本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法。
背景技术：
架空输电线中的缆，不仅包括输送电力的电缆，还有opgw(光纤复合架空地线)、oplc(光纤复合低压电缆)等光电复合缆或是adds(全介质自承式光缆)，其中的光单元担负着电网内部通信与数据采集的任务。电力线路的杆塔一般分为两种，第一种是直线塔，第二种是耐张塔，直线塔的作用就是挑起导线，一般只承受导线的自重，也就是垂直荷载。耐张塔的负载要比直线塔大得多，要承受导线的纵向张力，又包括直线耐张塔、转角塔与终端塔。
由于输电线网络具有距离超长、所在地形多样与交错复杂等特点，同时雷击、断股、舞动、覆冰等灾害频发，所以选用有效的监测技术对于整个输电线的维护具有重大意义。分布式光纤传感技术仅仅利用输电线中的光纤，无需额外布置传感器，并且可以连续性监测，成为了输电线安全监测技术中的重要一支，例如使用基于拉曼散射的r-otdr来监测输电线温度。
从技术上来讲，利用不同种类的分布式光纤传感技术监测输电线是十分可行的，但是因为输电线在塔塔之间并不是一条直线，而是有弧度的一条曲线，导致塔塔之间的光缆长度大于档距，并且光缆在耐张塔上接续时也会有长度裕量，而通过光纤传感终端设备监测到的事故位置是指事故发生的地点到设备光口的光缆长度，不能和真实的地理位置对应起来，甚至不能得出事故发生的位置在哪两个杆塔之间，极大地影响了维护效率。
技术实现要素：
发明目的：针对以上问题，本发明公开一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，通过gps装置同步光纤传感设备与耐张塔上的振动器的工作时间，判断出发生振动的位置，极为简易地标定出耐张塔的地理坐标与其到设备光口处的光缆长度的关系，并通过插值的方法计算出耐张塔之间的直线塔的gps坐标与直线塔到设备光口处的光缆长度，解决因为输电线缆弧垂，杆塔之间的档距与光缆长度不符，光纤传感系统检测到的扰动位置不能被映射到实际的地理坐标上这一问题，快速定位输电线事故发生的地理位置，方便相关人员进行维修工作。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明利用光缆在耐张塔上接续时往往会有裕量这一特点，例如会有附着在杆塔侧壁上的光纤环或者附着在杆塔侧壁上的光纤接续盒，通过振动器对杆塔侧壁施加特定频率的振动，将这个振动耦合在耐张塔的光纤环或者光纤接续盒里的光纤上，通过终端的振动敏感型光纤传感设备检测出这个特定频率的振动事件距离设备光口处的光缆长度，则认为这就是此耐张塔距离设备光口处的光缆长度。本发明提出一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将光纤传感设备布置在变电站，将输电线中光电复合缆中的光纤单元与设备光口连接；
步骤2、将振动器放置在第一个耐张塔的杆塔侧壁上并固定；
步骤3、设置光纤传感器测量终端的工作时间与振动器的工作时间同步；
步骤4、光纤传感设备发射重复脉冲，对整个光缆长度上的设置的n个采样点进行采样，寻找频率上频率分量幅度值最大的采样点以此计算出第一个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度；
步骤5、将振动器放置在第二个耐张塔的杆塔侧壁上并固定，光纤传感设备发射重复脉冲，继续对采样点进行采样，寻找频率上频率分量幅度值最大的采样点以此计算出第二个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度；
步骤6、依照步骤5的计算方法依次计算其它耐张塔相对于设备光口处的光缆长度；
步骤7、根据所有耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度以及对应的gps坐标计算出直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度和直线塔的gps坐标。
进一步的，步骤4的具体方法如下：
(4.1)光纤传感设备在1分钟内发射出k重复脉冲，并在1分钟内光纤传感器测量终端对每个采样点进行k次重复采样；
(4.2)对1分钟内，光缆长度上同一个采样点的k次重复采样数据进行fft，得到它的幅频响应图，并提取h1这个频率所对应的幅值，h1为振动器的频率；
(4.3)在整个光缆长度上设置n个采样点，对n个采样点按照步骤(4.1)-(4.2)采样并进行fft，得到每个采样点的幅频响应图，并提取出各自在h1这个频率所对应的幅值,这样就得到了n个采样点在h1这个频率上的频率分量的幅值大小，对这n个幅值进行寻峰并找到其最大值，得到此幅值为am，对应的采样点则为光缆长度上的第m个采样点，h1为振动器的振动频率；
