高作业靠近危险电场源时，临电风险最高，故作业人员垂直位移变化是风险监测中最要评估参数，在风险预测模型中占比较大权重。塔基位置(海拔点)确认作为爬高登塔行为识别的先决条件，塔基位置是通过将作业人员计步数、姿态角和海拔高度数据进行综合分析，寻找模型特征来识别。

因为作业人员在运动中将设备置于头部中。所以，设备的放置较为固定。为此，通过计算Z轴(垂直方向)加速度，我们可得一条爬塔的正弦曲线轨迹。第二步是Z轴(垂直方向)加速度峰值检测，我们记录了上次Z轴(垂直方向)加速度和运动方向，通过Z轴(垂直方向)加速度的变化，可以判断目前加速度的方向，并和上一次保存的加速度方向进行比较。如果是相反的，即是刚过错过峰值状态，则进入爬塔逻辑进行塔基识别，否则舍弃。第三步判断作业人员是否在步行，如果作业人员在步行，有可能是在走陡坡，降低塔基识别的置信区，否则继续进行塔基识别，第四步监测海拔高度是否同步同向变化且高度变化差是否满足一般人员单步爬塔高度区间，如果高度变化满足要求确认当前位置为塔基高度，否则继续进行塔基识别。塔基位置确定后的爬升过程将是电场风险重点监测过程，数据处理流程如图9，其中，运动速度处理流程如图10所示。

本发明的另一方面，还提供一种电力作业预警系统，包括：

数据采集设备与电子设备；

所述数据采集设备用于采集作业人员位移前后的姿态数据与位置数据，并发送至所述电子设备；

所述电子设备用于采用上述场强方位识别方法计算参考点的带电体场强方位数据；以及，根据获取到的作业人员位移前后的姿态数据与位置数据识别作业人员的运动行为；结合识别得到的作业人员的运动行为与带电体场强方位数据生成综合预警信息。

其中，所述数据采集设备包括：加速度计、陀螺仪、气压计、正交平板电场传感器。

其中，所述预警系统的预警算法实现流程如图11所示，主要算法步骤如下：

S1.硬件平台初始化；

S2.正交平板电场传感器、加速度计、陀螺仪、气压计传感器初始化；

S3.传感器数据读取；

S4.传感器数据预处理，包括加速度计、陀螺仪卡尔曼滤波、气压计低通滤波处理、场强FFT计算和卡尔曼滤波。

S5.基于加速度计、陀螺仪姿态解算，获取作业人员运动速度、位移；

S6.基于加速度计的计步运算；

S7.带入带电体空间方位计算模型解算带电体空间位置。

本实施例所提供的预警系统以正交平板电场传感器、气压计、陀螺仪、加速度计传感器感知单元为硬件基础实现对静电场分布、作业人员态势和作业人员位移的感知以及数据融合，达到对作业人员动态下的静电场变化分布测量，推导出带电体空间位置分布以及安全距离。提高对风险源提前预测评估效能，充分保障了作业人员作业安全。

本发明的另一方面，如图12所示，还提供一种电子设备，该电子设备包括处理器、网络接口和存储器，所述处理器、所述网络接口和所述存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行上述搜索优化方法。

本发明的另一方面，还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被至少一个处理器执行时，用于本发明的引导车场主动开通电子发票的方法。

在本发明的实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。

易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。

本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

应该理解到，本发明所揭露的系统，可通过其它的方式实现。例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，模块之间的通信连接可以是通过一些接口，服务器或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。