电力电缆防外破检测方法和系统与流程

本发明属于电力电缆运行安全技术领域，具体涉及一种电力电缆防外破检测方法和系统。

背景技术：

电力电缆故障是电力系统运行中最常见的故障，电力电缆故障会对电力系统运行的安全性与可靠性造成严重的负面影响。供电企业为保证辖区内输电线路的安全运行，要定期派出巡检人员对电缆线路及设备进行检查，以便发现隐患，及时进行处理，巡检工作保证了供电的安全，而管理人员需要重点加强对电力电缆巡检工作的管理力度。

然而，当前城市地下空间各种市政管线信息孤立不共享、精准度不够，这成为了治理电力电缆外破问题的瓶颈。同时，随着电缆线路的存量和增量日益增大，依靠人工记忆的巡线模式愈发暴露出局限性，且电缆外包巡视路径督查手段有限，很难对电缆外包的巡视质量进行实时管控。因此，就需要一种能够快速对电力电缆可能出现的外破情况进行检测的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够快速对电力电缆可能出现的外破情况进行检测的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电力电缆防外破检测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于城市工程管线综合规划规范所规定的电力电缆与各类别的市政管线或建筑物/构筑物之间的安全距离，以电力电缆为目标构建电力电缆碰撞分析规则库；

步骤2：获取电力电缆的基础信息，逐类别判断所述市政管线或建筑物/构筑物与所述电力电缆之间的实际距离是否与所述电力电缆碰撞分析规则库匹配，从而找到与所述电力电缆碰撞分析规则库不匹配的电力电缆的局部或全部并将其作为可能出现外破隐患的电力电缆对象，进而输出可能出现外破隐患的电力电缆对象的信息。

所述步骤2中，获取待检测的电力电缆的基础信息后，逐类别针对所述市政管线或建筑物/构筑物执行以下步骤：

步骤2-1：确定一个类别的市政管线或建筑物/构筑物作为当前分析对象；

步骤2-2：计算所述电力电缆与作为当前分析对象的所述市政管线或建筑物/构筑物之间的实际距离，所述实际距离包括水平实际距离和垂直实际距离，判断计算出的实际距离是否与所述电力电缆碰撞分析规则库匹配，从而找到可能出现外破隐患的电力电缆对象并输出其信息。

所述步骤2-2中，所述电力电缆与所述市政管线或建筑物/构筑物之间的水平实际距离包括采用包围盒法计算出的初步水平距离和采用投影变换法计算出的水平净距离，所述电力电缆与所述市政管线或建筑物/构筑物之间的垂直实际距离包括采用包围盒法计算出的初步垂直距离和采用投影变换法计算出的垂直净距离；

则所述步骤2-2中，先判断所述初步水平距离和所述初步垂直距离与所述电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，若不匹配，再进一步判断所述水平净距离和所述垂直净距离与所述电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，从而找到可能出现外破隐患的电力电缆对象并输出其信息。

所述步骤2-2中，判断所述初步水平距离和所述初步垂直距离与所述电力电缆碰撞分析规则库是否匹配时，先判断所述初步水平距离与所述电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，若不匹配，再判断所述初步垂直距离与所述电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，若不匹配，再进一步判断所述水平净距离和所述垂直净距离与所述电力电缆碰撞分析规则库是否匹配。

用于计算所述初步水平距离或所述垂直初步距离的包围盒法采用轴向包围盒法、方向包围盒法、离散方向多面体包围盒法或时空包围盒法。

针对所述电力电缆采用轴向包围盒法计算所述初步水平距离和所述初步垂直距离。

所述步骤2中，所获取的待检测的电力电缆的基础信息包括其类型、埋设方式。

一种电力电缆防外破检测系统，包括：

电缆运维平台，所述电缆运维平台用于融合各类别的市政管线或建筑物/构筑物以及电力电缆的信息，并基于城市工程管线综合规划规范所规定的电力电缆与各类别的市政管线或建筑物/构筑物之间的安全距离，以电力电缆为目标构建电力电缆碰撞分析规则库；

分析单元，所述分析单元用于获取电力电缆的基础信息，逐类别判断所述市政管线或建筑物/构筑物与所述电力电缆之间的实际距离是否与所述电力电缆碰撞分析规则库匹配，从而找到与所述电力电缆碰撞分析规则库不匹配的电力电缆的局部或全部并将其作为可能出现外破隐患的电力电缆对象，进而输出可能出现外破隐患的电力电缆对象的信息。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够能够快速对电力电缆可能出现的外破情况进行检测并输出信息提醒相关人员，从而便于施工调整。

附图说明

附图1为三维电力电缆铺设示意图。

附图2为三维管线距离计算示意图。

附图3为三维空间坐标示意图。

附图4为电力电缆防外破检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种电力电缆防外破检测方法，包括以下步骤：

