[发明专利]一种基于磁场测量的直流电缆的三维重构和成像方法

说明书

本发明公开一种基于磁场测量的直流电缆的三维重构和成像方法，包括：确定观测平面，建立空间直角坐标系；测量观测平面内的磁通密度分布；对目标区域进行网格剖分；构建核矩阵；利用核矩阵和测量的磁通密度数据构造目标方程；对目标方程进行正则化处理，并求解方程；对求解结果进行可视化处理，得到电缆的三维成像图。本发明针对如地下电缆、海底电缆这些无法直观判断电缆位置的情况，通过磁场测量数据来重构地下电缆或者海底电缆的形状和空间位置并成像。从而避免施工人员或者船员因为无法及时获取地下或者海底电缆的准确位置而造成对电缆的损坏，对于电网的稳定运行，避免因电力电缆的损坏而带来的经济损失以及对居民生活的影响有重要意义。

技术领域

本发明涉及反演计算技术领域，具体涉及一种基于磁场测量的直流电缆的三维重构和成像方法。

背景技术

随着电力电子技术的进步，高压直流(HVDC)输电已成为更好的选择，高压直流输电技术在远距离输电方面的可控性、稳定性、建设成本等多方面具有显著优势。尽管直流输电有这些优点，但由于无法及时准确的判断地下或者海底的电缆位置，施工作业引起的电缆损坏事故频发。例如城市建设造成地下电缆损坏，船锚导致海底电缆损坏等。因此对于地下电缆或者海底电缆的三维重构和成像技术对输电线缆的保护和故障诊断具有重要意义。

目前对于电缆的探测技术主要有侧扫声纳探测技术、磁异常探测技术、交流载波法等。侧扫声纳探测要求海底电缆裸露于海底面，且与海底面存在明显的声阻抗差异，才能把电缆清晰的反应在声纳图像中；磁异常探测技术能够探知电缆的位置，但是对于电缆的埋深的探测准确度不够；交流载波法是通过检测交流电缆产生的电磁波来探测电缆的平面位置，探测电磁波的方法有受影响因素少，处理简单的优点，但是探测埋深时不仅需要将探头贴近海底面，而且对于探头的运动方向也有特定要求，测量效率低，作业难度大。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于磁场测量的直流电缆的三维重构和成像方法，本发明能够实现地下电缆的三维成像，探测结果准确，且效率高。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于磁场测量的直流电缆的三维重构和成像方法，包括如下步骤：

S1，确定观测平面，建立空间直角坐标系，所述观测平面选择在待考察区域的上方某个平面；

S2，测量观测平面内的磁通密度分布，测量时，在观测平面内选择均匀分布的点阵作为测量点；

S3，对目标区域进行网格剖分，把目标区域划分成立方体网格，并假设立方体网格的每一条边表示一段直流电缆，所述目标区域为观测平面于以下的区域；

S4，构建核矩阵：假设立方体网格的边表示的直流电缆的电流为预设值时，计算得到观测点处的磁通密度构成的系数矩阵作为反演计算的核矩阵；

S5，利用核矩阵和测量的磁通密度数据构造目标方程：以所有的立方体网格的边的电流值作为待求解的变量，测量值构成的列向量为目标方程的右端项，核矩阵作为方程的系数矩阵建立目标方程；

S6，对目标方程进行正则化处理，并求解方程；

S7，对求解结果进行可视化处理，得到电缆的三维成像图。

优选的，选取测量点和对目标区域进行网格剖分时，选择的测量点的数量与剖分结果中一层内的立方体数量相等。

优选的，S3中，构建核矩阵时，所述立方体网格的边表示的直流电缆的电流为1A。

优选的，S5中，所述目标方程满足下式：

d＝AI,d∈R^N×1,A∈R^N×M,I∈R^M×1