試析大型無人機(jī)電力巡檢LiDAR點(diǎn)云安全距離診斷方法

張博

摘要：LiDAR是Light Detection And Ranging的簡(jiǎn)稱，中文名稱為機(jī)載激光雷達(dá)，是一種利用光脈沖信號(hào)作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)收集的平臺(tái)，是線路數(shù)據(jù)收集及安全巡檢的基礎(chǔ)，是當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)一種先進(jìn)的技術(shù)手段，能夠更加直接的觀測(cè)到電力系統(tǒng)線路敷設(shè)的安全距離，進(jìn)而提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。基于無人機(jī)電力巡檢工作對(duì)于電力安全重要的價(jià)值，依托于電力巡檢工作中LiDAR點(diǎn)云計(jì)算方法概述，明確大型無人機(jī)電力巡檢作業(yè)時(shí)LiDAR點(diǎn)云安全診斷技術(shù)應(yīng)用的主要方法，提升電力巡檢工作的整體效能，為電力事業(yè)的有序開展貢獻(xiàn)更大的力量。

關(guān)鍵詞：電力工程;無人機(jī)巡檢;LiDA點(diǎn)云;安全檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM755?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-9129（2020）10-0083-01

1?電力巡檢工作中LiDAR點(diǎn)云計(jì)算方法概述

電力巡檢是當(dāng)前確保電力系統(tǒng)運(yùn)行線路安全的保障手段，直接影響到整個(gè)電力項(xiàng)目的安全。通過對(duì)電力線路架設(shè)周邊地理環(huán)境、地貌信息、河流、植被等構(gòu)筑物安全距離的計(jì)算，從而確定線路之間的安全范圍。根據(jù)當(dāng)前存在的安全問題，結(jié)合當(dāng)前安全距離的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)存在危險(xiǎn)的線路制定合理的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行改造，提供電力管線的安全性能。當(dāng)前電力線路檢測(cè)時(shí)，通常利用激光雷達(dá)作為搭載的平臺(tái)，利用無人機(jī)進(jìn)行測(cè)量的形式，獲取LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，通過對(duì)價(jià)值數(shù)據(jù)的處理，完成整個(gè)電力線路系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，從而進(jìn)行整個(gè)電力線路類別的劃分。相對(duì)于整個(gè)空間系統(tǒng)，電力線路屬于空間之中的離散點(diǎn)，利用信息技術(shù)將點(diǎn)云生成具有矢量象素的線路，并將其存儲(chǔ)至矢量圖片之中。電力線路的安全與其自身的電壓及地面的構(gòu)筑物有直接的關(guān)系，比如在進(jìn)行220kV輸電線路架設(shè)時(shí)，線路與樹木需要至少保持垂直方向4.5m遠(yuǎn)的距離，建筑物的垂直距離要控制在6m，與公路的路面需要保持至少8m的距離。依據(jù)線路之間走廊與地面安全距離的標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)κ噶繄D像之中的安全距離進(jìn)行仔細(xì)的分析，從而制定線路安全距離的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使線路之間的安全距離得到更好控制。

2?大型無人機(jī)電力巡檢LiDAR點(diǎn)云安全診斷技術(shù)應(yīng)用的主要方法

2.1數(shù)據(jù)信息的采集。利用無人機(jī)開展線路巡檢時(shí)，需要依據(jù)的線路作業(yè)的相關(guān)管理規(guī)范，開展架空線路的檢測(cè)工作，導(dǎo)線向外擴(kuò)展的距離與地面垂直所形成的平面全部屬于電力線路的保護(hù)區(qū)域，同時(shí)配合線路的電壓等級(jí)，能夠確定電力線路的保護(hù)區(qū)域。外線的兩側(cè)各增大50～100m的檢測(cè)面積。66～110kV外側(cè)連線的距離為10m，電壓的等級(jí)與電線的安全距離成正比，750kV線路的外連線距離為25m，1000kV和±800kV線路的外連線距離為30m。因此，無人機(jī)在對(duì)100～200m范圍開展巡檢工作時(shí)，無人機(jī)所攜帶攝像頭帶寬與飛行距離之比通常為0.8：1，如果飛行的整體高度達(dá)到100m，則可以覆蓋80m范圍的距離，根據(jù)地形的高度及激光云的數(shù)據(jù)密度，能夠?qū)崿F(xiàn)其高度及速度的控制。利用圖像圖層結(jié)合的技術(shù)，能夠預(yù)先進(jìn)行拍攝時(shí)間的設(shè)置。