(4.4)预设时间10分钟，振动时间以一分钟为单位交叉进行，10分钟内依照步骤(4.3)依次找到5个采样点m1到m5，其中，m1到m5这5个采样点分别为整个光缆长度上n个采样点中的第f1个，第f2个…第f5个，光纤传感器测量终端的采样率为p(msps)，则认为第一个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度为w1，其中：
进一步的，步骤5的具体方法如下：得到第一个耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度后，将振动器固定在第二个耐张塔上，第一个耐张塔到第二个耐张塔的档距为l2，计算出第二个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为w1 l2到w1 l2*1.2之间，对此光缆长度之间的采样点进行采样，按照步骤(4.1)-(4.4)的方法计算出第二个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为w2。
进一步的，步骤7的具体方法如下：
(7.1)设依次得到沿线所有耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度依次为w1，w2…wi，且各自耐张塔对应的gps为g1，g2…gi，i为耐张塔总个数；
(7.2)第一个耐张塔与第二个耐张塔之间有s个直线塔，得到第一个耐张塔与第二个耐张塔到光纤传感设备光口的光缆长度分别为w1与w2，各自的gps坐标分别g1与g2后，为对w1与w2，g1与g2之间按照s个点进行均匀插值，得到其中第i个直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度为w1i，i的范围为1到s；
(7.3)gps坐标为经纬度表示，x表示经度，y表示纬度，耐张塔1的gps坐标为g1(x1，y1)，耐张塔n的gps坐标为gn(xn，yn)，同样对于g1(x1,y1)与g2(x2,y2)之间按照s个点进行插值，得到其中第i个直线塔的gps坐标为g1i(x1i，y1i),i的范围为1到s；
(7.4)按照(7.2)-(7.3)的方法对所有耐张塔之间的直线塔进行插值计算，得到沿线所有直线塔的gps坐标和直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)精确得到各处耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度与其gps坐标，易于在使用光纤传感系统对输电线进行监测时，根据对应关系可以快速定位事件的地理位置，极大方便了相关人员进行输电线维修工作；
(2)本发明可以在不影响输电线网络正常工作的情况下进行标定，只需保证振动能通过杆塔侧壁传导至其上的光纤环或者光纤接续盒上即可；
(3)本发明使用gps装置同步振动和检测，减小了误判事件的概率，增加了标定结果的可靠性。
附图说明
图1输电线沿线耐张塔与直线塔的布设光缆示意图；
图2耐张塔上光缆接续时的光纤环与所安装的振动器的位置示意图；
图3杆塔之间的档距与光缆长度的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明提出的一种基于振动敏感型光纤传感技术的架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，通过gps装置同步光纤传感系统与耐张塔上振动器的工作时间，利用光缆在耐张塔上接续时往往会有裕量这一特点，例如会有附着在杆塔侧壁上的光纤环或者附着在杆塔侧壁上的光纤接续盒，通过振动器对杆塔侧壁施加特定频率的振动，将这个振动耦合在耐张塔的光纤环或者光纤接续盒里的光纤上，通过终端的振动敏感型光纤传感设备检测出这个特定频率的振动事件距离设备光口处的光缆长度，则认为这就是耐张塔距离设备光口处的光缆长度。本方法具体包括以下步骤：
步骤一、将光纤传感设备布置在变电站，将输电线中光电复合缆中的光纤单元与设备光口连接；
步骤二、如图2所示，将低功耗振动器放置在第一个耐张塔的杆塔侧壁上并固定；
步骤三、设置振动器从t1时刻开始工作，至t2时刻工作结束，振动频率为h1(hz)，设置终端的光纤传感设备从t1时刻开始测量，至t2时刻测量结束，脉冲频率h2(hz)，并且h2>5h1。其中t1与t2均指gps装置所授的绝对时间，格式为年月日时分秒，且t1的秒设置为0，t2-t1＝10分0秒。如t1为2020年1月1日12时0分0秒，则t2为2020年1月1日12时10分0秒。设置振动器在t1—t2的时间内处于工作状态，工作状态下振动的时间以一分钟为单位交叉进行，例如上述时间中12时0分0秒-12时1分0秒振动，12时1分0秒-12时2分0秒不振动，12时2分0秒-12时3分0秒振动，工作时间内如此循环往复；
