阅读说明：本技术 一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及方法 (Device and method for preventing underground cable fault power failure caused by construction operation ) 是由 方健 林翔 尹旷 张敏 何嘉兴 杨帆 林浩博 卢丽琴 庞彪 黄强 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及方法,装置包括：多个以设定间距安装埋设在地下电缆上表面的电缆预警装置,云端存储和处理模块,管理者终端；云端存储和处理模块通过无线通信与管理者终端进行交互,存储用户信息,存储和对比电缆预警装置信息和施工信息,反馈对比结果和对应的施工建议；管理者终端通过无线通信将电缆预警装置信息和施工信息上传至云端存储和处理模块,从云端存储和处理模块接收对比结果和对应的施工建议,根据付费状态向用户显示提示。本发明可以让不同施工单位快速准确了解施工位置下面是否有电缆存在,避免施工破坏电缆导致故障停电的出现,有利于减少配电网的故障停电的发生。(The invention provides a device and a method for preventing underground cable fault power failure caused by construction operation, wherein the device comprises: the system comprises a plurality of cable early warning devices, a cloud storage and processing module and a manager terminal, wherein the cable early warning devices are installed and buried on the upper surface of an underground cable at set intervals; the cloud storage and processing module interacts with a manager terminal through wireless communication, stores user information, stores and compares cable early warning device information and construction information, and feeds back a comparison result and a corresponding construction suggestion; the manager terminal uploads the cable early warning device information and the construction information to the cloud storage and processing module through wireless communication, receives the comparison result and the corresponding construction suggestion from the cloud storage and processing module, and displays a prompt to a user according to the payment state. The method can enable different construction units to quickly and accurately know whether the cable exists below the construction position, avoids the occurrence of fault power failure caused by cable damage in construction, and is favorable for reducing the occurrence of fault power failure of the power distribution network.)

一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及方法

技术领域

本发明属于电缆线路停电预防技术领域，具体涉及一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及方法。

背景技术

通过对配电网故障停电信息调查发现，在城市施工中，由于不同施工单位对于电力部门埋设的电缆位置及深度不了解，因此每年都有发生因为施工作业破坏电缆导致故障停电的事故。并且有些时候，施工单位操作也不规范，为了节省时间，施工之前也不给相关的电力部门报备，因此电力部门也无法在施工之前告知施工位置是否有电缆。同时，由于不同部门之间的信息共享性与及时性差，因此每次施工都向电力部门申请了解施工位置是否有电缆，需要耗费较多的时间。并且有些电缆的位置可能需要保密，相关部门不愿意对外公开其具体的位置信息，因此如何告知施工单位信息使其避免破坏电缆，同时也没有过多透露保密电缆的具体位置及埋设深度这一点也很重要。

现有技术文件1(张彬彬等.一种地下电力管网防外力破坏系统[P].CN107452174A,2017-12-08.)公开了一种以声音特征信息为基础的电力线缆周围施工震动信号进处理和识别的地下电力管网防外力破坏系统，该发明虽然能够以WEB数字地图展示、短信报警通知为通知方式，实现对电力管线的周围环境震动数据的管理。但是由于该方法是以测量振动信号的强弱实现预警，因此振动源距离测量装置的距离会很大程度影响实际效果。为了保证该装置的使用效果，需要在电缆装置上大量安装该设备。同时当实际的施工深度不会破坏位于地面更深处的电缆时，该装置还可能会误报警，因此该系统的准确率和便捷性有待提高。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及使用方法，让不同施工单位快速准确了解施工位置下面是否有电缆存在，简化备案流程并缩短时间，妥善保管保密电缆信息，避免施工破坏电缆导致故障停电的出现。