在進(jìn)行電力線路巡檢期間，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式通常是利用桿塔信息的獲取，再進(jìn)行空間與導(dǎo)線信息的創(chuàng)建，利用橢圓掃描的形式，通過對(duì)側(cè)面輪廓與相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，進(jìn)行為后期的模型創(chuàng)建提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)素材。在進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先需要在滿足高精度數(shù)據(jù)采集的前提條件之下，在大型無人機(jī)設(shè)施的底部架設(shè)激光雷達(dá)的相關(guān)組件，利用其定位功能及參考點(diǎn)的地理坐標(biāo)，進(jìn)行預(yù)測(cè)位置的測(cè)定，使無人機(jī)能夠在10～15m /s的高度進(jìn)行飛行，利用自動(dòng)化巡檢的手段進(jìn)行線路空間數(shù)據(jù)的計(jì)算、收集，通過INS進(jìn)行姿態(tài)參數(shù)的設(shè)置，進(jìn)而通過所測(cè)量的點(diǎn)位信息、參考信息及定位信息，完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算。

2.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息的創(chuàng)建。在進(jìn)行LiDAR 數(shù)據(jù)信息的采集中，需要對(duì)采集的信息進(jìn)行綜合的處理，從而獲取LAS數(shù)據(jù)文件，利用TerraScan對(duì)3D信息進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)地面構(gòu)筑物價(jià)值數(shù)據(jù)的提取，進(jìn)而形成數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建及距離的判斷。在實(shí)際作業(yè)開展期間，通常會(huì)將數(shù)據(jù)利用Waypoint Inertial Explorer進(jìn)行處理，利用定位系統(tǒng)對(duì)OUT路線的航跡數(shù)據(jù)，將RXP格式與激光測(cè)量技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的融合，最終形成LAS格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件。

文件中植被、桿塔等大量的價(jià)值信息，包括周邊氣候環(huán)境及噪聲污染等相關(guān)的信息，噪點(diǎn)信息具有一定的孤立性，在對(duì)噪點(diǎn)進(jìn)行篩查時(shí)，需要選擇云數(shù)據(jù)中最低的控制點(diǎn)作為測(cè)量參考，但由于這些數(shù)據(jù)在計(jì)算時(shí)較晚出現(xiàn)誤差，因此，在最終計(jì)算的過程中，需要進(jìn)行模型的創(chuàng)建，利用多次迭代的形式，使數(shù)據(jù)模型與地面的真實(shí)情況得到真實(shí)的反映。如構(gòu)筑物60m時(shí)，60×60m的取值范圍之內(nèi)存在三角面的落腳點(diǎn)，其三角面上與其最近目標(biāo)頂點(diǎn)所形成的角度值最大，利用三角形迭代期間出現(xiàn)的差異性變化作為基礎(chǔ)，將地面模型的信息作為基礎(chǔ)，進(jìn)而形成地物點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分類。

2.3矢量模型數(shù)據(jù)的分析。在進(jìn)行完數(shù)據(jù)信息的分類之后，利用走廊地物及導(dǎo)線距離的測(cè)算，可以為安全數(shù)據(jù)的制定奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，利用矢量擬合的功能，對(duì)垂弧坐標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的拾取，進(jìn)而為導(dǎo)線的距提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。在三維空間構(gòu)建中，桿塔間的導(dǎo)線一般是具有一定曲率的曲線，不可 利用桿塔的距離進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的認(rèn)定;在整體線路劃分存在較大差異性時(shí)，利用分段質(zhì)心擬合的形式，能夠更為輕松的完成激光測(cè)量的相關(guān)要求。

2.4安全距離的診斷。利用擬合曲線功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)距離的精準(zhǔn)測(cè)繪，利用分段剖面對(duì)曲線是云數(shù)據(jù)計(jì)算的形式，能夠?qū)⒕嚯x與安全距離進(jìn)行準(zhǔn)確的對(duì)比，一旦出現(xiàn)不符標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)測(cè)量，系統(tǒng)便將其作為測(cè)量的危險(xiǎn)點(diǎn)，釋放預(yù)警信號(hào)并對(duì)進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)報(bào)。與此同時(shí)，還要依據(jù)桿塔云密度相關(guān)剖面數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)計(jì)算，從而獲得導(dǎo)線距離構(gòu)筑物、樹木等物體的垂直安全距離及水平安全距離。

3?結(jié)語

電力巡檢是電力系統(tǒng)使用安全性能重要的檢測(cè)方式之一，不僅會(huì)影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)秩序，更會(huì)作用于電力工程作業(yè)人員的人身安全，因此，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)形式已經(jīng)不能適應(yīng)電力系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程。通過對(duì)線路安全距離的診斷，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行期間的安全問題，對(duì)于減少能源消耗、合理控制電力運(yùn)營(yíng)成本，提高線路使用效率，具有重要指導(dǎo)意義。

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