三維激光雷達在輸電線路機巡中的應用

發布時間：2020-05-15所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：隨著社會的發展，我國的各行各業的發展也有了一定的發展。輸電線路三維設計作為當前的研究熱點，其三維地理場景的建立至關重要。無人機激光雷達作為近年來測繪領域最為高效的數據采集手段，可同時獲取工程區域的影像信息和高密度高精度的激光點云數據

　　摘要：隨著社會的發展，我國的各行各業的發展也有了一定的發展。輸電線路三維設計作為當前的研究熱點，其三維地理場景的建立至關重要。無人機激光雷達作為近年來測繪領域最為高效的數據采集手段，可同時獲取工程區域的影像信息和高密度高精度的激光點云數據，通過對影像和激光點云數據處理，分別生成含有豐富紋理信息的正射影像和高精度的數字高程模型，兩者結合生成高精度三維地理場景，從而為輸電線路三維數據提供基礎數據。

　　關鍵詞：三維激光雷達;輸電線路機巡;應用

　　引言

　　近年來，電網建設飛速發展，傳統的航空攝影測量技術由于受空域、天氣等因素的影響且數據精度偏低，無法直接準確獲取對建設成本和后期運維有極大影響的林木以及高壓線、高鐵等交跨物的高度。運用激光雷達技術可直接獲取地物高精度點云數據，經處理后可導入三維平臺，方便設計專業進行輸電線路優化選線，減少野外工作量。激光雷達技術(LiDAR)是指激光探測及測距系統，利用激光光波進行類似雷達的主動式遙感技術。LiDAR可快速、精確地測量探測器至物體的距離，通過數據處理生成精確的數字地面模型和正射影像，還可以直接提取所需的交叉跨越、房屋等地物信息。地面架站式LiDAR可以在不接觸目標地物的條件下直接獲取地物表面的三維坐標，并具有較高的采樣率和測量精度。相較于傳統攝影測量和衛星測量，LiDAR具有受天氣影響小、外業工作量少、無需通過立體像對量測直接獲取目標點三維坐標，且數據處理自動化程度高、信息豐富、精度高等優勢。

　　1概述

　　輸電線路運維業務中經常需要參考線路本體設備及通道內地物的空間數據，這些數據的獲取包括傳統方法和現代方法兩大類。傳統方法依靠人力搭乘車輛和小型載人電力直升機，采用GPS或GPS-RTK、全站儀等傳統測量工具完成線路巡檢。傳統方法受外界環境如天氣、地勢、地表植物等因素的影響較大，且無法解決線塔設施垂直層面的識別問題。相比于傳統的方法，現代方法采用遙感和攝影測量技術實現線路巡檢。機載雷達三維掃描技術就是一種新興的電力線路巡檢手段。三維激光雷達技術可提供高精度的三維空間信息，巡檢人員可以充分利用該信息對造成線路安全問題的隱患和異常進行分析。另外，由于受外界環境和導線負荷量的影響，導線弧垂度會發生變化，導線弧垂模型不容易建立，利用機載激光雷達測量技術獲取數據進行三維建模后，可直接量測弧垂到樹木或障礙物的距離;其次，通過自動提取電力線點云并進行矢量化，自動檢測出危險點，極大的提高巡檢的效率;再次，可以基于機載激光雷達數據和線路勘測設計成果制作輸電線路三維可視化管理系統，錄入相關的屬性信息，實現輸電線路三維可視化管理，并可以不斷地更新數據，從而為電力線路規劃設計，運行維護提供高精度測量數據成果。因此，集成開發基于三維激光雷達的輸電線路可視化臺賬軟硬件原型系統是十分有必要的。

　　2三維激光雷達在輸電線路機巡中的應用

　　2.1有效檢測線路走廊危險物

　　在巡檢線路時，必須要嚴格檢查導線到線路走廊各種地物的距離，確保兩者之間的距離符合安全距離。在測量線路走廊危險物距離時，首先要將激光點進行分類，主要是將地面、樹木、房屋、交叉跨域等進行分類。分類出激光點，能夠將導線和絕緣子之間的掛線點準確找出，在擬合導線弧垂時，可以采用懸鏈線方程，而每根懸鏈線需要對應一個導線。利用懸鏈線方法可以將線路到所有地物點非常容易量測和計算出來。當計算出距離沒有符合安全要求時，就會自動發出報警，將圖表輸出，主要是危險點平斷面圖等，為工作人員的檢修和維護工作提供科學依據。其次在檢測線路到物點距離時，要按照最高氣溫情況等天氣，而獲得最大弧垂。在建立線路模式時，需要將外界的溫度、風速、溫度、氣壓、日照強度以及線路的電流量等條件進行采用激光數據采集，以構建良好的線路弧垂模型，并將弧垂狀態進行有效計算。

　　2.2平斷面量測

　　在施工圖階段，需要根據設計提供的最終線路路徑在立體大場景模型中進行輸電線平斷面測量工作。根據無人機航測制作的正射影像、數字高程模型可直接在軟件中繪制平斷面圖，而通過激光雷達采集的高精度交跨點云數據可在軟件中自動提取交叉跨越的高程，擺脫了傳統航測需要佩戴立體眼鏡的立體測圖模式。精度方面完全符合線路工程中平面1∶5000、斷面1∶500的測圖要求，滿足輸電線路優化選線以及平斷面圖數據采集的要求。

　　2.3安全距離檢測及斷面圖分析

　　建立每一檔三維點云的空間索引，計算電力線與其他電力線或樹木、建筑等地物之間的距離與關系。并參照運行規程中所規定的安全距離自動提取不滿足規范要求的缺陷區域，并形成報表。對運維人員指定的位置自動提取與生成通道地物的橫、縱斷面圖，進一步提高導線與地物空間距離分析的直觀性與準確性，同時為制作間隔棒與相間間隔棒提供尺寸參考依據。

　　2.4評估和管理樹木砍伐

　　在建設電力線路時，穿過林地中，就需要將線路穿過林地的面積、高度、體積進行有效的管理和評估，同時也要將建設成本進行評估。電力線路在建設完成后，要對線路通過的樹木空間信息進行分析和計算，空間信息主要包括林地樹種的年自然生長率，這時就可以將樹木的最佳剪伐量進行有效計算。利用三維激光雷達技術，通過激光點云，可以將樹林空間的結構信息進行全面獲取，將樹木的高度和樹冠等幾何特征計算出來。另外為了獲得樹林的覆蓋率，利用三維激光雷達技術可以將突變線信息和光譜信息將覆蓋率計計算出來。并且也可以有效的將樹木高度、面積、體積以及規格進行識別和計算，為線路的勘測進行自動化估算，保證了輸電線路的安全運行。

　　結語

　　無人機激光雷達技術與傳統無人機航空攝影測量技術相比，不僅能獲取紋理豐富的正射影像，還能利用激光較強的穿透能力，獲取真實的地形信息，在山區密林較多的情況下，激光雷達技術優勢更加顯著，其生成的高精度三維地理場景能夠滿足工程設計需求，大大提高了作業自動化水平，減少了野外測量工作量。與此同時機載機關雷達技術現在仍處于一個不斷發展、完善、更新的階段。隨著系統硬件及軟件功能的提升必將使其在電力上的應用更加深入。

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