基于三維激光掃描技術的輸電通道隱患排查效率分析

孔 韜，蘇 毅，李小來，王偉東，楊世強

（國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

輸電走廊內的超高樹障距線路凈空距離不足時，易引起跳閘等責任性事故，精準掌握輸電通道內的樹障，是輸電運維人員的重點和難點工作。傳統的樹障檢測通常是基于人工巡查的方式實現，輸電運維人員到現場測量輸電線路到樹木的距離并記錄下來，一旦超過安全距離，則視為存在樹障隱患［1-2］。隨著無人機、激光等技術的逐步成熟，在無人機上搭載激光設備，可以準確測量導線到導線下方地物的距離。人工巡視、激光掃描兩種樹障排查方法如表1所示。

表1 人工、激光樹障排查簡介Table 1 Introduction to manual and laser tree barrier troubleshooting

目前已有學者基于激光雷達開展了樹障檢測研究［3］。毛強提出基于機載激光雷達數據的輸電線路樹障檢測方案，該方案可以有效檢測出樹障點，但并未提及巡視效率［4］。阮峻等提出基于固定翼無人機激光雷達點云數據的輸電線路三維建模和樹障分析方法，但并未與人工巡視進行對比，利用大數據驗證激光掃描的優勢［5］。

隨著輸電行業的發展，無人機在電力行業的應用越來越廣泛［6-30］，已有不少學者對無人機激光掃描排查輸電通道隱患進行了研究，但并未有實際應用數據驗證激光掃描樹障在效率、精準度、經濟性等方面優于人工巡視，有必要對其進行分析。本文以500 kV峽都線為例進行分析，500 kV峽都線（三峽右岸電廠-宜都換流站）分為一二三回線路平行排列，多分布于山區。一回123 基桿塔，全長59 km；二回125 基桿塔，全長58.7 km；三回137基桿塔，全長59.9 km，線路走向如圖1所示。

圖1 500 kV峽都一回線路走向圖Fig.1 500 kV Xiadu primary circuit route

對于人工巡檢和激光掃描，從工作成本、準確度（凈空、面積、位置）等角度進行定量分析。

1 人工、激光排查隱患成本對比

1.1 總體巡視情況分析

本文選取500 kV 峽都線2020 年人工全線排查通道隱患數據，與2021年激光掃描排查通道隱患數據作為數據來源進行分析，如表2 所示。對總體巡視情況的數據分析，其意義在于探討使用無人機排查樹障是否能夠降低人力成本、降低車輛使用頻次，本文以此兩組數據為基準進行分析，完成全線樹障排查的總體情況圖，如圖2所示。

表2 樹障隱患排查數據來源情況Table 2 Data source of tree barrier troubleshooting

圖2 500 kV峽都線樹障排查統計數據Fig.2 Statistical data of tree barrier troubleshooting of 500 kV Xiadu line

由圖2 可知，激光掃描的出勤總人數降低為人工巡視出勤人數的18.1%，用車總數降為人工出勤數的35.7%，完成整條線路的樹障排查工作，人均出勤天數降為人工排查的71.4%，平均用工量（出勤人數），降為人工巡視的25%，平均用車量降為人工巡視的50%。

由此可知，完成同樣的工作，使用無人機激光掃描樹障可以減少用工、用車總量。

2.2 單次巡視情況分析

本文隨機分別抽取某一日人工樹障排查、激光掃描的工作任務進行分析，判斷其用工成本，分析單次巡視情況的意義在于，無人機激光掃描是否增加了運維人員的單日工作量，巡視任務如表3所示。

表3 某日樹障隱患排查工作任務表Table 3 Troubleshooting tasks of tree barrier hazards on a certain day

對此兩組巡視任務及巡視數據進行分析，得出數據如圖3所示。由圖3統計數據可知，開展激光掃描，室外作業時間減少了34%，但室內工作時長增加了5倍，工作總耗時增加了9.1%，總體來說，工作強度有所下降，無人機激光掃描單次樹障排查檔數增加為人工巡視的4.25倍，巡視效率提升387%。

圖3 500 kV峽都線單日樹障排查數據統計圖Fig.3 Statistical diagram of single day tree barrier troubleshooting data of 500 kV Xiadu line

由分析可知，使用無人機掃描樹障，作業人員工作單日總耗時稍有增加，但室外總耗時卻有減少，在提高工作效率的同時，使用無人機排查樹障，不會增加單個作業人員單日工作強度。

