技术领域
[0001] 本发明涉及智能标记定位技术领域，尤其涉及一种电力电缆位置智能标记及定位系统。
相关背景技术
[0002] 智能标记定位技术领域涉及使用先进的传感器技术、定位系统以及数据通讯方法，以提高对象位置的精确识别和监控效率，结合物联网元素，如智能传感器和实时数据处理，实现对各种环境和条件下对象的实时追踪，关键技术包括RFID标记、GPS定位、光学字符识别和其他形式的自动识别技术，还融合了机器学习算法来分析和优化追踪数据，提供更
高定位精度和系统响应速度。
[0003] 其中，电力电缆位置智能标记及定位系统是用于确定电力电缆位置的一个系统，专注于电力基础设施管理。系统利用智能技术来标记和监测电缆的确切位置，从而提高电
网的运维效率和安全性，主要用途包括故障检测、维修计划的优化、以及防止挖掘作业中的电缆损害。通过实时数据收集和分析，能够精确地定位电缆故障点，大幅缩短修复时间并减少停电事件，同时增强电网的整体稳定性和可靠性。
[0004] 尽管现有技术利用物联网和智能传感器技术进行对象跟踪，但在动态和复杂的环境中，如城市地下或覆盖区，GPS和RFID标记的定位精度及适应性不足。GPS在地下或高建筑区域的信号衰减问题影响定位准确性，而RFID在应对土壤变化或覆盖物条件下的适应性限
制了其效用。此外，光学字符识别在恶劣天气或多尘土环境中的应用受限，影响了其实用性和效率，技术限制增加了故障响应时间，提升了维护成本，有时还可能因误导信息而导致不必要的挖掘损害，不仅延长修复周期，也增加运维挑战，影响电网的整体运行效率和可靠
性。
具体实施方式
[0077] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0078] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限
制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0079] 请参阅图1，一种电力电缆位置智能标记及定位系统包括。
[0080] 传感器数据采集模块部署传感器采集土壤的电导率、湿度和温度参数，将数据进行实时同步，通过数据整合对差异类型数据进行归纳整合，生成原始采集数据集；
[0081] 位置校正模块采集土壤磁场强度值，结合原始采集数据集，进行数据归一化处理，确定电力电缆的实际位置，计算实际位置与预期位置之间偏差值，根据计算结果进行电力电缆位置校正，连续更新电力电缆位置信息，得到电力电缆准确位置信息；
[0082] 电磁特性分析模块对电力电缆发出的电磁信号进行深度分析，通过频谱分析测定信号强度和频率分布，根据频谱分析结果利用多点电磁数据进行电力电缆的位置三维映
射，计算电缆在地下的准确深度，得到电缆深度信息分析结果；
[0083] 位置同步与标记模块结合电力电缆准确位置信息和电缆深度信息分析结果，进行电力电缆位置最终定位，与GIS数据库进行数据链接，同步更新电力电缆实时位置信息，根据同步更新结果，在GIS地图上进行电力电缆位置自动标记，确保电力电缆位置的实时准确性，生成电力电缆智能定位标记结果。
[0084] 原始采集数据集包括电导率数据、湿度数据和温度数据，电力电缆准确位置信息包括电缆位置偏差值和电缆位置校正结果，电缆深度信息分析结果包括电缆电磁信号强度
测量记录、频率分布分析结果和地下深度计算结果，电力电缆智能定位标记结果包括GIS地图自动标记结果和位置同步信息。
[0085] 请参阅图2，原始采集数据集的获取步骤为：
[0086] 在地下及电缆周围部署传感器，每个传感器独立采集土壤的电导率、湿度和温度参数，采用公式，
[0087] Pi＝si×k
[0088] 进行原始信号转换，生成预处理数据集，其中，si是第i个传感器的原始信号值，k是传感器的灵敏度系数，Pi代表单个传感器的预处理数据值；
[0089] 对预处理数据集进行实时同步，采用公式，
[0090]
[0091] 计算时间窗口内的数据变化率Q，生成同步后的数据集，其中，n为传感器总数，T代表同步时间窗口；
[0092] 根据同步后的数据集，进行数据整合与差异类型数据归纳，识别并去除异常数据点，生成原始采集数据集。