本发明采用如下的技术方案。一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置，包括：多个电缆预警装置，云端存储和处理模块，管理者终端，电缆预警装置埋设在地下电缆上表面，多个电缆预警装置以设定间距安装；云端存储和处理模块通过无线通信与管理者终端进行交互，存储用户信息，存储和对比电缆预警装置信息和施工信息，反馈对比结果和对应的施工建议；用户信息至少包括：账号和付费信息；电缆预警装置信息至少包括：位置、深度和保密状态；施工信息至少包括：计划施工范围、实际施工范围、计划施工深度、实际施工深度和施工内容；对比结果和对应的施工建议至少包括：施工会导致电缆受损，给出至少一个候选施工范围位置；计划施工范围内有电缆存在，给出最大施工深度阈值L6；计划施工范围内没有电缆，可以施工；管理者终端通过无线通信与电缆预警装置、云端存储和处理模块进行交互，将电缆预警装置信息和施工信息上传至云端存储和处理模块，从云端存储和处理模块接收对比结果和对应的施工建议，根据付费状态向用户显示提示。

优选地，电缆预警装置包括：外壳和设置在外壳内的电源模块、电压转化模块、处理器模块、定位模块和无线通信模块；电源模块、电压转化模块和处理器模块串联连接在干路，定位模块、无线通信模块作为两个支路均与干路并联连接。

本发明的另一方面提供了一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的方法，使用上述防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置，包括以下的步骤：

步骤1，安装电缆预警装置，上传电缆预警装置信息，电缆预警装置信息至少包括：位置、深度和保密状态，其中位置是指电缆预警装置的定位模块确定的位置，深度是指电缆预警装置外壳上表面与地面之间的垂直距离L1，保密状态是指所在地下电缆是否保密；

步骤2，上传施工信息，至少包括：计划施工范围和计划施工深度；

步骤3，云端存储和处理模块对比电缆预警装置信息和施工信息，向管理者终端下达对比结果和施工建议；

步骤4，在管理者终端生成提示；

步骤5，获取距离施工范围中心最近的n个电缆预警装置的深度和其构成线路Z1的走向。

优选地，步骤1具体包括：

步骤1.1，设置多个电缆预警装置的安装间距；

步骤1.2，电缆预警装置安装及测距，是指将电缆预警装置埋设在地下电缆的上表面，利用测距装置测量电缆预警装置深度L1，利用电缆预警装置的定位模块获取电缆预警装置位置。

步骤1.3，上传电缆预警装置信息，是指通过管理者终端将电缆预警装置的位置、深度和保密状态上传至云端存储和处理模块。

优选地，步骤2具体包括：

步骤2.1，设置计划施工范围，是指当其他工程施工人员需要对某区域进行挖掘施工时，施工人员首先到达计划施工的地点，然后通过管理者终端的定位模块获得当前位置，以当前位置为参考点设置计划施工范围；

步骤2.2，通过管理者终端将设置好的计划施工范围和计划施工深度L3上传至云端存储和处理模块。

优选地，步骤3具体包括：

步骤3.1，水平距离比较，是指云端存储和处理模块选取距离计划施工范围中心最近的n个电缆预警装置，构成线路Z1，判断线路Z1是否位于施工范围的地下，或者施工范围内的任意一点与Z1任意一点的水平距离ΔL_h是否均小于或等于水平距离规定值L4；

