激光雷達(dá)輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺(tái)研發(fā)

張珣 王星超 吳啟進(jìn) 郭景武 王博文

一、概述

整個(gè)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(huì)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(yùn)營(yíng)，必須定期對(duì)電力線路進(jìn)行檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患和缺陷，防止意外的發(fā)生。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)高壓輸電線路的運(yùn)維模式和巡檢方式還是主要通過(guò)維護(hù)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(lái)巡查設(shè)施處理缺陷，不但勞動(dòng)強(qiáng)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(yùn)行需要。

在當(dāng)今電力企業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，急需找到一種高效的巡檢方式。機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)巡檢方式的不足，在實(shí)現(xiàn)電力線自動(dòng)提取的基礎(chǔ)上，能夠快速量測(cè)電力線周圍地物到導(dǎo)線的距離，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并消除故障隱患，實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)區(qū)域的自動(dòng)化檢測(cè)，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(guó)常規(guī)的人工電力巡線工作勞動(dòng)量大，效率低的問(wèn)題，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司通過(guò)研制開(kāi)發(fā)一套激光雷達(dá)輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺(tái)的方式，實(shí)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(jì)

激光雷達(dá)輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺(tái)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(shí)也是本分系統(tǒng)的三個(gè)層次。

其中數(shù)據(jù)管理與可視化層是整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)載體，數(shù)據(jù)載體負(fù)責(zé)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(diǎn)云濾波、點(diǎn)云分類，是應(yīng)用處理技術(shù)的基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際需求的不同，該層次的功能模塊可以擴(kuò)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(gè)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(tái)綜合管理等專業(yè)應(yīng)用模塊。針對(duì)海量點(diǎn)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(jì)算接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)裝相同程序處理節(jié)點(diǎn)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(jì)

激光雷達(dá)輸電線路通道巡檢綜合應(yīng)用平臺(tái)主要的研究?jī)?nèi)容包括通道三維重建、距離量測(cè)、預(yù)警分析、通道管理幾個(gè)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(cè)模塊包含凈空量測(cè)、桿塔傾斜量測(cè)、交叉跨越量測(cè)等功能，預(yù)警分析模塊包含工況模擬分析、風(fēng)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(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)/半自動(dòng)處理技術(shù)與語(yǔ)義解析技術(shù)，對(duì)所有的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理，采用三維重建的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)桿塔精確三維坐標(biāo)的準(zhǔn)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(cè)模塊

針對(duì)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(cè)線路走廊地物（特別是房屋、樹(shù)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(cè)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(yùn)行要求，能模擬各種工況進(jìn)行預(yù)警分析，評(píng)估分析輸電線路的最大弧垂情況。

（四）通道管理模塊

實(shí)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(dòng)，使通道狀態(tài)結(jié)果直觀可見(jiàn)；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(xiǎn)點(diǎn)和隱患點(diǎn)等熱點(diǎn)，做出完備的統(tǒng)計(jì)信息方便管理人員分析通道運(yùn)行維護(hù)情況。

四、社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(xiǎn)預(yù)警分析能力及信息綜合管理能力，主要經(jīng)濟(jì)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(wú)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(yàn)，存在很大的主觀性，缺乏定量測(cè)量依據(jù)。而使用基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的巡檢方法則可以很好的彌補(bǔ)這些弊端。

（二）增強(qiáng)危險(xiǎn)預(yù)警分析能力，有效預(yù)測(cè)評(píng)估線路通道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)點(diǎn)

根據(jù)激光雷達(dá)電力輸電通道綜合處理平臺(tái)模擬各種工況進(jìn)行預(yù)警分析，評(píng)估分析輸電線路的最大弧垂、最大風(fēng)偏等，對(duì)可能發(fā)生危險(xiǎn)的線路段提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，避免了事故后線網(wǎng)不能正常運(yùn)行造成的經(jīng)濟(jì)損失。

（三）提高信息綜合管理能力，集成多種來(lái)源的信息，對(duì)線路通道信息進(jìn)行綜合管理

激光雷達(dá)電力輸電通道綜合處理平臺(tái)以機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)管理與處理為核心，可以集成多種類型和來(lái)源的其它數(shù)據(jù)。通過(guò)把各種有效信息集成到同一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行管理，便于管理人員對(duì)線路通道運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)估和信息維護(hù)。

五、問(wèn)題及展望

項(xiàng)目完成后，仍有如下問(wèn)題需要進(jìn)一步解決和完善：（一） 通過(guò)科研探索，實(shí)現(xiàn)對(duì)通道走廊中建筑、樹(shù)木等地物的單體自動(dòng)建模，便于通道走廊地物信息的分析與管理；（二）進(jìn)一步提高平臺(tái)點(diǎn)云自動(dòng)分類的精度與效率，減少人工參與點(diǎn)云分類的工作量，提高整體作業(yè)工作效率；（三）改進(jìn)平臺(tái)軟件的功能設(shè)計(jì)，使之更符合用戶操作習(xí)慣，優(yōu)化各種算法以提高運(yùn)行效率，豐富平臺(tái)所支持的輸入輸出數(shù)據(jù)的類型。