[0093] Pi：单个传感器的预处理数据，单位：电导率的微西门子/厘米、湿度的百分比和温度的摄氏度。
[0094] 以湿度数据为例，监测到的原始信号si为湿度测量，范围从0到100，单位为百分比。传感器灵敏度系数k设为1.0，代表直接转换。
[0095] 测得的湿度值si＝75％，代入公式，得：
[0096] Pi＝75％×1.0＝75％
[0097] 结果表明，经过预处理的数据集中，测点的湿度值保持不变，表明直接转换保持原值，为数据集中的一个数据点。
[0098] 设T＝3600秒(1小时)，n＝10个传感器同时工作，每个传感器的Pi与前述计算的75％保持一致。则：
[0099]
[0100] 结果表明，同步后的数据集表示在一小时窗口中，平均每秒钟的湿度变化率非常小，说明数据在这一小时内相对稳定。
[0101] 请参阅图3，实际位置与预期位置之间偏差值的计算步骤为：
[0102] 结合原始采集数据集，获取土壤磁场数据集，执行归一化处理，采用公式，
[0103]
[0104] 计算每个数据点Mi的归一化值Ni，生成归一化数据集，其中，Mi是数据点的磁场测定值，min(M)和max(M)是土壤磁场数据集的最小值和最大值；
[0105] 应用归一化数据集，分析土壤磁场的变化，采用公式，
[0106]
[0107] 计算加权值Pactual，分析电力电缆的实际位置，得到电力电缆实际位置确定结果，其中，wi表示分配的权重，Z是样本数量；
[0108] 基于电力电缆实际位置确定结果，比较实际位置Pactual和预期位置Pexpected，采用公式，
[0109] D＝|Pactual‑Pexpected|
[0110] 计算偏差值D，生成位置偏差分析结果。
[0111] 根据原始采集数据集，获取土壤的原始磁场强度值为[50，60，70，80，90](单位：微特斯拉)，则min(M)和max(M)分别是50微特斯拉和90微特斯拉。
[0112] 以数据点70为例，代入公式，得：
[0113]
[0114] 结果表示数据点70微特斯拉的归一化值，0.5表明70微特斯拉的磁场强度位于最大值和最小值中点的位置，提供了归一化后的参考值，用于后续的分析比较。
[0115] 设定权重分布分别为[0.2，0.2，0.2，0.2，0.2]。
[0116] 前述归一化数据点，分别为[0，0.25，0.5，0.75，1]。
[0117] 数据点数量是5。
[0118] 代入公式，得：
[0119]
[0120] 计算得到的Pactual为0.1，表明电缆的实际位置在归一化值中的加权平均位置(结合数据点的地理位置，可以为电缆位置提供精确的定位)，对确定电缆在地下的具体位置具有重要意义。
[0121] Pexpected表示预期位置值，根据设计图或先前数据设定，为0.2。
[0122] D＝|0.1‑0.2|＝0.1
[0123] 结果值0.1表明实际位置与预期位置有0.1的偏差，意味着需要进一步校正偏差，以此来确保电力电缆定位的准确性。
[0124] 请参阅图4，电力电缆准确位置信息的获取步骤为：
[0125] 根据位置偏差分析结果，进行电力电缆位置校正，采用公式，
[0126] Pcorrected＝Pactual‑D
[0127] 计算校正值Pcorrected，得到电力电缆位置校正结果；
[0128] 根据电力电缆位置校正结果，更新电缆位置信息，确保位置信息反映最新状态，生成更新后的电缆位置信息；
[0129] 综合更新后的电缆位置信息，确定电力电缆位置坐标，并进行位置记录，生成电力电缆准确位置信息。
[0130] 结合前述计算结果，代入公式，得：
[0131] Pcorrected＝0.1‑0.1＝0
[0132] 得到的校正值Pcorrected为0，表示经过校正后，电缆的位置已经调整到预期的准确位置。表明校正操作已经完全消除位置偏差，准确确定电缆位置。
[0133] 基于校正后的位置，系统不断监测和更新位置信息，以适应可能的环境变动或进一步的位置精确化。
[0134] 若经过一段时间，监测到的位置变动为+0.05(可能由地质变动等因素引起)，则：