步骤四、光纤传感器测量终端的工作时间与步骤三中振动器的工作时间同步。光纤传感设备会在1分钟的工作时间内，发射出k＝1min*h2个重复脉冲，也就是对光缆长度上的每个采样点进行k＝1min*h2次重复采样。对1分钟内，光缆长度上同一个采样点的k次重复采样数据进行fft，得到它的幅频响应图，并提取h1这个频率所对应的幅值。终端的光纤传感设备，在整个光缆长度上设置n个采样点，对这n个点进行上述的fft，得到每个采样点的幅频响应图，并提取出各自在h1(振动器的振动频率)这个频率所对应的幅值,这样就得到了n个采样点在h1这个频率上的频率分量的幅值大小，a1，a2…an，a1到an分别对应第1个采样点到第n个采样点，对这n个幅值进行寻峰并找到其最大值，得到此幅值为am，对应的采样点则为光缆长度上的第m个采样点，并且该点即为振动事件发生的位置。
振动器设置是按照步骤三中进行的，振动时间以一分钟为单位交叉进行，对每一分钟的数据进行上述的fft与寻峰并找到其最大值，对于步骤3中第0分钟-第1分钟，此时振动器在振动，上述操作找到的采样点为光缆长度上的第f1个，第2分钟-第3分钟，此时振动器也在振动，上述操作找到的采样点为光缆长度上的第f2个…一次标定的工作时间为10分钟，上述操作后，找到的采样点依次为n个采样点中的第f1个——第f5个，光纤传感器测量终端的采样率为p(msps)，则认为第一个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度为w1(米)，其中：
步骤五、得到第一个耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度后，拆卸掉此振动器并按照步骤二的方式固定在第二个耐张塔上，按照步骤三的方式设置振动器与光纤传感设备。对第二个耐张塔进行标定的时候不需要对测量长度内所有的采样点进行fft。两个耐张塔之间的光缆长度较档距会长10％-20％。根据gps坐标计算出，第一个耐张塔到第二个耐张塔的档距为l2，档距即为两个耐张塔之间的直线距离，可以估算出第二个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为w1 l2到w1 l2*1.2之间，所以只需要对光缆长度上w1 l2到w1 l2*1.2之间的采样点进行步骤四的操作即可。
按照步骤四对这些采样点进行fft与寻峰并找到其最大值后，对振动事件发生的位置进行判断，最终可以得到第二个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为w2；
步骤六、得到第n个的耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为wn后拆卸掉此振动器并按照步骤二的方式固定在第n 1个耐张塔上，第n 1个耐张塔到第n个耐张塔的档距为ln 1,所以在对第n 1个耐张塔进行标定的时候，只对设备的整个测量距离中落在wn ln 1到wn 1.2*ln 1之间的采样点进行步骤四的操作即可。按照步骤四对这些采样点进行fft与寻峰并找到其最大值后，对振动事件发生的位置进行判断，得到第n 1个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为wn 1；
步骤八、按照上述步骤，可以依次得到沿线所有耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度依次为w1，w2…wi，且各自的对应的gps为g1，g2…gi，其中，i为耐张塔总个数；
步骤九、如图1所示，第一个耐张塔与第二个耐张塔之间有s个直线塔。得到第一个耐张塔与第二个耐张塔到光纤传感设备光口的光缆长度分别为w1与w2，各自的gps坐标分别g1与g2后，为对w1与w2，g1与g2之间按照s个点进行均匀插值，得到其中第i个直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度为w1i，i的范围为1—s；
其中，gps坐标为经纬度表示，x表示经度，y表示纬度，例如耐张塔1的gps坐标为g1(x1，y1)，耐张塔n的gps坐标为gn(xn，yn)，同样对于g1(x1,y1)与g2(x2,y2)之间按照s个点进行插值，得到其中第i个直线塔的gps坐标为g1i(x1i，y1i),i的范围为1—s；
步骤十、按照步骤九的方法对所有耐张塔之间的直线塔进行插值计算，这样就得到了沿线所有耐张塔与直线塔的gps坐标与距离光纤传感设备光口的光缆长度。