步骤1：基于城市工程管线综合规划规范所规定的电力电缆与各类别的市政管线或建筑物/构筑物之间的安全距离，以电力电缆为目标构建电力电缆碰撞分析规则库。

1.1电力电缆管线铺设标准描述

地下三维电力电缆由电缆井、电缆、电缆通道、电缆管道_管廊等部分构成，其中电缆埋设在电缆通道里面，电缆通道之间是电缆井，如图1所示，在图1(a)中，①是指电缆井，②是指电缆管线，在图1(b)中，①是指电缆通道。

电力电缆与其他市政管线、建筑物/构筑物之间的安全距离分为水平净距和垂直净距。

水平净距(horizontalclearance)：工程管线外壁(含保护层)之间或管线外壁与建(构)筑物外边缘之间的水平距离(详见表1)。

垂直净距(verticalclearance)：工程线外壁(含保护层)之间或工程管线外壁与建(构)筑物外边缘之间的垂直距离(详见表2)。

表1电力电缆其他管线、建筑物/构筑物之间的最小水平净距(m)

表2电力电缆与其他地下管线最小垂直净距(m)

以上安全距离在城市工程管线综合规划规范中进行规定。

1.2电力电缆碰撞分析规则库的构建

基于电力电缆与其他市政管线、建筑物/构筑物之间的安全距离，以电力电缆(埋设方式是缆沟)为目标制定三维电力电缆碰撞分析标准规则库，如表3所示。

collision_rule＝{powercable,pipetype,laidtype,distancetype,distancevalue,otherconditions}(1)

式(1)中powercable表示电力电缆，pipetype表示管线类型，laidtype表示管线的埋设方式(没有不分埋设方式的为null值)，distancevalue指计算标准距离，otherconditions指其他补充条件，默认是空值。

该规则表达模型是根据城市工程管线综合规划规范制定的，不仅提高了规则的辨识度，而且通用性较强，适用于不同环境、不同埋设方式的管线碰撞探测，易于对规则库进行修改和维护。如表3所示，以电力电缆(缆沟)为例，构建电力电缆碰撞分析规则库。

表3三维电力电缆(缆沟)碰撞分析规则库

表3只是列出了电力电缆(缆沟)与其他管线之间水平净距和部分垂直净距检测的标准规则，与其他各种管线、建筑物/构筑物也可构建相应的规则库，这里就不一一列出。

步骤2：获取电力电缆的基础信息，逐类别判断市政管线或建筑物/构筑物与电力电缆之间的实际距离是否与电力电缆碰撞分析规则库匹配，若不匹配，则该市政管线或建筑物/构筑物可能与电力电缆发生碰撞，从而找到与电力电缆碰撞分析规则库不匹配的电力电缆的局部或全部并将其作为可能出现外破隐患的电力电缆对象，进而输出可能出现外破隐患的电力电缆对象的信息。

该步骤中，针对若干待检测的电力电缆逐个进行匹配判断；而针对一段电力电缆时，则逐类别判断各类市政管线或建筑物/构筑物进行判断。

具体的，步骤2中，获取待检测的电力电缆的基础信息后，逐类别针对市政管线或建筑物/构筑物执行以下步骤：

步骤2-1：确定一个类别的市政管线或建筑物/构筑物作为当前分析对象；

步骤2-2：计算电力电缆与作为当前分析对象的市政管线或建筑物/构筑物之间的实际距离，实际距离包括水平实际距离和垂直实际距离，判断计算出的实际距离是否与电力电缆碰撞分析规则库匹配，从而找到可能出现外破隐患的电力电缆对象并输出其信息。

该步骤中，所获取的待检测的电力电缆的基础信息包括其类型、埋设方式

该步骤中，电力电缆与市政管线或建筑物/构筑物之间的水平实际距离包括采用包围盒法计算出的初步水平距离和采用投影变换法计算出的水平净距离，电力电缆与市政管线或建筑物/构筑物之间的垂直实际距离包括采用包围盒法计算出的初步垂直距离和采用投影变换法计算出的垂直净距离。其中，初步水平距离和初步垂直距离用于粗略判断，而水平净距离和垂直净距离则用于精确判断。

基于包围盒的碰撞检测算法应用最为广泛，用于计算初步水平距离或垂直初步距离的包围盒法采用轴向包围盒法、方向包围盒法、离散方向多面体包围盒法或时空包围盒法等。本实施例中采用轴向包围盒法计算初步水平距离和初步垂直距离该类。算法的核心思想是使用体积略大的简单几何体包围需要进行碰撞检测的几何对象，碰撞检测时只需要判断包围盒是否碰撞，由于结构简单，因此大大加快了碰撞检测的速度。则步骤2-2中，先判断初步水平距离和初步垂直距离与电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，若不匹配，再进一步判断水平净距离和垂直净距离与电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，从而找到可能出现外破隐患的电力电缆对象并输出其信息。

