一种城市电缆的数字孪生管控方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及电力系统，具体而言，涉及一种城市电缆的数字孪生管控方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、城市电缆是城市基础设施的重要组成部分，用于输送电力、通信和数据。城市电缆系统是由各种类型的电缆组成的复杂网络，通过地下敷设或架空安装连接着城市中的建筑物、街道、交通系统等各个部分。城市电缆承载着城市的生活和运行所需的关键信息和服务，对城市的发展和运行起着至关重要的作用。

2、目前，为了确保城市电缆系统的完好性和性能，常采用定期维护和检修的方法来进行管控。然而，这种方式存在一个明显的问题，即缺乏实时性，定期维护和检修难以及时发现电缆存在的问题，导致城市电缆的管理效果不佳。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何提高对城市电缆的管控效果。

2、第一方面，本发明提供了一种城市电缆的数字孪生管控方法，包括：

3、根据获取的城市电缆的电缆参数、环境数据和运行数据，构建所述城市电缆的数字孪生模型；其中，所述环境数据包括监控数据、温度数据、湿度数据、氧气含量以及震动数据，所述运行数据包括当前运行数据、电缆需求功率和电缆当前功率；

4、以预设频率采集所述监控数据的监控图像，识别每个所述监控图像中的物体种类与相对电缆距离，根据所述物体种类与所述相对电缆距离，生成物体影响数据；

5、根据所述温度数据、所述湿度数据以及所述氧气含量，确定所述城市电缆的氧化影响数据；

6、当所述震动数据大于预设阈值时，根据所述数字孪生模型，调用对应的所述监控数据，确定震动源，并根据所述震动源和对应的所述当前运行数据，生成震动影响数据；

7、根据所述电缆需求功率、所述物体影响数据、所述氧化影响数据和所述震动影响数据，确定电缆功率误差范围；并根据所述电缆当前功率和所述电缆功率误差范围，生成电缆运行状态；

8、将所述物体影响数据、所述氧化影响数据、所述震动源、所述震动影响数据以及所述电缆运行状态传输至所述数字孪生模型进行多维展示；

9、当所述电缆运行状态为运行异常时，关闭运行异常的所述城市电缆，并基于所述数字孪生模型，生成电缆调控方案。

10、可选地，所述根据所述物体种类与所述相对电缆距离，生成物体影响数据，包括：

11、根据所述物体种类与所述相对电缆距离，分别采用物理影响公式和电气影响公式，生成物理影响因子和电气影响因子，所述物理影响公式包括：

12、 pf=h(k)*f(d)；

13、其中， pf为所述物理影响因子， h(k)为根据所述物体种类确定的风险系数函数， k为所述物体种类， f(d)为随所述相对电缆距离变化的风险增长函数， d为所述相对电缆距离；

14、所述电气影响公式包括：

15、；

16、其中， ef为所述电气影响因子， g(d)为导电的物体随所述相对电缆距离变化的电气干扰程度，object non-conduction为不导电的物体，objects conduct electricity为导电的物体；

17、根据所述物理影响因子和所述电气影响因子，采用综合影响公式，生成所述物体影响数据，所述综合影响公式包括：

18、；

19、其中，is为所述物体影响数据，为所述物理影响因子的权重系数，为所述电气影响因子的权重系数。

20、可选地，所述根据所述温度数据、所述湿度数据以及所述氧气含量，确定所述城市电缆的氧化影响数据，包括：

21、根据所述电缆参数，确定电缆类型；

22、当所述城市电缆为无护套电缆时，采用第一氧化公式，根据所述温度数据、所述湿度数据以及所述氧气含量，生成所述氧化影响数据，所述第一氧化公式包括：

23、；

24、其中， o为所述氧化影响数据， a为初始常数， ea为氧化速率， r为理想气体常数， t为所述温度数据， h为所述湿度数据， m为湿度氧化促进速率， ox为所述氧气含量， n为氧气氧化促进速率；

25、当所述城市电缆为有护套电缆时，采用第二氧化公式，生成所述氧化影响数据，所述第二氧化公式包括：

26、；

27、其中，p为护套数据，且1>p>0，q为护套保护效率，且q>1。

28、可选地，所述根据所述电缆需求功率、所述物体影响数据、所述氧化影响数据和所述震动影响数据，确定电缆功率误差范围，包括：

29、根据所述电缆需求功率、所述物体影响数据、所述氧化影响数据和所述震动影响数据，采用误差范围公式，确定功率最小值，所述误差范围公式包括：

30、 pmin=(wi*is+wo*o+wf*f)*pe*k；

31、其中， pmin为所述功率最小值， wi为物体影响权重， is为所述物体影响数据， wo为氧化影响权重， o为所述氧化影响数据， wf为震动影响权重， f为所述震动影响数据， pe为所述电缆需求功率， k为指正系数；

