高压电缆通道可视化定位技术研究

杨毅 罗向源 杨帅 肖莹莹

摘 要：由于各种施工电缆构成威胁，需要一种快速、准确、直观的方式帮助运行和施工人员定位电缆，避免施工过程对电缆造成损伤。因此，提出一种高压电缆通道可视化技术研究。引入卷积神经网络分类数据层次，转换获取图像中数字模拟信号，搭建功能数据库，设计可视定位流程，计算定位点可能存在误差，结合方向判别依据，调整终端定位点。设计对比实验，验证提出方法在实际应用中可降低可是定位误差，具备更高市场研究价值。

关键词：高压电缆通道;可视化技术;定位方法

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）06-0157-04

Abstract：As various construction cables pose a threat， a fast， accurate， and intuitive method is needed to help operators and construction personnel locate the cable to avoid damage to the cable during construction. Therefore， a visualization technique for high-voltage cable channels is proposed. Introduce the convolutional neural network to classify data levels， convert and obtain digital and analog signals in the image， build a functional database， design a visual positioning process， calculate possible positioning point errors， and adjust terminal positioning points based on the direction discrimination basis. Design coMParative experiments to verify that the proposed method can reduce the positioning error in practical applications， and has higher market research value.

Key words：high-voltage cable channel; visualization technology; positioning method

0 引言

電力行业在经济市场的快速发展对电网工程的推进起到了促进作用，城镇化趋势下，电缆规模不断增长;目前各种路桥、地铁项目会产生大量的钻探、打桩、开挖等施工，严重威胁高压电缆的安全运行，造成高压电缆连锁故障，影响人们正常用电的同时对人身安全造成威胁。高压电缆主要由多根导电线路相互绞合形成，每根独立导线之间由高压绝缘层构成，具有内导电外绝缘的特点[1]。目前的定位方法是测量路径后通过在地面做标记的方式，费时费力且不够直观[2]。因此，本文研究的可视化定位技术，为解决电缆通道埋在地底下看不见的问题，当遇到路面施工，为避免挖伤高压电缆造成人员触电和停电事故，需要知道电缆的准确路径及深度。提出的可视化定位方法是将电缆通道测量的数据（路径走向和深度），利用AR技术与照片或视频进行匹配，实现在画面中看到电缆通道的路径走向和深度的数据。

1 技术方案设计

在工程实施阶段对可见的电缆通道部分利用RTK开展测量，对电缆顶管部分利用陀螺仪开展测量，测量数据统一坐标系和合并，整合为电缆通道全线的坐标数据。如图1、2所示。

需要定位的时候，利用带有RTK定位功能三维激光扫描设备对需要定位电缆通道的区域进行扫描，获得该区域的点云，如图3所示。

对该区域同时拍摄照片，将三维激光点云与电缆通道坐标数据在统一坐标系下进行匹配，形成叠加了电缆通道坐标的点云数据。在点云数据中，将电缆通道坐标投影到地面的点云上，并标准该点云，形成电缆通道在地面点云上的投影线（多点），量测电缆通道坐标与在地面上的投影点之间的距离，即埋深。如图4所示。

将照片与点云进行匹配和处理，最终形成具有深度信息的照片，如图5所示。

将投影线和埋深数据在处理后的照片中显示出来，最终实现电缆通道可视化定位，如图6所示。

2 高压电缆通道可视化定位方法

地下作业环境中存在的诸多不利因素（空间狭小、光线不足、无GPS信号、空气潮湿、地面凸凹不平等）给数据的获取工作造成了极大困难，在地面上正常经行的数据采集活动往往在地下变得十分困难，甚至无法进行。常规的地下工程测量方法速度慢、成本高、数据量有限，无法实现整个地下高压电缆通道场景信息的快速准确获取。

目前的定位技术手段：①金属管线探测仪，是利用电磁感应原理，对地下管线施加一个交变电流（有源法/无源法），管线则产生一个的固定频率的电磁场信号（可识别的信噪比），测量其电磁场的分布和特征点，进而实现管线的定位、测深和追踪探测。②RTK和全站仪，精度较高，但仅限于可见的状态下。③探地雷达，深度受限。④陀螺仪，利用自身物性加速度原理在设备使用管中进行精确路径测量，该设备测量不受地形、埋深、管道材质、周边管线等干扰影响，实现不同管材、不同地形、不同口径可视化管道无损测量，实现野外数据自动获取，实现绝对坐标引入，位置永久确定，任地表、基桩如何变化，能够快速准确定位查找管道位置。惯性陀螺最先由军方应用在潜艇、航天领域，随着民用建设的需求热切，逐渐在水域和陆域展开，如水下机器人，输油管道探测等。对于电力管线探测来说，陀螺仪装备的仪表器件决定了定位管线探测能力是否能达到高精度要求，陀螺仪核心软件决定了采集数据的解算是否可以将管线探测误差降到最低[3]。