通过分析表1、表2可知，水平净距大于等于垂直间距，且地下电力电缆x、y坐标及面积跨度相对较大，而其在高程(z坐标)上的变化相对比较小，从探测角度上来说，首先分析水平净距，如果水平净距与规则库不匹配，则判定管线布设有问题，再需要判定垂直净距；如果水平净距符与规则库匹配，再判断垂直净距是否与规则库匹配。故判断初步水平距离和初步垂直距离与电力电缆碰撞分析规则库是否匹配时，先判断初步水平距离与电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，若不匹配，再判断初步垂直距离与电力电缆碰撞分析规则库是否匹配，若不匹配，再进一步判断水平净距离和垂直净距离与电力电缆碰撞分析规则库是否匹配。

为了确定管线之间的具体布设问题(得到具体距离值)，在通过初步水平距离和初步垂直距离判断出可能存在问题的基础上，还需对管线之间的水平净距离和垂直净距离都进行具体计算，这样可以定位到管线布设的具体问题在哪里。

在三维空间中，两物体之间的距离可直接按照距离公式进行计算，但是，两物体之间的水平距离与垂直距离的计算需要考虑倾斜角等问题。以2(a)为例，两个管线之间的距离可以通过计算管线中心线之间的距离获得，因为管线口径是圆柱形的，所以管线之间的距离可按照式(2)进行计算。而对于圆柱形管线与体状构筑物(图2(b))之间，以及体状构筑物与体状构筑物(图2(c))之间的距离计算就比较复杂，这里就不再阐述。

d＝dl-(r1+r2)(2)

式(2)中d指两三维管段之间的最小距离，dl指三维管段中心线之间的最小距离，r1、r2分别指管段l1、l2的半径长度。

本方案采用降维思想，三维空间中两管线之间的最小水平距离(水平净距离)和最小垂直距离(垂直净距离)可采用投影变换法进行计算。

工程中通常将三维坐标系oxyz三个坐标平面(图3)分为：h面(xoy面)、v面(xoz面)和w面(yoz面)。三维图形在v面上的投影称为主视图、在h面上的投影称为俯视图、在w面上的投影称为侧视图。

在三维空间坐标中，水平距离计算是先将两三维管段分别向xoy平面(h面)进行正摄投影，然后计算两投影面之间最小间距，投影变换矩阵如下：

在三维空间坐标中，垂直距离计算是先将两三维管段分别向xoz平面(v面)进行正射投影，然后计算量投影面之间的最小距离，投影变换矩阵如下：

基于该投影变换法，投影变换后分别得到管线的投影面，再对两投影面进行最短距离的计算(图2(d))。水平净距的计算是将目标管线投影到水平投影面上，然后计算两投影面之间的最近距离dh。垂直净距的计算是将目标管线投影到垂直投影面上，然后计算两投影面之间的最近距离dv。

综上，对电力电缆进行防外破检测方法的流程如附图4所示：

1)碰撞分析的策略采用逐个管线类别检测的方法，因此，首先从管线数据集中获取某个要素类o的数据作为与电力电缆进行碰撞分析的对象集合。

2)获取电力电缆管段对的包围盒(由于电力电缆管段比较规则，本文采用轴向包围盒法)，并基于电力电缆碰撞分析规则库进行碰撞检测，获取与管段可能发生碰撞的管段conflicts(s)。

3)遍历conflicts(s)中每个管段要素oi，利用投影变换分别计算电力电缆管段s与oi的水平经净距离和垂直净距离。

4)根据本电力电缆管段与管段oi的水平净距离、垂直净距离与电力电缆碰撞分析规则库进行匹配判断，将不匹配的管段以及对应的水平净距离或者垂直净距离输出。

遍历其他电力电缆管段，重复步骤2)、步骤3)，直到所有电力电缆管段遍历结束。

5)当前管线类数据探测结束后，读取其他管线类数据，重复步骤2)～步骤5)，对电力电缆管段与各类管线进行碰撞分析。

最后输出碰撞分析结果，以便于施工调整。

实验

以苏州市工业园区的地下电力电缆为实验数据，完整的电力电缆大约500条，其他管线包括雨水管线、污水管线、给水管线、热力管线、燃气管线、电信管线、再生水管线等7类管线。利用本文方法对检测区域进行碰撞分析，碰撞分析结果如表4所示，输出示例如表5所示。

表4碰撞分析结果

表5检测结果输出示例

上述电力电缆防外破检测可以通过一种电力电缆防外破检测系统实现，该电力电缆防外破检测系统包括：电缆运维平台和分析单元。电缆运维平台用于融合各类别的市政管线或建筑物/构筑物以及电力电缆的信息，并基于城市工程管线综合规划规范所规定的电力电缆与各类别的市政管线或建筑物/构筑物之间的安全距离，以电力电缆为目标构建电力电缆碰撞分析规则库。分析单元用于获取电力电缆的基础信息，逐类别判断市政管线或建筑物/构筑物与电力电缆之间的实际距离是否与电力电缆碰撞分析规则库匹配，从而找到与电力电缆碰撞分析规则库不匹配的电力电缆的局部或全部并将其作为可能出现外破隐患的电力电缆对象，进而输出可能出现外破隐患的电力电缆对象的信息。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。