步骤3.2，垂直距离比较，是指云端存储和处理模块7执行以下计算

式中：

L1_min为n个电缆预警装置中的电缆预警装置深度最小值；

min()为求最小值的函数；

ΔL_v为计划施工深度L3与电缆预警装置深度最小值L1_min差的绝对值；

L5为垂直距离规定值；

L_vif为判断参数；

步骤3.3，结合步骤3.1的水平距离比较和步骤3.2的垂直距离比较，产生对比结果和施工建议；

步骤3.4，云端存储和处理模块7将对比结果和施工建议下达至管理者终端。

优选地，步骤3.1具体包括：

云端存储和处理模块选取距离计划施工范围中心最近的2-5个电缆预警装置，构成线路Z1。

优选地，云端存储和处理模块生成的产生对比结果和施工建议至少包括：

情况1，线路Z1在施工范围的地下，且L_vif≤0，对比结果为施工会导致电缆受损，施工建议为至少一个候选施工范围；

情况2，ΔL_h≤L4，且L_vif≤0，对比结果为施工会导致电缆受损，施工建议为至少一个候选施工范围；

情况3，线路Z1在施工范围的地下，且L_vif>0，对比结果为施工范围内有电缆存在，请注意施工的深度，施工建议为最大施工深度阈值L6，实际施工深度L3_actual应满足L3_actual<L6<L1_min；

情况4，ΔL_h≤L4，且L_vif>0，对比结果为施工范围内有电缆存在，请注意施工深度，施工建议为最大施工深度阈值L6，实际施工深度L3_actual应满足L3_actual<L6<L1_min；

情况5，ΔL_h>L4，对比结果为施工范围内没有电缆存在，施工建议为可以按照计划施工。

优选地，步骤4具体包括：

步骤4.1，判断对比结果和施工建议查看权限，如果当前用户未支付费用，生成提示当前用户支付费用后可查看对比结果和施工建议，如果当前用户已支付费用，继续执行后续步骤；

步骤4.2，将云端存储和处理模块生成的对比结果和施工建议在管理者终端上进行显示。

优选地，步骤5具体包括：

步骤5.1，管理者终端向云端存储和处理模块发送获取距离施工范围中心最近的n个电缆预警装置的深度和其构成线路Z1的走向的请求。

步骤5.2，云端存储和处理模块读取n个电缆预警装置的保密状态，如果保密状态为非涉密线路，向管理者终端返回施工范围中心最近的n个电缆预警装置的深度和其构成线路Z1的走向；如果保密状态为涉密线路，向管理者终端返回提示不予公开线路信息。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比具有以下特点：

1.本发明可以让不同施工单位快速准确了解施工位置下面是否有电缆存在，避免施工破坏电缆导致故障停电的出现，有利于减少配电网的故障停电的发生。

2.相比于原有的施工之前需要施工备案，流程繁琐且耗时较多的做法，本发明可以大幅简化流程并缩短时间。

3.本发明根据位置信息上传时是否保密选择，在云端存储和处理模块将信息反馈给其他的管理者终端时会出现不同的提示，在不会泄露关键信息的同时又保证了施工不会损坏电缆。

附图说明

图1是本发明一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及使用方法的使用流程图。

图2是本发明一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置及使用方法的结构示意图。

图3是本发明一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置电路示意图。

图中标记：1-电源模块，2-电压转化模块，3-处理器模块，4-定位模块，5-无线通信模块，6-外壳，7-云端存储和处理模块，8-管理者终端。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

参见图2和3，本发明的实施例提供了一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置，包括：多个电缆预警装置，云端存储和处理模块7，管理者终端8。

电缆预警装置埋设在地下电缆上表面，多个电缆预警装置以设定间距L2安装，优选但不限于，当电缆铺设线路基本为直线时，L2的取值较大，一般在100-200米；当电缆铺设的线路比较弯曲时，一般需要在线路的每个拐点安装一个，L2的取值也较小。

电缆预警装置包括：外壳6和设置在外壳6内的电源模块1、电压转化模块2、处理器模块3、定位模块4和无线通信模块5。定位模块4优选但不限于，GPS和/或北斗定位设备。

电源模块1、电压转化模块2和处理器模块3串联连接在干路，定位模块4、无线通信模块5作为两个支路均与干路并联连接。电源模块1通过在地下电缆上取能或者利用地表的太阳能电池板供能。

