具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提出了一种用于输电线路防外破的故障预警方法，包括：

S1：通过车载GPS终端基于预设采样频率获取施工车辆的位置数据和速度数据并进行预处理；

S2：根据预处理后的速度数据确定测试信号的发送频率，通过车载GPS终端以所述发送频率向防外破监控平台发送测试信号；

S3：当车载GPS终端接收到防外破监控平台对测试信号的反馈时，将位置数据和速度数据发送到防外破监控平台，否则生成第一预警信号；

S4：通过防外破监控平台根据预处理后的位置数据和速度数据，结合预先存储的输电线路施工数据，计算施工车辆与输电线路的直线距离；

S5：将直线距离与施工车辆的臂杆长度进行比较，当直线距离小于臂杆长度时向施工车辆发送防外破预警信号。

在基于GPS定位的传统防外破监控技术的基础上，考虑到了无线通信设备对监控效果的影响，并有效的结合了施工车辆的速度情况，针对不同移动速度的施工车辆进行不同频率的测试，以确保通信正常。在本实施例中，每个施工车辆上均安装一个车载GPS终端，且每个车载GPS终端具有唯一的终端编号，所述车载GPS终端包括中央处理器、GPS模块以及无线通信模块，GPS模块与无线通信模块均通过总线与中央处理器进行信息交互。所述防外破监控平台基于B/S架构开发，B/S架构即浏览器和服务器架构模式，是随着Internet技术的兴起，对C/S架构的一种变化或者改进的架构。在这种架构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现。本实施例在B/S架构的基础上结合了地图定位技术、空间数据库以及物联网技术，防外破监控平台通过地图大屏展示施工现场的架空线路或电缆线路位置，实时监控施工车辆位置的变化信息，根据系统预设值，及时告警提示，通知相关管理人员及现场施工负责人。可查看历史告警信息及历史施工车辆行驶轨迹信息。特殊告警事件可生成防外破事件工单并进行事件工单业务流程处理。

在本实施例中，所述通过车载GPS终端基于预设采样频率获取施工车辆的位置数据和速度数据并进行预处理，包括：

分别计算相邻两个采样点获得的位置数据和速度数据的差值，当差值大于预设阈值时，将相邻的两个采样点对应的数据作为离群数据；

当同一采样点对应的位置数据和速度数据均为离群点时，基于滑动平均滤波法调整离群数据；

当同一采样点只有对应的位置数据为离群数据时，基于采样点对应的速度数据和预设采样频率的比值调整离群数据；

当同一采样点只有对应的速度数据为离群数据时，基于采样点相邻两侧对应的位置数据和预测采样频率的乘积调整离群数据。

当相邻两个采样点的差值大于预设阈值时，说明这两个采样点中可能存在离群点，从图2中可以看出，圈出的点为离群点，为了计算方便并提高数据预处理的准确性，在本实施例中将两个采样点均作为离群点处理。当同一采样点对应的位置数据和速度数据均为离群点时，表示此时的位置数据和速度数据都不准去，因此基于滑动平均滤波法调整离群数据，从而消除过大的误差，实现数据的平滑处理。当同一采样点只有对应的位置数据为离群数据时，说明此时速度数据是准确的，并且在已知采样频率的情况下，可以基于速度、位移与时间的关系，计算速度数据和预设采样频率的比值以获得准确的位置数据。当同一采样点只有对应的速度数据为离群数据时，说明此时位置数据是准确的，同理，计算采样点相邻两侧对应的位置数据和预测采样频率的乘积以获得准确的速度数据。

通过上述数据预处理过程，能够尽最大限度减少GPS模块在数据采集过程中产生的误差，提高了数据的准确性。

在本实施例中，所述根据预处理后的速度数据确定测试信号的发送频率，通过车载GPS终端以所述发送频率向防外破监控平台发送测试信号，包括：

确定初始的发送频率，根据速度数据的变化率确定施工车辆的加速度数据，本实施例中所述初始的发送频率为人工预设的。

根据加速度数据和速度数据，判断施工车辆的加速度与速度的方向；若施工车辆的加速度与速度同向，加速度提高时，说明施工车辆在加速移动，因此施工车辆与输电线路的相对位置变化速度较快，在这种情况下提高发送频率，以缩短测试间隔，提高通信情况的监测力度；若施工车辆的加速度与速度反向，加速度提高时，说明施工车辆在减速移动，因此施工车辆与输电线路的相对位置变化速度较慢，在这种情况下降低发送频率，以增加测试间隔，尽量减少测试信号对通信设备造成的业务冗余，适当的减少通信压力。

最后，车载GPS终端以调整后的所述发送频率生成脉冲信号发送给防外破监控平台。

通过上述过程，实现针对不同移动速度的施工车辆进行不同频率的测试，以确保通信正常，并且考虑到了不同移动速度对测试频率的需求不同，尽可能的减少过于频繁的测试信号对防外破监控平台与车载GPS终端之间的通信设备造成的业务冗余。