32、根据所述功率最小值和所述电缆需求功率，生成所述电缆功率误差范围。

33、可选地，所述基于所述数字孪生模型，生成电缆调控方案，包括：

34、基于所述数字孪生模型，调用所述运行异常的所述城市电缆的电缆参数，生成故障电缆位置；

35、遍历所述故障电缆位置预设区域内的空闲城市电缆，并提取所述空闲城市电缆的空闲电缆参数；

36、根据所述空闲电缆参数和所述电缆需求功率，采用寻优算法，生成所述电缆调控方案。

37、可选地，所述根据获取的城市电缆的电缆参数、环境数据和运行数据，构建所述城市电缆的数字孪生模型，包括：

38、获取所述城市电缆对应的城市地图；

39、根据所述电缆参数，结合所述城市地图，构建电缆三维模型；根据所述环境数据，构建环境模型；根据所述运行数据，构建电气模型；

40、将所述电缆三维模型、所述环境模型以及所述电气模型输入至数字孪生平台中，构建所述数字孪生模型。

41、可选地，所述以预设频率采集所述监控数据的监控图像，识别每个所述监控图像中的物体种类与相对电缆距离，包括：

42、以所述预设频率采集所述监控数据的监控图像，并采用物体检测算法，标记所述监控图像中的所有物体；

43、提取所述物体对应的图像特征，基于所述图像特征，根据图像分类算法进行分类，生成所述物体种类；

44、根据所述电缆参数和所述监控图像中的电缆尺寸，确定像素尺寸；

45、根据所述像素尺寸，确定相对电缆距离。

46、第二方面，本发明提供了一种城市电缆的数字孪生管控装置，包括：

47、构建模块，用于根据获取的城市电缆的电缆参数、环境数据和运行数据，构建所述城市电缆的数字孪生模型；其中，所述环境数据包括监控数据、温度数据、湿度数据、氧气含量以及震动数据，所述运行数据包括当前运行数据、电缆需求功率和电缆当前功率；

48、物体模块，用于以预设频率采集所述监控数据的监控图像，识别每个所述监控图像中的物体种类与相对电缆距离，根据所述物体种类与所述相对电缆距离，生成物体影响数据；

49、氧化模块，用于根据所述温度数据、所述湿度数据以及所述氧气含量，确定所述城市电缆的氧化影响数据；

50、震动模块，用于当所述震动数据大于预设阈值时，根据所述数字孪生模型，调用对应的所述监控数据，确定震动源，并根据所述震动源和对应的所述当前运行数据，生成震动影响数据；

51、误差模块，用于根据所述电缆需求功率、所述物体影响数据、所述氧化影响数据和所述震动影响数据，确定电缆功率误差范围；并根据所述电缆当前功率和所述电缆功率误差范围，生成电缆运行状态；

52、传输模块，用于将所述物体影响数据、所述氧化影响数据、所述震动源、所述震动影响数据以及所述电缆运行状态传输至所述数字孪生模型进行多维展示；

53、调控模块，用于当所述电缆运行状态为运行异常时，关闭运行异常的所述城市电缆，并基于所述数字孪生模型，生成电缆调控方案。

54、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；

55、所述存储器，用于存储计算机程序；

56、所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如第一方面所述的城市电缆的数字孪生管控方法。

57、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的城市电缆的数字孪生管控方法。

58、本发明的城市电缆的数字孪生管控方法、装置、设备及介质的有益效果是：

59、通过将城市电缆的电缆参数、环境数据和运行数据输入至数字孪生模型中，能够构建出一个高度逼真、动态响应的城市电缆数字孪生模型，以直观实时地显示城市电缆系统的当前状态。其次通过以预设频率采集监控图像，识别每个监控图像中的物体种类与相对电缆距离，并根据物体种类与相对电缆距离生成的物体影响数据，可以快速识别并评估外部因素，如树木接触、动物侵入等，对电缆安全的影响，准确判断这些物体与电缆的距离及其可能造成的危害程度，从而便于对城市电缆进行管控。然后依据环境数据，即温度数据、湿度数据以及氧气含量确定的氧化影响数据分析，可以及早发现潜在的电缆老化问题，从而在实际故障发生前采取管理措施，大大降低了因电缆故障导致的大规模停电风险。此外，在检测到震动数据超过预设阈值时，调用相关监控数据，以精确定位震动源，从而结合当时的运行数据生成震动影响数据，为后续对城市电缆的管理提供可靠的依据。再通过电缆需求功率、物体影响数据、氧化影响数据和震动影响数据，确定电缆功率误差范围，使实际的电缆功率在各项影响数据下是可以预测的，并将物体影响数据、氧化影响数据、震动源、震动影响数据以及电缆运行状态传输至数字孪生模型进行多维展示，即，在构建的数字孪生模型下，电缆功率存在一个可以预测和管控的范围，管理者知悉当前电缆在各个影响因素下的运行状态，以及处于当前运行状态下的各项影响数据，从而提高了对城市电缆的管控能力。当电缆运行状态为运行异常时，说明电缆当前功率不在电缆功率误差范围内，该电缆出现了数字孪生模型不可预测的问题，需要及时关闭隔离故障电缆，防止故障扩散，保障其他部分电缆的正常运行，同时，基于数字孪生模型，可以快速生成电缆调控方案，为维修团队提供直观的故障位置、影响范围和修复建议，显著缩短故障排查与恢复时间，显著提高了对城市电缆的管控能力。