[发明专利]一种基于源定位技术电缆防外力破坏预警方法

说明书

本发明公开了一种基于源定位技术电缆防外力破坏预警方法。首先通过检波器对破碎锤施工所产生的瑞利波进行监测，对监测到的波形采用小波变换的时延估计算法，可提取、分析单一频率或者窄频率段内的波形，在时延估计的基础上，采用基于四元十字阵的几何定位算法进行建模，根据各检波器阵列的相对位置及其对应的时延值来解算出信号源位置。该方法所需检波器阵元数目较少，计算量小，可实现对施工源的快速定位，提供足够的预警时间，能够及时向相关部门发送预警信号，避免电力电缆被破坏。

技术领域

本发明涉及电力领域，更具体的，涉及一种基于源定位技术电缆防外力破坏预警方法。

背景技术

随着我国经济的发展，城市基础建设步伐加快，市政道路施工频繁，但由于城市建设部门与电力电缆运行维护工作衔接存在漏洞，市政工程建设对地下电缆所造成的安全隐患不断加剧，电力电缆被破坏事件频发。据统计，外力破坏是造成电力电缆故障的主要原因。目前，供电公司通常采用人工巡逻的方法对可能存在施工隐患进行排查，覆盖面积有限且人力成本极高，对电缆通道的保护作用有限。传统漏电流检测法、电力线载波检测法、点式应变传感器检测法在对电缆线路进行监测时，只有当线缆即将或者已经被破坏才能定位故障，没有提供足够的预警时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术没有足够的预警时间的不足，提供了一种基于源定位技术电缆防外力破坏预警方法，其具体步骤如下：

1)利用地震检波器阵列对破碎锤施工所产生的瑞利波信号进行监测；

2)基于小波变换的时延估计算法估算各个地震检波器阵列监测的瑞利波信号的时延；

3)进行基于四元十字阵的几何定位算法建模，在时延估计的基础上，根据各地震检波器的相对位置及其对应的时延值解算信号源的位置,得到精确定位的施工地点；

4)根据3)得到精确定位的施工地点判断电缆是否会遭到外力破坏，若是其启动报警，实现防外力破坏预警。

其中，步骤2)的具体过程如下所述：

对检波器信号x(t)进行小波变换：

其中母小波ψ(t)选择在时域、频域都具有良好正则性的Meyer小波，参数a，b分别为小波母函数伸缩、平移的尺度因子、平移因子。

在式(1)在频域可

由此可见

其中为瞬时输出功率，N为采样点数。

在频率f＝1/a处，小波变换功率谱的峰值对应的时移B即为信号到达检波器阵元的时间，根据各阵元到达时间相减即得到相应差值。信号在传输过程中的衰减、频散等影响会造成检波器阵元所接受的信号的波形和振幅的不同，但是其功率谱并不受影响，因此可以用其计算时延。基于小波变换的时延估计能够有效避免信号在传输过程中的波形和振幅的变化对实验估计精度的影响。

其中，所述步骤3)的具体过程如下：

基于四元十字阵的几何定位算法建模。在时延估计的基础上，根据各检波器阵列的相对位置及其对应的时延值解算信号源位置的算法。建立空间三维坐标系，四个检波器分别位于S₁(d,0,0)、S₂(0,d,0)、S₃(-d,0,0)、S₄(0,-d,0)，信号源位置为P(x,y,z)。

得到如下方程：

x²+y²+z²＝r² (5)