一种基于大数据的电缆运行状态监测系统及方法与流程

本发明涉及电缆运行监测，具体为一种基于大数据的电缆运行状态监测系统及方法。

背景技术：

1、为了满足城市大容量电能传输的需求，具备大导体截面、大载流量的高压和超高压电缆成为了城市电力输送的主力军，国内大型城市均在规划、建设或已使用高电压等级的输电电缆网络。因此，输电电缆在电力系统中的安全稳定可靠运行也就显得十分关键。在电网设备运行管理中需重点监控电缆及其通道的情况，要确保电缆的安全、稳定运行就要提升电缆运行状态在线监测的水平。现有技术存在一套完整的对于电缆运行状态过程中参数变化的监测系统，在满足对应波动警戒阈值后就会产生预警响应，但是这种监测是通过异常发生导致数据波动，并不能有效的在数据异常前进行合理的判断，且对于一些电缆布设区域周围存在施工事件时，虽然电缆周围会布设防护措施不会直接损坏电缆，但是施工的存在可能会加剧电缆异常的速度或者对电缆的安全寿命造成一定的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于大数据的电缆运行状态监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的电缆运行状态监测方法，包括以下分析步骤：

3、步骤s100：录入电缆布设位置所处预设区域范围内的监控设备数据至电缆监测系统中，将监控设备数据与电缆运行数据以同一监测时段进行对应存储；若干监测时段构成监测周期；提取存在监控设备数据记录施工事件且电缆运行数据符合运行标准对应的监测周期为目标监测周期，其余电缆运行符合标准的监测周期为第一对照监测周期；

4、步骤s200：基于第一对照监测周期记录的电缆运行数据，标记目标监测周期内监控设备数据记录施工事件所处的监测时段为目标监测时段，提取目标监测时段内记录的电缆运行数据确定存在影响关系对应施工事件的施工特征；

5、步骤s300：提取监测系统存储的预警事件，将施工特征记录时对应目标监测时段的电缆运行数据与预警事件记录的电缆运行数据进行比较，分析电缆运行时可响应存储的预警施工特征；

6、步骤s400：基于预警施工特征结合监控设备数据进行实时监测，并在预警施工特征不唯一时构建关联预警模型，进行判断预警响应。

7、进一步的，步骤s200包括以下：

8、步骤s210：施工事件记录施工人员和施工工具；电缆运行数据是指利用电缆监测装置获取基于数字信号分析方法得到的状态参数；提取记录的第i个第一监测周期内的第j类状态参数值qij，利用公式：

9、pij＝(1/mij)∑[(qij1-qij0)/tij]

10、计算第i个第一监测周期内第j类状态参数值的平均波动指数pij，mij表示第i个第一监测周期内第j类状态参数值在连续监测时间内的变化总次数，qij1表示第i个第一监测周期在相邻监测时间每一次变化前的第j类状态参数值，qij0表示第i个第一监测周期在相邻监测时间每一次变化后的第j类状态参数值；tij表示第i个第一监测周期内第j类状态参数值每一次变化对应的间隔时长；

11、步骤s220：提取n个第一监测周期，计算第j类状态参数值的周期平均波动指数p0j，p0j＝(1/n)∑pij，∑pij表示对n个第一监测周期的第j类状态参数值的平均波动指数进行求和；

12、步骤s230：标记目标监测时段记录的电缆运行数据为待分析运行数据，提取待分析运行数据记录的各类待分析状态参数值，计算目标监测时段对应第j类待分析状态参数值的平均波动指数pj；将平均波动指数pj与第一监测周期的第j类状态参数值的周期平均波动指数p0j按照相同类型进行比较做差得到kj，kj＝pj-p0j；若kj>k0，k0为差值阈值，k0>0；则标记对应类型的待分析状态参数为波动参数；

13、步骤s240：获取目标监测时段内标记为波动参数的类型个数，当类型个数大于待分析状态参数类型总数的一半时，输出目标监测时段的施工事件对电缆运行数据存在影响关系；

14、步骤s250：提取存在影响关系的施工事件记录的施工工具，以及监控设备数据记录的位置距离和施工时长作为施工特征。

15、分析施工事件对电缆运行数据的影响，可以有效的协助电缆监测人员对电缆的运行状态安全从多维度实现安全监测。

16、进一步的，步骤s300包括以下具体过程：

17、步骤s310：预警事件是指电缆运行状态存在异常且状态参数值不在参数阈值范围内对应的事件；提取预警事件对应预警参数响应前一监测时段的电缆运行数据为对照运行数据；预警参数是指不在参数阈值范围内的状态参数；

18、步骤s320：基于对照运行数据绘制各预警参数值随时间变化的状态曲线图；以与状态曲线图对应相同横坐标和纵坐标间隔尺度绘制目标监测时段记录电缆运行数据的目标曲线图；比较与预警参数相同类型状态参数的目标曲线图，利用动态时间规整算法计算相同类型预警参数对应状态曲线图与状态参数对应目标曲线图的距离d，设置距离阈值d0；

19、步骤s330：当任一类型状态参数对应的目标曲线图与相同预警参数对应的状态曲线图，存在d<d0时，标记对应类型状态参数所处目标监测时段记录的施工特征为预警施工特征。

20、对于存在波动数据的目标监测时段进行进一步确认，缩小可能会导致预警事件发生的事件范围，从而提取有效作为预警依据的施工特征，提高对实时电缆安全监测的广泛性和高效性。