当车载GPS终端接收到防外破监控平台对测试信号的反馈时，说明此时通信正常，将位置数据和速度数据发送到防外破监控平台，否则生成第一预警信号。第一预警信号表示当前车载GPS终端与防外破监控平台之间的通信情况存在，位置数据和速度数据无法发送至防外破监控平台，以提醒施工车辆。

在本实施例中，所述输电线路施工数据包括输电线路保护区中杆塔的坐标、边相导线对输电线路中心的水平距离D₁以及边相导线对地最短距离H₁；D₁、H₁的取值范围均为正数。

根据位置数据获取输电线路保护区中起点塔杆的第一坐标与终点杆塔的第二坐标，根据第一坐标和第二坐标确定起点塔杆和终点杆塔的中心连线方程f₁(x)；

根据施工车辆的实时坐标(LonA，LatA)，LonA为实时坐标的经度，LatA为实时坐标的纬度，确定通过实时坐标且与中心连线方程f₁(x)垂直的直线方程f₂(x)；

确定f₁(x)和f₂(x)的交点J的坐标(LonB，LatB)，LonB为交点J的经度，LatB为交点J的纬度，基于公式一、公式二计算施工车辆对输电线路中心的水平距离D；

C＝sin(LatA)×sin(LatB)+cos(LatA)×cos(LatB)×cos(LonA-LonB) 公式一；

D＝R×arccos(C)×(π/180) 公式二；

其中，C为中间变量，R为地球半径，C、LatA、LatB、LonA、LonB的取值范围均为实数，D、R的取值范围为正数；

根据施工车辆对输电线路中心的水平距离D和边相导线对输电线路中心的水平距离D₁，计算出施工车辆对边相导线的水平距离HD，HD的取值范围均为正数；

根据勾股定理，由HD和H₁计算出施工车辆与输电线路的边相导线之间的直线距离。

在本实施例中，所述将直线距离与施工车辆的臂杆长度进行比较，当直线距离小于臂杆长度时向施工车辆发送防外破预警信号，包括：

将直线距离与施工车辆的臂杆长度进行比较；

若小于臂杆长度，则将第二预警信号发送到施工车辆；

在发出第二预警信号后，若经过预设时间后直线距离仍小于臂杆长度，则将第三预警信号发送给输电线路保护区的运维人员。

当第二预警信号发出后，施工车辆经过预设时间后与输电线路的距离仍然小于臂杆长度，说明施工车辆未做出相应的相应。为了防止输电线路受到外力破坏，继续发出第三预警信号，由输电线路保护区的运维人员做出响应。通过设置第二预警信号和第三预警信号，对处理告警的情况进行监控，为智能监控告警提供了第二道保障措施，避免因某些不可控因素对告警消息的响应产生影响。

实施例二

如图3所示，本实施例提出了一种用于输电线路防外破的故障预警装置6，包括：

获取单元61：用于通过车载GPS终端基于预设采样频率获取施工车辆的位置数据和速度数据并进行预处理；

测试单元62：用于根据预处理后的速度数据确定测试信号的发送频率，通过车载GPS终端以所述发送频率向防外破监控平台发送测试信号；

通信预警单元63：用于当车载GPS终端接收到防外破监控平台对测试信号的反馈时，将位置数据和速度数据发送到防外破监控平台，否则生成第一预警信号；

计算单元64：用于通过防外破监控平台根据预处理后的位置数据和速度数据，结合预先存储的输电线路施工数据，计算施工车辆与输电线路的直线距离；

防外破预警单元65：用于将直线距离与施工车辆的臂杆长度进行比较，当直线距离小于臂杆长度时向施工车辆发送防外破预警信号。

在基于GPS定位的传统防外破监控技术的基础上，考虑到了无线通信设备对监控效果的影响，并有效的结合了施工车辆的速度情况，针对不同移动速度的施工车辆进行不同频率的测试，以确保通信正常。在本实施例中，每个施工车辆上均安装一个车载GPS终端，且每个车载GPS终端具有唯一的终端编号，所述车载GPS终端包括中央处理器、GPS模块以及无线通信模块，GPS模块与无线通信模块均通过总线与中央处理器进行信息交互。所述防外破监控平台基于B/S架构开发，B/S架构即浏览器和服务器架构模式，是随着Internet技术的兴起，对C/S架构的一种变化或者改进的架构。在这种架构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现。本实施例在B/S架构的基础上结合了地图定位技术、空间数据库以及物联网技术，防外破监控平台通过地图大屏展示施工现场的架空线路或电缆线路位置，实时监控施工车辆位置的变化信息，根据系统预设值，及时告警提示，通知相关管理人员及现场施工负责人。可查看历史告警信息及历史施工车辆行驶轨迹信息。特殊告警事件可生成防外破事件工单并进行事件工单业务流程处理。