1.一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、将光纤传感设备布置在变电站，将输电线中光电复合缆中的光纤单元与设备光口连接；
步骤2、将振动器放置在第一个耐张塔的杆塔侧壁上并固定；
步骤3、设置光纤传感器测量终端的工作时间与振动器的工作时间同步；
步骤4、光纤传感设备发射重复脉冲，对整个光缆长度上的设置的n个采样点进行采样，寻找频率上频率分量幅度值最大的采样点以此计算出第一个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度；
步骤5、将振动器放置在第二个耐张塔的杆塔侧壁上并固定，光纤传感设备发射重复脉冲，继续对采样点进行采样，寻找频率上频率分量幅度值最大的采样点以此计算出第二个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度；
步骤6、依照步骤5的计算方法依次计算其它耐张塔相对于设备光口处的光缆长度；
步骤7、根据所有耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度以及对应的gps坐标计算出直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度和直线塔的gps坐标。
2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，其特征在于，步骤4的具体方法如下：
(4.1)光纤传感设备在1分钟内发射出k重复脉冲，并在1分钟内光纤传感器测量终端对每个采样点进行k次重复采样；
(4.2)对1分钟内，光缆长度上同一个采样点的k次重复采样数据进行fft，得到它的幅频响应图，并提取h1这个频率所对应的幅值，h1为振动器的频率；
(4.3)在整个光缆长度上设置n个采样点，对n个采样点按照步骤(4.1)-(4.2)采样并进行fft，得到每个采样点的幅频响应图，并提取出各自在h1这个频率所对应的幅值，这样就得到了n个采样点在h1这个频率上的频率分量的幅值大小，对这n个幅值进行寻峰并找到其最大值，得到此幅值为am，对应的采样点则为光缆长度上的第m个采样点，h1为振动器的振动频率；
(4.4)预设时间10分钟，振动时间以一分钟为单位交叉间隔进行，10分钟内依照步骤(4.3)依次找到5个采样点m1到m5，其中，m1到m5这5个采样点分别为整个光缆长度上n个采样点中的第f1个，第f2个…第f5个，光纤传感器测量终端的采样率为p(msps)，则认为第一个耐张塔相对于设备光口处的光缆长度为w1，其中：
3.根据权利要求2所述的一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，其特征在于，步骤5的具体方法如下：得到第一个耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度后，将振动器固定在第二个耐张塔上，第一个耐张塔到第二个耐张塔的档距为l2，计算出第二个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为w1 l2到w1 l2*1.2之间，对此光缆长度之间的采样点进行采样，按照步骤(4.1)一(4.4)的方法计算出第二个耐张塔相对于光纤传感设备的光口处的光缆长度为w2。
4.根据权利要求3所述的一种架空输电线路中耐张塔的地理信息标定方法，其特征在于，步骤7的具体方法如下：
(7.1)设依次得到沿线所有耐张塔相对于光纤传感设备光口处的光缆长度依次为w1，w2…wi，且各自耐张塔对应的gps为g1，g2…gi，i为耐张塔总个数；
(7.2)第一个耐张塔与第二个耐张塔之间有s个直线塔，得到第一个耐张塔与第二个耐张塔到光纤传感设备光口的光缆长度分别为w1与w2，各自的gps坐标分别g1与g2后，为对w1与w2，g1与g2之间按照s个点进行均匀插值，得到其中第i个直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度为w1i，i的范围为1到s；
(7.3)gps坐标为经纬度表示，x表示经度，y表示纬度，耐张塔1的gps坐标为g1(x1，y1)，耐张塔n的gps坐标为gn(xn，yn)，同样对于g1(x1，y1)与g2(x2，y2)之间按照s个点进行插值，得到其中第i个直线塔的gps坐标为g1i(x1i，y1i)，i的范围为1到s；
(7.4)按照(7.2)-(7.3)的方法对所有耐张塔之间的直线塔进行插值计算，得到沿线所有直线塔的gps坐标和直线塔距离光纤传感设备光口的光缆长度。
技术总结