激光雷達輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺研發(fā)

張珣 王星超 吳啟進 郭景武 王博文

一、概述

整個電力系統(tǒng)中電力線是最關(guān)鍵的組成部分，但是由于電力線在自然環(huán)境中大多以裸露形式存在，經(jīng)常受到周圍環(huán)境變化等外界因素的影響。上述原因會造成輸電線路及元件的銹濁、老化等現(xiàn)象，因而很有可能造成重大的后果和危害。因此，為保證電網(wǎng)企業(yè)的正常運營，必須定期對電力線路進行檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患和缺陷，防止意外的發(fā)生。

長期以來，我國電網(wǎng)高壓輸電線路的運維模式和巡檢方式還是主要通過維護人員利用地面交通工具或徒步行走、采用手持儀器或肉眼來巡查設(shè)施處理缺陷，不但勞動強度高，條件艱苦，而且工作效率低，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展和安全運行需要。

在當今電力企業(yè)快速發(fā)展的過程中，急需找到一種高效的巡檢方式。機載激光雷達測量技術(shù)彌補了傳統(tǒng)巡檢方式的不足，在實現(xiàn)電力線自動提取的基礎(chǔ)上，能夠快速量測電力線周圍地物到導(dǎo)線的距離，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并消除故障隱患，實現(xiàn)了危險區(qū)域的自動化檢測，大大提高了巡檢的效率，節(jié)省了巡檢的成本。

為了解決我國常規(guī)的人工電力巡線工作勞動量大，效率低的問題，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。國網(wǎng)湖北省電力有限公司通過研制開發(fā)一套激光雷達輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺的方式，實現(xiàn)輸電線路航檢信息綜合應(yīng)用前期研究。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

激光雷達輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺包括數(shù)據(jù)管理與可視化、數(shù)據(jù)處理共性技術(shù)、專業(yè)應(yīng)用處理技術(shù)三大組成部分，如圖2-1所示，同時也是本分系統(tǒng)的三個層次。

其中數(shù)據(jù)管理與可視化層是整個平臺的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)載體，數(shù)據(jù)載體負責海量數(shù)據(jù)的組織、調(diào)度和各種形式的可視化（二維、三維、剖面）；共性處理技術(shù)主要包括點云濾波、點云分類，是應(yīng)用處理技術(shù)的基礎(chǔ)，根據(jù)實際需求的不同，該層次的功能模塊可以擴展，如增加CCD影像基礎(chǔ)處理、數(shù)據(jù)融合等模塊；應(yīng)用處理建立在前兩個層次基礎(chǔ)上，主要涵蓋電力設(shè)施提取、通道三維巡視、復(fù)雜工況分析和平臺綜合管理等專業(yè)應(yīng)用模塊。針對海量點云數(shù)據(jù)工程化批處理的需求，在共性處理和應(yīng)用處理層次提供分布式網(wǎng)絡(luò)計算接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲，每個節(jié)點裝相同程序處理節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)，將結(jié)果最后返回合并。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計

激光雷達輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺主要的研究內(nèi)容包括通道三維重建、距離量測、預(yù)警分析、通道管理幾個模塊。系統(tǒng)整體界面如圖3-1所示。其中三維重建包含了電力桿塔三維定位、DEM/DOM制作、三維通道重建等，距離量測模塊包含凈空量測、桿塔傾斜量測、交叉跨越量測等功能，預(yù)警分析模塊包含工況模擬分析、風偏分析、弧垂分析等，通道綜合管理包含通道三維可視化、多源信息集成、綜合數(shù)據(jù)分析等。

（一）輸電線路通道三維重建模塊

采用點云數(shù)據(jù)自動/半自動處理技術(shù)與語義解析技術(shù)，對所有的點云數(shù)據(jù)進行編輯處理，采用三維重建的技術(shù)，可以實現(xiàn)桿塔精確三維坐標的準確重建，生成DEM、DOM，構(gòu)建線路本體和通道的三維模型。

（二）功能量測模塊

針對獲取得高精度線路設(shè)施以及地形、地貌、地物和三維空間信息，能精確、便捷地量測線路走廊地物（特別是房屋、樹木、交叉跨越）到電線的凈空距離、相間距等，能在二三維視圖中方便地量測地表地物的面積、體積等。

（三）通道狀態(tài)預(yù)警分析模塊

根據(jù)安全運行要求，能模擬各種工況進行預(yù)警分析，評估分析輸電線路的最大弧垂情況。

（四）通道管理模塊

實現(xiàn)通道狀態(tài)的三維可視化快速顯示，避免作業(yè)員手工制圖的繁雜勞動，使通道狀態(tài)結(jié)果直觀可見；提供查詢檢索手段，迅速為作業(yè)員查詢顯示所關(guān)注的輸電線路的危險點和隱患點等熱點，做出完備的統(tǒng)計信息方便管理人員分析通道運行維護情況。

四、社會經(jīng)濟效益分析

本軟件的完成提高了輸電線路通道巡檢效率、危險預(yù)警分析能力及信息綜合管理能力，主要經(jīng)濟效益如下：

（一）提高巡檢效率，減少人工成本

傳統(tǒng)巡線工作存在以下弊端：①巡檢人員在地面目視電力線，在山頭及植被遮蔽條件下，無法通視，存在巡檢盲區(qū)；②巡檢結(jié)果高度依賴巡檢人員的作業(yè)經(jīng)驗，存在很大的主觀性，缺乏定量測量依據(jù)。而使用基于機載激光雷達數(shù)據(jù)的巡檢方法則可以很好的彌補這些弊端。

（二）增強危險預(yù)警分析能力，有效預(yù)測評估線路通道運行風險，及時發(fā)現(xiàn)危險點

根據(jù)激光雷達電力輸電通道綜合處理平臺模擬各種工況進行預(yù)警分析，評估分析輸電線路的最大弧垂、最大風偏等，對可能發(fā)生危險的線路段提前進行預(yù)測，避免了事故后線網(wǎng)不能正常運行造成的經(jīng)濟損失。

（三）提高信息綜合管理能力，集成多種來源的信息，對線路通道信息進行綜合管理

激光雷達電力輸電通道綜合處理平臺以機載LiDAR數(shù)據(jù)管理與處理為核心，可以集成多種類型和來源的其它數(shù)據(jù)。通過把各種有效信息集成到同一個平臺進行管理，便于管理人員對線路通道運行狀況進行綜合評估和信息維護。

五、問題及展望

項目完成后，仍有如下問題需要進一步解決和完善：（一） 通過科研探索，實現(xiàn)對通道走廊中建筑、樹木等地物的單體自動建模，便于通道走廊地物信息的分析與管理；（二）進一步提高平臺點云自動分類的精度與效率，減少人工參與點云分類的工作量，提高整體作業(yè)工作效率；（三）改進平臺軟件的功能設(shè)計，使之更符合用戶操作習慣，優(yōu)化各種算法以提高運行效率，豐富平臺所支持的輸入輸出數(shù)據(jù)的類型。