以上的技术存在效率低，不直观，不能满足高压电缆通道大范围定位的需求。因此，提出高压电缆通道可视化定位的目标。

2.1 调整高压电缆通道定位点

安裝可视定位装置，利用计算机技术获取图像信息，划分空间网格区域，选择云端学习模型作为二维图像定位的决策依据，引入卷积神经网络分类数据层次，使获取的数字信息可按照由高至低位置学习。按照图像特征参数梯度计算方式，获取图像中特征点[4]。遵循故障特征整理数据集，搭建多元功能数据库，实施数据标准化分类，结合输出数据规律，设计图像可识别被定位流程。如图7所示。

根据上述图7表述信息，由前端设备获取可视数据信息，转换数字/模拟信号，判断获取数据中是否存在有效数据包，若输出信号为“Y”，接收数据包中数据信号，整理数据信息存入指定数据库放入缓存，持续判断接收可视信息是否完整，指定语句是否执行完毕，识别并读取定位数据，依照GIS定位信息读取定位数据，判断光纤通道定位点，接收下一轮数据包，循环判断，直至输入日志更新，停止接收信号，输出所有管线点，连接有效点，引入定位算法，计算输出点可能存在误差[5]。计算公式如下。

公式中：为预计可视定位存在误差;为外界影响定位结果因素;为获取的数据包;为数据包中有效数据信息;为定位方向。根据上述计算公式，判断定位点与实际点存在的误差距离，结合方向判别依据，调整终端定位点，完成高压电缆通道可视化定位方法的设计。

2.2 获取高压电缆通道可视化图像

结合解决方案框架，对高压电缆通道的全面可视化监控采用模块化设计，即可视化监控模块采用同一设计，便于批量加工，分布装配在高压输电塔上，完成视频采集和定位功能;各可视化监控模块通过无线互联自组网完成全网监控功能。下文将详述可视化监控模块的设计方法。

根据图8选择GFB-12A50JY1型号的电路提供单机片数据处理电路，定义其工作周期为1机器/时钟，作为新一代单机片型号，可完全兼容多种计算机系统，支持6路高速数字信号与模拟信号之间的转换，具有高强度运转效率、抗干扰的功能，内部包括128KB的动画运作存储设备及1024B的片内数字转接芯片，可满足数字信号的精准化定位。单机片内部集成MIN180专业复位线路，与GFB-12A50JY1电路相互连接，构成相对完整的系统单机片。

定位功能由GIS定位装置接收来自前端可视装置获取的片段数据，依照定位接收装置的不同功能，选择具备SGPRMC、SGPGGA等字符串开头的型号作为定位装置的核心零部件，判断输出数据语句是否正确，数据包中包含有效数据，选择读取数据包中有效数据值，并按照计算机指令执行指定操作，若数据包中不包含有效数据，跳转下一数据包，读取下一次传递数据[6]。

可视传感设备提供图像接收区域功能，主要零部件包括系统驱动电路、供电电源管理、红外软光LED接管、数据总线、信号同步芯片HREE等，装置处于高电位运转时，表明下一帧动画数据已经处于数据准备阶段，并可以开始传递下一帧数据图像，由太阳能光热板提供其支持电压，为避免由于高耗电导致系统运转能源不足，选择12V锂电池提供设备持续供电，使用LM524624及AM402.25作为电缆通道电压数字转换芯片，防止系统由于单晶硅片耗能过大导致的能源供给不足。

3 结语

随着现代化技术在经济市场的广泛应用，为市场内各个行业提供了创新机遇的同时对行业发展提出了挑战，电力行业作为直接面向用户的基层行业，因此提出了高压电缆通道可视化定位方法的设计，顺应了时代发展及技术创新要求。在后期的发展中，将从获取图像清晰度层面实施可视定位方法的另一层面研究，有助于行业在市场的长久可持续发展，提升可是定位方法在市场的应用程度。

参考文献

[1]任志伟，李建宇，赵倬翎，等.基于纤维束示踪技术的丘脑Vim核可视化定位方法研究[J].临床神经外科杂志，2019，16（04）：335-340.

[2]李震宇.特高压输电通道激光-雷达三维可视化系统的建设与研究[J].山西电力，2018（2）：51-52.

[3]肖岩，李冀，唐朝云，等.高精度室内外一体化定位技术及其在电缆通道巡检中的应用[J].无线互联科技， 2019（14）：167-168.

[4]丁志勇.三维可视化通道设计与智能电缆敷设在发电厂中的应用[J].电气时代，2017（5）：83-85.

[5]孙伟，任国华，李唯丹，等.非接触式超声的航天器可视化指引泄漏定位方法研究[J].真空与低温，2016，22（03）：143-147.

[6]江涛，王琰琳.基于单锚节点的双通道节点定位方法研究[J].科技经济导刊，2016（12）：111-112.