21、进一步的，步骤s400包括以下步骤：

22、当监控设备数据响应记录施工事件时，提取实时施工特征记录的施工距离和施工工具，施工距离是指由监控设备距离电缆布设位置的空间水平距离l0和监控设备数据记录监控画面经过转换后的图像最短距离l3计算得到；转化过程如下：

23、获取监控设备的焦距f以及成像尺寸w*h，计算监控设备的水平视场角a1，a1＝2arctan(w/2f)，获取响应施工事件后施工目标所处监控画面在水平视场角a1时的最小画面距离l1，以及监控画面长度l2；

24、利用公式：a2＝(a1*l1)/l2，计算施工事件所处监控设备的预估角度a2，

25、基于预估角度a2和监控设备距离电缆布设位置的空间垂直距离h1，利用公式：l3＝h1*tana2，计算经过转换后的图像最短距离l3；

26、当预警施工特征存在与实时施工特征记录相同时，传输判断预警响应；

27、当预警施工特征不存在与实时施工特征记录相同时，且预警施工特征记录不唯一时，构建特征函数关系模型。

28、进一步的，构建特征函数关系模块包括以下步骤：

29、步骤s410：以预警事件记录的所有类型状态参数分别构建特征函数关系模型；将每一类状态参数对应施工事件的预警施工特征中记录施工距离l4和施工时长t作为输入量，对应施工事件影响电缆运行数据的距离d作为输出量，构建与预警参数相同的每一状态参数特征函数关系模型d，

30、d＝k1*l4+k2*t+ε；

31、代入同一类型状态参数对应不同施工事件中预警施工特征记录的输入量和输出量，求解对应参考系数k1、k2和误差项ε；d为特征函数关系模型d的输出量；

32、步骤s420：获取预警施工特征不存在记录的实时施工特征，代入实时施工特征的施工距离，以及间隔每一单位时长的实时施工时长至各类型状态参数的特征函数关系模型d中，计算对应施工事件影响电缆运行数据的实时距离d1，获取与预警参数相同类型的每一状态参数记录的最大距离dmax；

33、步骤s430：若在实时施工事件进行时存在d1≤dmax，则响应满足d1≤dmax对应时刻为截止时刻，在截止时刻传输判断预警响应并确定对应模型的状态参数类型；若至实时施工事件结束整个过程计算的d1均大于dmax，则不预警；判断预警响应是指向电缆状态监测系统传输实时施工事件对应区域存在影响电缆运行风险。

34、分析每一类型状态参数的函数模型，可以对不同情况下的施工事件作出有效预判，且利用动态时间规整算法分析曲线图像的相似程度作为输出量，可以快速分析出当前施工事件影响电缆运行数据与异常事件数据间的波动关系，直接且有效的给出预估结论，为电缆状态监测管理人员作出安全指导，增强了系统监测的全面性和电缆状态监测的安全性。

35、一种基于大数据的电缆运行状态监测系统，包括数据录入存储模块、监测周期划分模块、施工特征分析模块、预警施工特征确定模块和预警响应传输模块；

36、数据录入存储模块用于录入电缆布设位置所处预设区域范围内的监控设备数据至电缆监测系统中，将监控设备数据与电缆运行数据以同一监测时段进行对应存储；

37、监测周期划分模块用于划分目标监测周期和第一对照监测周期；

38、施工特征分析模块用于提取目标监测时段内记录的电缆运行数据确定存在影响关系对应施工事件的施工特征；

39、预警施工特征确定模块用于分析电缆运行时可响应存储的预警施工特征；

40、预警响应传输模块用于基于预警施工特征结合监控设备数据进行实时监测，并在预警施工特征不唯一时构建关联预警模型，进行判断预警响应。

41、进一步的，施工特征分析模块包括平均波动指数计算单元、波动参数分析单元、影响关系判定单元和施工特征输出单元；

42、平均波动指数计算单元用于计算第一监测周期内状态参数值的平均波动指数；

43、波动参数分析单元用于标记对应类型的待分析状态参数为波动参数；

44、影响关系判定单元用于当类型个数大于待分析状态参数类型总数的一半时，输出目标监测时段的施工事件对电缆运行数据存在影响关系；

45、施工特征输出单元用于提取存在影响关系的施工事件记录的施工工具，以及监控设备数据记录的位置距离和施工时长作为施工特征。

46、进一步的，预警施工特征确定模块包括曲线图绘制单元、曲线距离计算单元；

47、曲线图绘制单元用于绘制基于对照运行数据绘制各预警参数值随时间变化的状态曲线图；以及与状态曲线图对应相同横坐标和纵坐标间隔尺度绘制目标监测时段记录电缆运行数据的目标曲线图；

48、曲线距离计算单元用于利用动态时间规整算法计算曲线距离并输出满足预设要求的施工特征为预警施工特征。

49、进一步的，预警响应传输模块包括施工距离分析单元和函数构建单元；

50、施工距离分析单元用于结合监控设备分析预估施工距离；

51、函数构建单元用于以预警事件记录的所有类型状态参数分别构建特征函数关系模型。

52、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明基于电缆布设区域内的监控设备，结合监控设备记录的监控数据与电缆在同一监测时段的运行数据进行关联结合，使得当出现施工事件时可以有效快速提取对应区域内的电缆运行数据，从而判断监测电缆运行数据是否会受到影响；并且利用电缆监测系统已经记录的预警事件来分析施工事件存在时的状态参数是否与预警事件发生前的状态参数存在关联关系；以及在实时出现不能从历史数据匹配的施工特征时，构建函数关系模型估算出可能存在异常的施工特征进行预警；直接且有效的给出预估结论，为电缆状态监测管理人员作出安全指导，增强了系统监测的全面性和电缆状态监测的安全性。