在本实施例中，所述获取单元61具体用于：

分别计算相邻两个采样点获得的位置数据和速度数据的差值，当差值大于预设阈值时，将相邻的两个采样点对应的数据作为离群数据；

当同一采样点对应的位置数据和速度数据均为离群点时，基于滑动平均滤波法调整离群数据；

当同一采样点只有对应的位置数据为离群数据时，基于采样点对应的速度数据和预设采样频率的比值调整离群数据；

当同一采样点只有对应的速度数据为离群数据时，基于采样点相邻两侧对应的位置数据和预测采样频率的乘积调整离群数据。

当相邻两个采样点的差值大于预设阈值时，说明这两个采样点中可能存在离群点，从图2中可以看出，圈出的点为离群点，为了计算方便并提高数据预处理的准确性，在本实施例中将两个采样点均作为离群点处理。当同一采样点对应的位置数据和速度数据均为离群点时，表示此时的位置数据和速度数据都不准去，因此基于滑动平均滤波法调整离群数据，从而消除过大的误差，实现数据的平滑处理。当同一采样点只有对应的位置数据为离群数据时，说明此时速度数据是准确的，并且在已知采样频率的情况下，可以基于速度、位移与时间的关系，计算速度数据和预设采样频率的比值以获得准确的位置数据。当同一采样点只有对应的速度数据为离群数据时，说明此时位置数据是准确的，同理，计算采样点相邻两侧对应的位置数据和预测采样频率的乘积以获得准确的速度数据。

通过上述数据预处理过程，能够尽最大限度减少GPS模块在数据采集过程中产生的误差，提高了数据的准确性。

在本实施例中，所述测试单元62具体用于：

确定初始的发送频率，根据速度数据的变化率确定施工车辆的加速度数据，本实施例中所述初始的发送频率为人工预设的。

根据加速度数据和速度数据，判断施工车辆的加速度与速度的方向；若施工车辆的加速度与速度同向，加速度提高时，说明施工车辆在加速移动，因此施工车辆与输电线路的相对位置变化速度较快，在这种情况下提高发送频率，以缩短测试间隔，提高通信情况的监测力度；若施工车辆的加速度与速度反向，加速度提高时，说明施工车辆在减速移动，因此施工车辆与输电线路的相对位置变化速度较慢，在这种情况下降低发送频率，以增加测试间隔，尽量减少测试信号对通信设备造成的业务冗余，适当的减少通信压力。

最后，车载GPS终端以调整后的所述发送频率生成脉冲信号发送给防外破监控平台。

通过上述过程，实现针对不同移动速度的施工车辆进行不同频率的测试，以确保通信正常，并且考虑到了不同移动速度对测试频率的需求不同，尽可能的减少过于频繁的测试信号对防外破监控平台与车载GPS终端之间的通信设备造成的业务冗余。

当车载GPS终端接收到防外破监控平台对测试信号的反馈时，说明此时通信正常，将位置数据和速度数据发送到防外破监控平台，否则生成第一预警信号。第一预警信号表示当前车载GPS终端与防外破监控平台之间的通信情况存在，位置数据和速度数据无法发送至防外破监控平台，以提醒施工车辆。

在本实施例中，所述输电线路施工数据包括输电线路保护区中杆塔的坐标、边相导线对输电线路中心的水平距离D₁以及边相导线对地最短距离H₁；D₁、H₁的取值范围均为正数。计算单元64具体用于：

根据位置数据获取输电线路保护区中起点塔杆的第一坐标与终点杆塔的第二坐标，根据第一坐标和第二坐标确定起点塔杆和终点杆塔的中心连线方程f₁（x）；

根据施工车辆的实时坐标(LonA，LatA)，LonA为实时坐标的经度，LatA为实时坐标的纬度，确定通过实时坐标且与中心连线方程f₁(x)垂直的直线方程f₂(x)；

确定f₁(x)和f₂(x)的交点J的坐标(LonB，LatB)，LonB为交点J的经度，LatB为交点J的纬度，基于公式一、公式二计算施工车辆对输电线路中心的水平距离D；

C＝sin(LatA)×sin(LatB)+cos(LatA)×cos(LatB)×cos(LonA-LonB) 公式一；

D＝R×arccos(C)×(π/180) 公式二；

其中，C为中间变量，R为地球半径，C、LatA、LatB、LonA、LonB的取值范围均为实数，D、R的取值范围为正数；

根据施工车辆对输电线路中心的水平距离D和边相导线对输电线路中心的水平距离D₁，计算出施工车辆对边相导线的水平距离HD，HD的取值范围均为正数；

根据勾股定理，由HD和H₁计算出施工车辆与输电线路的边相导线之间的直线距离。

在本实施例中，所述防外破预警单元65具体用于：

将直线距离与施工车辆的臂杆长度进行比较；

若小于臂杆长度，则将第二预警信号发送到施工车辆；

在发出第二预警信号后，若经过预设时间后直线距离仍小于臂杆长度，则将第三预警信号发送给输电线路保护区的运维人员。

当第二预警信号发出后，施工车辆经过预设时间后与输电线路的距离仍然小于臂杆长度，说明施工车辆未做出相应的相应。为了防止输电线路受到外力破坏，继续发出第三预警信号，由输电线路保护区的运维人员做出响应。通过设置第二预警信号和第三预警信号，对处理告警的情况进行监控，为智能监控告警提供了第二道保障措施，避免因某些不可控因素对告警消息的响应产生影响。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。