云端存储和处理模块7通过无线通信与管理者终端8进行交互，存储用户信息，存储和对比电缆预警装置信息和施工信息，反馈对比结果和对应的施工建议。用户信息至少包括：账号和付费信息。电缆预警装置信息至少包括：位置、深度和保密状态，其中位置是指定位模块4确定的位置，深度是指电缆预警装置外壳6上表面与地面之间的垂直距离L1，保密状态是指所在地下电缆是否保密。施工信息至少包括：计划施工范围、实际施工范围、计划施工深度、实际施工深度和施工内容。对比结果和对应的施工建议至少包括：施工会导致电缆受损，给出至少一个候选施工范围；计划施工范围内有电缆存在，给出最大施工深度阈值L6；计划施工范围内没有电缆，可以施工。

管理者终端8通过无线通信与电缆预警装置、云端存储和处理模块7进行交互。管理者终端8将电缆预警装置信息和施工信息上传至云端存储和处理模块7，从云端存储和处理模块7接收对比结果和对应的施工建议，向已付费用户显示对比结果和对应的施工建议，向未付费用户提示付费后显示对比结果和对应的施工建议。管理者终端8还可以进一步向云端存储和处理模块7发送查看电缆预警装置信息请求，并接收云端存储和处理模块7下达的非保密地下电缆的电缆预警装置信息。

参见图1，一种防止施工作业导致地下电缆故障停电的方法，步骤如下：

步骤1，安装电缆预警装置，上传电缆预警装置信息。电缆预警装置信息至少包括：位置、深度和保密状态，其中位置是定位模块4确定的位置，深度是指电缆预警装置外壳6上表面与地面之间的垂直距离L1，保密状态是指所在地下电缆是否保密。步骤1具体包括：

步骤1.1，设置电缆预警装置安装间距：电缆预警装置每隔距离L2安装一个，间隔距离L2由电缆线路的实际情况决定：当电缆铺设线路基本为直线时，L2的取值较大，一般在100-200米；当电缆铺设的线路比较弯曲时，一般需要在线路的每个拐点安装一个，L2的取值也较小。

步骤1.2，电缆预警装置安装及测距：将电缆预警装置埋设在地下电缆的上表面，利用测距装置测量电缆预警装置深度L1，利用电缆预警装置的定位模块4获取电缆预警装置位置。

步骤1.3，上传电缆预警装置信息：通过管理者终端8将电缆预警装置的位置、深度和保密状态上传至云端存储和处理模块7。

步骤2，上传施工信息，至少包括：计划施工范围和计划施工深度。步骤2具体包括：

步骤2.1，设置计划施工范围：当工程施工人员需要对某区域进行挖掘施工时，施工人员首先到达计划施工的地点，然后通过管理者终端8的定位模块获得当前位置，范围选择至少包括以下三种形式：1)通过管理者终端8以当前位置为中心以半径R设置施工半径；2)以当前位置为中心设置矩形施工范围的长和宽的大小及方位；3)以当前位置为顶点设置矩形施工范围的长和宽的大小及方位；

步骤2.2，将设置好的计划施工范围和计划施工深度L3上传至云端存储和处理模块7。

步骤3，云端存储和处理模块7对比电缆预警装置信息和施工信息，向管理者终端8下达对比结果和施工建议。具体包括：

步骤3.1，水平距离比较：云端存储和处理模块7选取距离计划施工范围中心最近的n个电缆预警装置，例如但不限于，2～5个，构成线路Z1，判断线路Z1是否位于施工范围的地下，或者施工范围内的任意一点与Z1任意一点的水平距离ΔL_h是否均小于或等于水平距离规定值L4。