2 人工、激光排查隱患準確度對比

2.1 數據報告對比分析

本節對人工巡視樹障統計表與激光掃描樹障報告進行對比，通過對比得出結論。在對500 kV峽都線開展人工排查輸電通道隱患工作中，宜昌運維分部輸電運維四班共計發現、核實樹障154處，記錄資料（部分）截圖如圖4所示。

圖4 500 kV峽都線人工巡視樹障統計表截圖Fig.4 Screenshot of manual inspection tree barrier statistics of 500 kV Xiadu line

在對500 kV峽都線開展無人機激光掃描后，宜昌運維分部無人機巡檢作業班共計發現、核實樹障281處（如圖5），發現人工未發現樹障156處，均位于大檔距中央等難以觀察位置，記錄資料示意圖如圖5所示。

圖5 500 kV峽都線激光掃描數據截圖Fig.5 Screenshot of laser scanning data of 500 kV Xiadu line

通過圖4、圖5對比可知，圖4中使用文字來描述樹障位置，而圖5中利用示意圖和坐標點來表示樹障位置，客觀來說，利用示意圖來表示更加清晰，但對于樹障畝數、樹障種類，圖5中無定量表示，據調查，激光掃描截圖中雖沒有樹障畝數，但報告表格中有具體畝數。

2.2 人工、激光排查遺漏率對比分析

本節對人工、激光排查線路通道發現樹障數量進行對比，對比結果如圖6所示。

圖6 500 kV峽都線人工、激光排查樹障數量情況Fig.6 Number of manual and laser troubleshooting tree barriers on 500 kV Xiadu line

經峽都線全線核實對比，由圖6可知，激光發現樹障數量比人工發現樹障多82.5%，激光未發現樹障占比僅為5.7%，激光掃描出多處人工未發現樹障，相對于人工，可排除更多隱患。如圖7所示，橫坐標為峽都一回桿塔號，縱坐標、圖中數值均為樹障凈空，人工未發現7 m以下樹障1處。由分析可知，激光排查樹障遺漏率更低。

圖7 500 kV峽都一回人工未發現共計59處樹障凈空距離列舉圖Fig.7 List of clearance distances of 59 tree barriers not found manually in the primary circuit of 500 kV Xiadu

2.3 人工、激光掃描數據準確性分析

對于樹障的準確性，最好的判斷方式是對比最小凈空距離，500 kV峽都線通道隱患排查中，人工、激光均發現的樹障有138處，圖8展示峽都一回線激光、人工測量的最小凈空距離對比情況，圖9 展示人工凈空減去激光凈空取得的差值，即人工、激光排查誤差。

圖8 500 kV峽都一回激光、人工發現樹障凈空對比圖Fig.8 Comparison of clearance of 500 kV Xiadu primary laser and artificial tree barrier

由圖9可知，人工與激光掃描數據對比發現，兩者平均誤差為1.24 m，激光掃描樹障凈空距離小于人工的為28處，占比為73.7%。通過分析可知，激光測距準確性更高。

圖9 500 kV峽都一回激光、人工發現樹障凈空誤差情況圖Fig.9 Clearance error of 500 kV Xiadu primary laser and artificial tree barrier

3 非定量因素分析

除定量分析數據外，由于工作模式不同，其他因素很難定量分析，根據宜昌運維分部調研結果，對兩種樹障隱患排查方式的工作模式進行主觀調查分析，分析結果如表4 所示。通過綜合分析，使用激光掃描樹障工作模式更受歡迎。

表4 激光、人工排查樹障隱患情況對比調查表Table 4 Comparison questionnaire of laser and manual troubleshooting of tree barrier hazards

4 結語

經全文數據分析，使用激光掃描替代人工排查樹障，在降低樹障隱患排查遺漏率的同時，不會增加人工勞動強度，同時能提高樹障凈空準確率，提升運維人員巡視安全性，可進一步減少責任性跳閘發生的幾率。

本文所選取案例位于山區，不同地形數據有所差異，有必要選取不同地形線路運維數據，進一步考慮樹障倒伏、風偏、生長、氣溫、樹種等動態工況，得出更全面的結論，下一步，將分析自主巡檢、仿線飛行、紅外測溫等數據形成綜合報告。