一种基于三维点云的带电作业区域安防监控系统的制作方法

本发明涉及安全监控，具体是涉及一种基于三维点云的带电作业区域安防监控系统。

背景技术：

1、在电力施工作业过程中经常使用到高空作业车、高空作业平台、吊车和座位车等大型机械设备，这些大型施工机械在作业时碰到或接近到电力线路（设备）时，极易造成触电事故，威胁人身安全。虽然在电力施工作业要求中有规定施工机械要与带电线路保持安全距离，但是实际操作过程中由于司机的视线受到限制，空中的视角、光线受到限制。空中周围没有参照物比照，要判断空中三维的点对点，如水平距离、垂直距离，会有很大难度与误差，司机的操作大多依靠经验。

2、现有的带电作业区域安防监控方案，通常是基于采集到的工作机械设备的作业姿态数据与带电体之间的距离进行评估的，这种方式缺乏对于司机的操作经验分析，难以实现预先的预警指导，只能在出现风险时才进行报警停机，极大地影响电力施工作业效率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种基于三维点云的带电作业区域安防监控系统，本技术方案解决了上述的缺乏对于司机的操作经验分析，难以实现预先的预警指导，只能在出现风险时才进行报警停机，极大地影响电力施工作业效率的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于三维点云的带电作业区域安防监控系统，包括：

4、北斗定位系统，所述北斗定位系统用于确定工作机械设备的位置信息；

5、机械状态确定模块，所述机械状态确定模块用于获取工作机械的设计参数，并基于工作机械的设计参数确定工作机械的固定部参数和工作部参数；

6、模拟建模模块，所述模拟建模模块与所述北斗定位系统和机械状态确定模块电性连接，所述模拟建模模块用于构建模拟工作空间，并确定模拟工作空间中带电体，构建带电区域三维点云；

7、机械位置确定模块，所述机械位置确定模块与所述北斗定位系统、机械状态确定模块和模拟建模模块电性连接，所述机械位置确定模块基于工作机械设备的位置信息于模拟工作空间中构建虚拟工作机械设备模型；

8、预警分析模块，所述预警分析单元与所述模拟建模模块和所述机械位置确定模块电性连接，所述预警分析单元用于基于工作机械设备模型和带电区域三维点云的相对位置关系，采用风险判定算法确定工作机械设备是否存在工作安全风险，若是，则输出报警信号，若否，则不做响应。

9、优选的，所述北斗定位系统具体包括：

10、北斗定位终端，所述北斗定位终端用于接收北斗卫星发出的导航信号、并对接收到的导航信号进行解调、解码以及滤波处理后，得到降噪信号，并基于降噪信号确定自身在三维空间中的精确位置；

11、所述北斗定位终端内置有姿态确定模块，所述姿态确定模块用于确定北斗定位终端与工作机械设备的相对位置，并确定北斗定位终端的方位指向信息。

12、优选的，所述模拟建模模块包括：

13、原点定位单元，所述原点定位单元用于确定模拟工作空间的定位原点，并基于工作空间的定位原点构建三维空间定位坐标系；

14、三维点云构建单元，所述三维点云构建单元用于确定至少一个带电体在三维空间定位坐标系中的坐标数据，并基于带电体在三维空间定位坐标系中的坐标数据构建带电区域三维点云。

15、优选的，所述确定模拟工作空间的定位原点具体包括：

16、确定工作环境内的所有带电体的位置数据和轮廓数据；

17、基于所有带电体的位置数据和轮廓数据，构建所有带电体轮廓的外接球，所述带电体轮廓的外接球为将所有带电体包裹在内部的最小半径球体；

18、确定带电体轮廓的外接球的球心，作为模拟工作空间的定位原点。

19、优选的，所述机械位置确定模块具体包括：

20、固定部建模单元，所述固定部建模单元用于基于工作机械设备的固定部参数逆向构建工作机械设备的固定部模型；

21、固定部定位单元，所述固定部定位单元用于基于北斗定位终端确定的在三维空间中的精确位置，进行坐标换算至三维空间定位坐标系，得到机械基准定位坐标，并基于北斗定位终端的方位指向信息确定工作机械设备的固定部模型的与机械基准定位坐标的相对位置和方位姿态，将工作机械设备的固定部模型导入模拟工作空间中；

