一种基于数字孪生的变电站吊车安全预警方法及系统与流程

本发明属于变电站安全管理，具体涉及一种基于数字孪生的变电站吊车安全预警方法及系统。

背景技术：

1、特高压变电站作为高压输电工程的核心组成部分，其内部设备的正常运行对电力系统的稳定与安全至关重要。在特高压变电站的日常运维工作中，吊车发挥着不可或缺的作用，特别是在进行电力设备的抢修和安装时。由于特高压变电站内的设备如cvt、避雷器、变压器以及人字形引线等具有体积庞大、重量沉重的特点，且其安装位置通常距离地面较高，因此需要使用专业的吊车进行吊装和维修作业。

2、在设备安装过程中，吊车能够准确地将设备吊装到指定位置，确保安装过程的安全与准确；在设备维修过程中，吊车则能够快速地将损坏设备吊离现场，为维修工作提供便利，同时也能将新设备吊装到现场进行更换，保障电力系统的及时恢复。然而，在设备的拆卸或安装过程中，由于周边设备往往带电运行，这对运维人员的人身安全构成了严重威胁。为确保运维人员的安全，必须保持足够的安全距离进行作业。此外，当运维人员站在作业吊车的吊篮处进行高空作业时，由于离地面高度较高，地面上的运维人员往往存在视觉盲区，无法时刻监控和提醒作业人员是否保持在安全距离内。

3、现有技术公开了一种基于安全作业的变电站空间分析方法，通过建立三维变电站仿真环境，计算吊车的最优停靠位置，以及在此位置上带电作业时，提示吊车作业臂长可能会碰撞到的其它设备。然而，此专利文献在描述其预警机制时，主要侧重于作业车辆从需作业点开始的预警过程，对于作业车辆从进入电站内到需作业点这一完整过程中的连续预警机制并未做详尽阐述。

4、具体而言，该专利虽然提出了通过仿真环境计算最优作业位置并预警碰撞风险的方法，但缺乏对作业车辆在整个作业流程中的连续监控与预警。在实际作业中，从车辆进入电站到抵达作业点，车辆可能经过多个复杂区域，这些区域可能包含多种设备，且设备的布局和高度各异，均可能对作业车辆构成潜在风险。因此，一个完整且有效的预警系统应涵盖作业车辆从进入电站到完成作业整个过程的连续监控，确保在任何阶段都能及时发现并预警潜在的碰撞风险。

5、因此，亟待一种基于数字孪生的变电站吊车安全预警方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种基于数字孪生的变电站吊车安全预警方法，该方法通过构建特变电站与吊车的高精度三维仿真模型，结合监测设备在吊车本体与吊篮处的安装，实现了现实世界吊车状态与三维仿真模型的高度融合。在变电站不同电压区域内，系统根据预设安全距离在仿真模型中构建虚拟球体，以吊篮中心为圆心，设定安全距离为半径。在吊车作业过程中，若吊篮摆动导致实际安全距离大于等于设定值时，虚拟球体为绿色；当实际安全距离小于设定值时，虚拟球体将转变为红色，提供实时预警功能。

2、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明第一方面提供一种基于数字孪生的变电站吊车安全预警方法，所述方法包括：

4、s100、利用无人机搭载激光雷达对变电站进行扫描，采集激光点云数据，根据所述激光点云数据建立变电站三维仿真模型；根据吊车型号及尺寸参数在所述变电站三维仿真模型中构建吊车仿真子模型；

5、s200、根据变电站中监测装置和所述变电站三维仿真模型，建立云数据库，用以接收数据以及发送数据；

6、s300、根据吊车的监测装置发送的监测数据，将吊车所处变电站的位置信息以及吊篮运动信息映射到所述变电站三维仿真模型；

7、s400、根据吊车实时位置信息和吊篮的运动信息，判断吊篮与设定安全距离的关系，当实际安全距离小于设定值时，触发预警信号息映射到变电站三维仿真模型。

8、作为一个示例，步骤s400包括：

9、在所述变电站三维仿真模型中将吊车实时位置信息和吊篮的运动信息加载在unity三维软件里，生成可视化的动态三维场景；

10、在变电站不同电压区域内，根据预设安全距离在变电站三维仿真模型中构建虚拟球体，所述虚拟球体以吊篮中心为圆心，设定安全距离为半径；

11、判断虚拟球体与设定安全距离的关系，若吊篮摆动导致实际安全距离大于等于设定值时，虚拟球体为绿色；当实际安全距离小于设定值时，虚拟球体将转变为红色，提供实时预警。

12、作为一个示例，所述步骤s300包括：将吊车所处变电站的位置信息通过坐标转换映射到变电站三维仿真模型中，具体包括：

13、配置变电站三维仿真模型采用的是x，y直角坐标，监测设备采用经纬度坐标；

14、对变电站实地选取多个点位进行测点，统计变电站内经纬度和模型坐标的换算关系，所述换算关系如下：

15、x坐标＝a*lon+b*lat+p；y坐标＝c*lon+d*lat+q；

16、其中，lon和lat分别表示监测设备采集的经度和纬度信息；a、b、c、d、p、q均是参数，通过现场对变电站实地选取多个点位进行测算得到。

17、作为一个示例，所述监测设备指的是gps监测设备，能够实时获取作业吊车本体和吊篮的位置信息及运动数据，其数据上传频率为1秒/次；

18、在数据上传过程中，采用快速载波相位模糊度解算技术和多径抑制算法，能够快速精确的计算方位角信息；

19、通过接收地面基准站差分数据链，可实现实时载波相位差分定位(rtk)。

20、作为一个示例，所述预设安全距离是设置虚拟球体的半径，需要根据变电站的电压等级、设备布局和作业规范，设定不同区域的安全距离。

21、本发明第二方面提供一种基于数字孪生的变电站吊车安全预警系统，包括：

22、模型构建单元，其用于利用无人机搭载激光雷达对变电站进行扫描，采集激光点云数据，根据所述激光点云数据建立变电站三维仿真模型；根据吊车型号及尺寸参数在所述变电站三维仿真模型中构建吊车仿真子模型；

23、数据库构建单元，其用于根据变电站中监测装置和所述变电站三维仿真模型，建立云数据库，用以接收数据以及发送数据；

24、数据映射单元，其用于根据吊车的监测装置发送的监测数据，将吊车所处变电站的位置信息以及吊篮运动信息映射到所述变电站三维仿真模型；

25、实时预警单元，其用于根据吊车实时位置信息和吊篮的运动信息，判断吊篮与设定安全距离的关系，当实际安全距离小于设定值时，触发预警信号息映射到变电站三维仿真模型。

26、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

27、本发明的方法可有效推广至各个变电站，且成本较低，应用本发明方法的变电站均可整体提高变电站现场作业安全管控的效率，实现智能化、自主化、一体化的管理，提升电网态势深度感知水平，极大地提高了既有的现场作业方式和对运维人员的安全保护能力，提高作业效率。另外，通过监测设备所采集的定位数据或者以此数据所测算出来的结果数据的定位精度可以达到厘米级，甚至毫米级。

28、本发明的构建一种具备较高智能化和自主化的软硬件系统，实现有效的对变电站人工及机械运维检修作业现场的智能安全管控，全面提升变电站生产现场作业风险辨识能力和现场安全管控水平。本发明应用虚拟现实技术，实现变电站作业场景多维度可视化呈现、作业状况实时监测、作业现场实时数据与数字孪生模式数据互联互通。