[0135] Pupdated＝Pcorrected+0.05＝0+0.05＝0.05
[0136] 更新后的位置Pupdated为0.05，表明电缆位置相对于校正后的位置有轻微的变动。这种更新是持续的，确保电缆位置信息始终反映最新状态。
[0137] 综合所有更新和调整的数据，进而最终确定电缆的准确位置坐标，得到电力电缆准确位置信息。
[0138] 请参阅图5，信号强度和频率分布的测定步骤为：
[0139] 部署电磁感应传感器沿电缆路径进行电磁信号采集，记录原始电磁波形数据，采用公式，
[0140] T(t)＝Acos(2πft+φ)
[0141] 进行波形模拟，生成原始波形数据，其中，A是振幅，f是频率，φ是相位，T(t)表示时间t下的电磁信号；
[0142] 对原始波形数据进行快速傅里叶变换，分析差异频率成分的存在，采用公式，
[0143]
[0144] 计算频率ω下的频谱强度F(ω)，分析信号分量强度，生成频谱分析数据；
[0145] 基于频谱分析数据，评估信号主频和强度分布，采用公式，
[0146] E(ω)＝|F(ω)|2
[0147] 计算频率ω下的能量密度E(ω)，量化信号强度，评估信号的强度和分布特征，生成信号强度和频率分布分析结果。
[0148] A：信号振幅，表示信号的强度。在实际测量中测得平均值为5mV。
[0149] f：信号频率，指信号每秒的周期数，为60Hz，常见于常规电力传输频率。
[0150] φ：信号的相位，为0，表示无初始相位偏移。
[0151] t：时间变量，代表观测时间点。考虑一个完整周期，即t从0到 秒。
[0152] 代入t＝0秒，计算T(0)：
[0153] T(0)＝5cos(2π×60×0+0)＝5cos(0)＝5mV
[0154] 代入 秒(信号周期的一半，达到最小值)：
[0155]
[0156] 在t＝0秒时，信号达到最大振幅5mV。半周期后，信号达到最小振幅‑5mV。展示了信号随时间的变化情况，为后续频谱分析提供基础数据。
[0157] 结合前述结果，取T(t)＝5cos(2π×60t)，
[0158] ω：角频率，考虑基频ω＝2π×60。
[0159] 以F(ω)仅在一个周期内计算：
[0160]
[0161] 使用欧拉公式eix＝cos(x)+isin(x)和 进行积分：
[0162]
[0163] 计算得出的F(2π×60)为0.042units，意味着在60Hz频率下的信号分量强度。这个值指示了信号在该频率的显著性，为信号的能量分布提供量化依据，用于下一步的能量分
布计算。
[0164] 则：
[0165] E(2π×60)＝(0.042)2＝0.001764units2
[0166] 能量密度0.001764units2表示在60Hz下信号的能量集中程度。这个数值较小，表明该频率下信号的强度较低，需要增强或确认信号源以确保更准确的电缆位置映射。
[0167] 请参阅图6，电缆深度信息分析结果的获取步骤为：
[0168] 基于信号强度和频率分布分析结果，进行三维映射，采用公式，
[0169]
[0170] 预测并输出电缆三维位置坐标P(x,y,z)，其中，M(x,y,z)是根据地理数据预测的理论电磁场强度值；
[0171] 基于电缆三维位置坐标，通过地质和地形数据校正z坐标，采用公式，
[0172] zcorrected＝z+δ
[0173] 计算并输出电缆深度校正值zcorrected，其中，δ是基于地质反馈的修正值；
[0174] 综合电缆三维位置坐标和电缆深度校正值，进行电缆位置和深度确认，输出电缆位置的三维坐标Pfinal(x，y，zcorrected)，得到电缆深度信息分析结果。
[0175] M(x,y,z)：模拟的地磁模型预测值，通过前期地质勘探数据获得的平均预测值为2
0.002units，结合前述计算结果，代入公式，得：
[0176]
[0177] ∑(0.000000468‑0.002)2＝(‑0.00199532)2≈0.00000399
[0178] 该结果值0.000000399表示在当前模型和数据条件下，电缆位置预测的误差平方和。这个小的误差值表明预测的位置与实际电缆位置非常接近，模型有效地反映了电缆的
实际位置。
