一种适用于点云数据的强电场等电位计算方法及系统与流程
本发明涉及输电线，特别是一种适用于点云数据的强电场等电位计算方法及系统。
背景技术：
1、输电线路在运行的过程当中，在交流输电线路之上会出现强度较高的电场，并且该电场的强度会随着输电线路电压的增加而不断增加。这种电场往往是因为输电线路带电运行所在产生的，输电线路维修人员在进行维修工作的过程当中，经常会暴露在高强度的电场之中，在这样的环境之下进行工作，维修工作人员将会出现浑身麻痹、针刺等多方面的不良影响，这些影响会对维修工作人员的身体健康产生严重损害。
2、等电位，即等电势。在一个带电线路中如果选定两个测试点，测得它们之间没有电压即没有电势差，则我们就认定这两个测试点是等电势的，它们之间也是没有阻值的。当人体与带电体等电位后，假如两手(或两足)同时接触带电导线，且两手间的距离为1.0m，那么作用在人体上的电位差即该段导线上的电压降。假如导线为lgj-150型，该段电阻为0.00021ω，当负荷电流为200a时，那么该电位差为0.042v，设人体电阻为1000ω，那么通过人体的电流为42μa，远小于人的感知电流1000μa，人体无任何不适感。如果作业人员是穿屏蔽服作业，因屏蔽服有旁路电流的作用，那么，流过人体的电流将更小。
3、在等电位作业中，最重要的是进入或脱离等电位过程中的安全防护。在带电导线周围的空间中存在着电场，一般来说，距带电导线的距离越近，空间场强越高。当把一个导电体置于电场之中时，在靠近高压带电体的一面将感应出与带电体极性相反的电荷，当作业人员沿绝缘体进入带电体时，由于绝缘体本身的绝缘电阻足够大，通过人体的泄漏电流将很小，但随着人与带电体的逐步靠近，感应作用越来越强烈，人体与导线之间的局部电场越来越高。
4、在选择具体的等电位作业方法的时候，要了解各种作业方法的特性灵活应用。地面吊篮法导线距离地面比较高，进入等电位的路径较长，此时作业人员的劳动强度比较大；塔上软梯法的绝缘子串长，作业人员通过软梯进入高电场，进入路径也较长：滑轨吊椅法横担长，滑轨等硬质绝缘工器具不仅尺寸大而且很重，在使用、运输以及传递工具的时候比较困难：塔上吊篮法工器具较轻，所以使用较为方便，进入等电位路径也不是很长，作业人员的劳动强度相对于之前几种办法来说也比较小。沿耐张绝缘子串从耐张塔进入等电位的办法所用到的工器具也不多，同时耐张串是以横向布置的方式呈现极大的方便了作业人员的走动。
5、但是，这些方法均是依据安全作业手册以及作业人员的个人经验判断，并没有精确地度量方法，现今没有出现相关的专利和应用。
技术实现思路
1、鉴于上述针对现今无法有效的度量、计算等电位面的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明所要解决的问题在于如何提供能快速的计算出该点对应的等位面在何处，指导作业人员带电作业，保障作业人员的人身安全的方法。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
4、第一方面，本发明实施例提供了一种适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其包括，对电力线的空间位置信息进行预处理；建立作业人员三维模型，获取人体表面的分布点；建立2d等位面；构建tin三角网格并获得三维等电位面；将作业人员模型放置在强电场区域，并评估强电场对人体的影响。
5、作为本发明所述适用于点云数据的强电场等电位计算方法的一种优选方案，其中：所述预处理包括：提取出电缆的中心位置，结合电缆的粗度，将电缆表面多余的噪点进行剔除；当点云数据在电缆处出现不连续的情况时，进行补全。
6、作为本发明所述适用于点云数据的强电场等电位计算方法的一种优选方案，其中：所述补全的过程如下：在所有电缆段的末端，检测是否存在断点；对于存在的每个断点，在其邻域搜索其他电缆段端点，建立候选匹配对，根据约束，确定最佳的断点匹配对；对于每个确定的断点匹配对，将其间的空间进行参数化，在参数空间中，插值计算出该区域的电缆中心线曲线及半径变化，将插值结果离散为点集，补充至相应的电缆段数据中。
7、作为本发明所述适用于点云数据的强电场等电位计算方法的一种优选方案，其中：所述构建tin三角网格并获得三维等电位面包括以下步骤：构建二维约束三角网格；提取二维等电位线；构建三维等电位面。
8、作为本发明所述适用于点云数据的强电场等电位计算方法的一种优选方案，其中：所述构建二维约束三角网格包括：对输入的点云数据进行预处理，获得无明显噪点的数据点集；基于delaunay三角网生成算法，构建二维约束三角网格；对每个三角形网格单元，根据电势值对边进行插值等分，生成等值点。