步骤3.2，垂直距离比较：云端存储和处理模块7执行以下计算

式中：

L1_min为n个电缆预警装置中的电缆预警装置深度最小值；

min()为求最小值的函数；

ΔL_v为计划施工深度L3与电缆预警装置深度最小值L1_min差的绝对值；

L5为垂直距离规定值；

L_vif为判断参数。

步骤3.3，结合步骤3.1的水平距离比较和步骤3.2的垂直距离比较，产生对比结果和施工建议。

情况1：线路Z1在施工范围的地下，且L_vif≤0，对比结果为施工会导致电缆受损，云端存储和处理模块7生成的施工建议为至少一个候选施工范围；

情况2：ΔL_h≤L4，且L_vif≤0，对比结果为施工会导致电缆受损，云端存储和处理模块7生成的施工建议为至少一个候选施工范围；

情况1和情况2中云端存储和处理模块7生成的施工建议为至少一个候选施工范围是指，候选施工范围的生成与步骤2.1中计划施工范围选择的形式一致，例如但不限于，1)如在步骤2.1中管理者终端8以当前位置为中心以半径R设置计划施工半径，候选施工范围提供一个合适的圆心位置，以相同的半径R设置施工半径来确定施工范围，使得线路Z1位于整个施工范围外，圆心位置与线路Z1最近点之间的水平距离一般设置为1.5～4R；2)如在步骤2.1中管理者终端8以当前位置为中心或以当前位置为顶点设置矩形施工范围的长和宽的大小及方位，候选施工范围只要满足线路Z1位于矩形施工范围外，矩形施工范围与线路Z1的最近点的水平距离一般设置为矩形长度的0.5～3倍；

情况3：线路Z1在施工范围的地下，且L_vif>0，对比结果为施工范围内有电缆存在，请注意施工的深度，云端存储和处理模块7生成的施工建议为最大施工深度阈值L6，实际施工深度L3_actual应满足L3_actual<L6<L1_min；

情况4：ΔL_h≤L4，且L_vif>0，对比结果为施工范围内有电缆存在，请注意施工深度，云端存储和处理模块7生成的施工建议为最大施工深度阈值L6，实际施工深度L3_actual应满足L3_actual<L6<L1_min；

情况5：ΔL_h>L4，对比结果为施工范围内没有电缆存在，云端存储和处理模块7生成的施工建议为可以按照计划施工。

步骤3.4，云端存储和处理模块7将对比结果和施工建议下达至管理者终端8。

步骤4，在管理者终端8生成提示。具体包括：

步骤4.1，判断对比结果和施工建议查看权限，如果当前用户未支付费用，生成提示当前用户支付费用后可查看对比结果和施工建议，如果当前用户已支付费用，继续执行后续步骤；

步骤4.2，将云端存储和处理模块7生成的对比结果和施工建议在管理者终端8上进行显示。

步骤5，获取距离施工范围中心最近的n个电缆预警装置的深度和其构成线路Z1的走向。具体包括：

步骤5.1，管理者终端8向云端存储和处理模块7发送获取距离施工范围中心最近的n个电缆预警装置的深度和其构成线路Z1的走向的请求。

步骤5.2，云端存储和处理模块7读取n个电缆预警装置的保密状态，如果保密状态为非涉密线路，向管理者终端8返回施工范围中心最近的n个电缆预警装置的深度和其构成线路Z1的走向；如果保密状态为涉密线路，向管理者终端8返回提示不予公开线路信息。

步骤6，依照步骤1-5的反馈结果补充施工信息，至少包括实际施工范围、实际施工深度和施工内容后，将补充后的施工信息通过管理者终端8上传至传云端存储和处理模块7。

所述防止施工作业导致地下电缆故障停电的装置不仅适用于电缆，也适用于光纤设备。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比具有以下特点：

1.本发明可以让不同施工单位快速准确了解施工位置下面是否有电缆存在，避免施工破坏电缆导致故障停电的出现，有利于减少配电网的故障停电的发生。

2.相比于原有的施工之前需要施工备案，流程繁琐且耗时较多的做法，本发明可以大幅简化流程并缩短时间。

3.本发明根据位置信息上传时是否保密选择，在云端存储和处理模块将信息反馈给其他的管理者终端时会出现不同的提示，在不会泄露关键信息的同时又保证了施工不会损坏电缆。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。