[0179] z：初步映射得到的深度，为50米。
[0180] δ：根据地质反馈调整的深度差，实地测量后调整1米。
[0181] 代入公式，得：
[0182] zcorrected＝50+1＝51
[0183] 结果表示最终校正后的电缆深度zcorrected为51米，校正值表示在实际地质条件下对初步计算深度的细微调整，确保了更高的定位精度。
[0184] 最终电缆位置Pfinal(x，y，51)确认为x，y坐标保持不变，深度更新为51米，表示在所有数据分析和地质调查后，电缆的精确位置。
[0185] 请参阅图7，电力电缆实时位置信息的同步更新步骤为：
[0186] 结合电力电缆准确位置信息和电缆深度信息分析结果，进行格式化处理，匹配GIS系统输入要求，采用公式，
[0187]
[0188] 进行坐标转换，计算GIS系统中使用的坐标值PGIS，得到GIS兼容坐标，其中，a、b和c是缩放因子，保持坐标比例一致，d是调整系数，用于增加位置计算的精确度；
[0189] 基于GIS兼容坐标，与GIS数据库进行数据链接，同步至GIS数据库，采用公式，
[0190] Sync(PGIs)＝g·PGIS+h·|PGIS|
[0191] 计算坐标同步值Sync(PGIS)，确保GIS数据库电缆位置信息更新，得到GIS数据库更新记录，其中，g表示数据库更新操作的线性缩放因子，h表示数据库更新操作的非线性影响系数；
[0192] 根据GIS数据库更新记录，验证GIS数据库更新的正确性，确认数据无误地存储于GIS数据库中，确保电力电缆位置信息的准确反映，得到电力电缆位置同步更新记录。
[0193] 设定a＝b＝c＝1.0，d＝0.1，根据前述结果，获取x＝50，y＝100，zcorrected＝51。
[0194] 代入公式，得：
[0195]
[0196] 得到的PGIS值为182.29，表示在GIS系统中电缆的位置坐标经过调整后的值，数字可用于在GIS地图上准确标记电缆的位置。
[0197] 设定g＝1.0，h＝0.05，代入公式，得：
[0198] Sync(182.29)＝1.0×182.29+0.05×|182.29|
[0199] Sync(182.29)＝182.29+0.05×182.29＝182.29+9.1145＝191.4045
[0200] 得到的同步值191.4045，表示更新后的GIS数据库中的电缆位置坐标，确保了数据库的实时性和准确性。
[0201] 请参阅图8，电力电缆智能定位标记结果的获取步骤为：
[0202] 根据电力电缆位置同步更新记录，从GIS数据库提取最新坐标，为地图标记准备，得到标记坐标列表；
[0203] 根据标记坐标列表，进行电缆位置的自动标记，采用公式，
[0204]
[0205] 计算标记值Mark(PGIS,Map)，并在地图上自动添加电缆位置标记，生成地图标记结果，其中，p表示地图更新操作的线性系数，l表示地图更新操作的根号系数；
[0206] 根据地图标记结果，进行检查和确认，确认标记的准确性和完整性，生成电力电缆智能定位标记结果。
[0207] 结合前述计算结果，提取坐标值PGIS＝191.4045。
[0208] p：地图更新操作的线性系数，用于标记位置的直接放置，设为0.9。
[0209] l：地图更新操作的根号系数，用于处理地图标记的调整，以适应地图的尺寸和分辨率，设为0.1.
[0210] 代入公式，得：
[0211]
[0212] Mark(191.4045，Map)≈172.26405+0.1×13.8349
[0213] Mark(191.4045，Map)＝173.64754
[0214] 最终标记值为173.64754(代表特定的地理坐标或与地图上特定点相关的标量值)，表示GIS地图上自动添加的电缆位置标记已经完成，这个数值反映了地图上标记的精
确坐标位置，确保了电缆位置的实时和准确标记。
[0215] 以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上
实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