9、作为本发明所述适用于点云数据的强电场等电位计算方法的一种优选方案，其中：所述提取二维等电位线包括：对提取的等电位线进行参数化，利用平滑算法拟合光滑曲线：将提取的等电位线坐标点集p＝{(x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn)}作为输入，构建累计弦长参数序列{t1,t2,...,tn}；
10、t1＝0
11、
12、其中，i＝2,...,n；获得参数化的等电位线点集{(x1,y1,t1),(x2,y2,t2),...,(xn,yn,tn)}；确定b-spline曲线控制点包括：构建参数化数据点到b-spline曲线的投影关系，基于最小二乘方法，求解使残差最小的控制点，获得最佳拟合的b-spline曲线控制点{p1,p2,...,pm}；根据控制点和基函数，在参数域密集采样，生成细分的b-spline曲线。
13、作为本发明所述适用于点云数据的强电场等电位计算方法的一种优选方案，其中：所述基于最小二乘方法，求解使残差最小的控制点包括：
14、b-spline曲线控制点的集合为c＝{(cxj,cyj)}；其中cxj,cyj分别为第j个控制点的坐标，所述求解使残差最小的控制点的公式如下：
15、
16、其中，n为参数化数据点的数量；m为b-spline曲线的阶数；ω为权重矩阵，其中ωi为第i个数据点的权重；b(t)为b-spline基函数；c为控制点矩阵；k为b-spline曲线的控制点数量。
17、第二方面，本发明为进一步解决现今无法有效的度量、计算等电位面的问题，实施例提供了适用于点云数据的强电场等电位计算系统，其包括：预处理模块，用于对电力线的空间位置信息进行预处理；人体模型建立模块，用于获取作业人员的三维模型并获取人体表面的分布点；处理模块，用于建立2d等位面；tin三角网格构建模块，用于构建tin三角网格并获得三维等电位面；强电场评估模块，用于将作业人员模型放置在强电场区域，并评估强电场对人体的影响。
18、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法的任一步骤。
19、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法的任一步骤。
20、本发明有益效果为，本发明利用点云数据，计算强电场的等电位计算，使得在带电作业等方面能够更加清晰明了的显示出人体在作业中的电位变化，最终通过科学的、定量的分析判断是否存在着危险，移动路径是否可靠，是否采用措施等等，进一步保障高压带电工作人员的安全。
技术特征：
1.一种适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：所述预处理包括：
3.如权利要求2所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：所述补全的过程如下：
4.如权利要求3所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：所述构建tin三角网格并获得三维等电位面包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：所述构建二维约束三角网格包括：
6.如权利要求5所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：所述提取二维等电位线包括：
7.如权利要求6所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：所述基于最小二乘方法，求解使残差最小的控制点包括：
8.一种适用于点云数据的强电场等电位计算系统，基于权利要求1～7任一所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法，其特征在于：包括：
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的适用于点云数据的强电场等电位计算方法的步骤。
技术总结
本发明公开了一种适用于点云数据的强电场等电位计算方法及系统，涉及输电线技术领域，包括对电力线的空间位置信息进行预处理；建立作业人员三维模型，获取人体表面的分布点；建立2D等位面；构建TIN三角网格并获得三维等电位面；将作业人员模型放置在强电场区域，并评估强电场对人体的影响。本发明利用点云数据，计算强电场的等电位计算，使得在带电作业等方面能够更加清晰明了的显示出人体在作业中的电位变化，最终通过科学的、定量的分析判断是否存在着危险，移动路径是否可靠，是否采用措施等进一步保障高压带电工作人员的安全。
技术研发人员：颜康,王冕,范强,杨涛,罗鑫,刘卓娅,吴建蓉,张啟黎,张洋,袁娴枚,李长兴,曾蓉,赵圆圆
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23