22、整体建模单元，所述整体建模单元用于基于工作机械设备的工作部实时工作状态，确定工作机械设备的实时工作部模型，并将工作机械设备的实时工作部模型与工作机械设备的固定部模型组合为工作机械设备模型。

23、优选的，所述预警分析模块包括：

24、移动分析单元，所述移动分析单元用于采集工作机械设备模型在模拟工作空间中的实时位置，并基于工作机械设备模型在模拟工作空间中的实时位置判断工作机械设备是否发生位置移动；

25、预警分析单元，所述预警分析单元用于基于工作机械设备模型和在模拟工作空间中的实时位置和带电区域三维点云，判断工作机械设备是否存在触电风险，并基于判断结构输出预警信号。

26、优选的，所述风险判定算法具体包括：

27、移动分析单元实时采集工作机械设备模型在模拟工作空间中的实时位置，并基于工作机械设备模型在模拟工作空间中的实时位置判断工作机械设备是否发生位置移动，若是，则基于北斗定位系统确定工作机械设备的行进方向和行进速度，若否，则采用工作状态模拟算法，确定工作机械设备在当前位置的工作风险；

28、基于工作机械设备的行进方向和行进速度，预测工作机械设备接下来的行进轨迹，基于工作机械设备接下来的行进轨迹判断工作机械设备模型是否有与带电区域三维点云发生重叠的部位；

29、若是，则输出制动信号至工作机械设备；

30、若否，则不做响应。

31、优选的，所述工作状态模拟算法具体包括：

32、确定工作机械设备的工作部的工作动作组件和移动动作组件；

33、基于工作机械设备的作业需求，确定工作动作组件的工作区域位置；

34、基于工作机械设备的工作部的移动动作组件属性，确定工作机械设备位置下，使工作部的工作动作组件处于工作区域位置时，工作机械设备的工作部的姿态，记为工作姿态，并更新工作机械设备模型为工作姿态，判断工作姿态下工作机械设备模型是否与带电区域三维点云发生重叠；

35、若是，则输出触电预警；

36、若否，则基于操作风险算法判定工作机械设备为达到工作姿态的操作风险。

37、优选的，所述操作风险算法具体为：

38、确定工作机械设备的工作部的初始姿态；

39、基于工作机械设备的工作部的移动动作组件属性，确定工作部从初始姿态到工作姿态的至少一条操作路径；

40、采集工作机械设备的历史工作状态，并基于工作机械设备的历史工作状态，确定工作机械设备为达到工作姿态，对每个操作路径的采用概率；

41、基于操作路径与带电区域三维点云的位置关系，对每个操作路径附加合理指标；

42、基于操作风险公式计算当前状态下的操作风险指标，并判断操作风险指标是否大于预设值，若是，则判定操作风险低，若否，则判定操作风险高；

43、其中，所述操作风险公式具体为：

44、式中，为操作风险指标，为第i个操作路径的采用概率，为第i个操作路径的合理指标，为工作部从初始姿态到工作姿态的操作路径总条数。优选的，所述基于操作路径与带电区域三维点云的位置关系，对每个操作路径附加合理指标具体为：

45、若操作路径与带电区域三维点云发生重叠，则对操作路径附加合理指标为0；

46、若操作路径与带电区域三维点云未发生重叠，且与带电区域三维点云边界的最短距离小于近电阈值，则对操作路径附加合理指标为0.5；

47、若操作路径与带电区域三维点云未发生重叠，且与带电区域三维点云边界的最短距离大于近电阈值，则对操作路径附加合理指标为1。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

49、本发明提出一种基于三维点云的带电作业区域安防监控系统，通过构建电力施工作业区域的模拟工作空间，可视化的分析电力施工作业过程中各个工作机械设备的状态，并结合工作机械设备的工作属性、电力施工作业目标和司机的操作习惯等多重因素进行带电作业区域监控，可有效的实现在作业开始之前对工作机械设备的布设指导，在作业开始前将触电风险降至最低，进而保证电力施工作业流畅度，提高电力施工作业效率。