輸電線路可視化巡檢系統(tǒng)的設計與實現

張 成 何林巍

（國網上海市電力公司青浦供電公司）

0 引言

隨著智能電網建設的逐步推進，大量的智能終端應用到智能電網中，這就產生了大量與輸電線路運營相關的數據，從而也必須保證輸電線路以更高的標準運行。對輸電線路進行可視化巡檢就能夠很好解決運維問題，提高智能電網的運行效率，實現智能電網的經濟運行。但是目前對于輸電線路的巡檢都是基于2D基礎的，無法實現輸電線路可視化巡檢的需求［1-2］。

本文專門針對輸電線路的自身特點，設計了一套基于無人機的巡檢可視化系統(tǒng)，從輸電線路巡檢可視化的概念入手，詳細描述可視化巡檢系統(tǒng)的架構組成部分以及功能模塊的劃分，并且對數據管理方法，多源數據配準方法，可視化實現方法以及故障診斷策略等多項關鍵技術進行深入的研究［3］。經過實際運用證明，該系統(tǒng)能夠實現輸電線巡檢高效執(zhí)行，有效提高了輸電線路的運行穩(wěn)定性。

1 輸電線路巡檢可視化概念

輸電線路可視化是指將輸電線路的線路布置、外部環(huán)境以及其他一些輔助性設備等融合到一個可視化管理系統(tǒng)上，能夠實現數據的顯示與數據查詢等，并且可以將數據顯示在界面上，最關鍵的是能夠將輸電線路的實景顯示在界面上，便于輸電線路運維人員能夠及時、直觀、準確掌握輸電線路的實際情況［4-5］。

近年來，智能電網規(guī)模不斷擴大，電網的復雜程度不斷加深，新布設了許多輸電線路，這些輸電線路大多位于偏遠地區(qū)，線路環(huán)境惡劣［6］。

隨著無人機技術的飛速發(fā)展，基于無人機的運用特點，能夠為輸電線路的可視化提供新的途徑，通過無人機載運設備進行遠程數據采集，這樣不僅能夠實現輸電線路巡檢效率的大幅度提高，還能夠降低人工巡檢的成本，便于提供數據臺賬，基于該系統(tǒng)實現輸電線路的可視化巡檢，為智能電網的運營維護提供了更為便捷的途徑［7］。

2 系統(tǒng)架構設計

可視化輸電線路巡檢系統(tǒng)對于運行中所產生的數據進行管理面臨著諸多問題，系統(tǒng)的設計必須遵循可視化的基本原則對數據進行科學管理。輸電線路的運行數據類型復雜，數據量大，主要來自各類傳感器，包括傳感器數據、數據模型、影像數據、故障數據等。第一步需要將全部采集到的數據進行歸一化處理，然后再根據科學有效的算法進行缺陷分析，并對分析結果進行管理；第二步，要將經過多個數據處理模塊的運算結果進行整合，能夠保證不同數據類型之間的轉換，進行結果多樣化輸出。從數據服務層、功能管理層、核心構件層幾個部分對系統(tǒng)的架構和功能進行科學劃分。

其中，核心層為巡檢系統(tǒng)提供核心算法，具體涵蓋算法庫、圖像處理庫、地圖處理庫、點云處理庫、3D引擎等；功能管理層為系統(tǒng)的功能模塊，主要負責對無人機采集到的數據和信息進行處理，具體功能是指數據顯示、數據查詢等；數據服務層主要負責數據存儲，提供數據接口和數據管理模型，這樣能夠保證對數據進行高效率的處理。

3 系統(tǒng)功能劃分

輸電線路可視化巡檢系統(tǒng)的運用目的是對輸電線路及其附屬設備進行運行檢測，功能上側重于設備的可視化運維，根據相關設備的位置信息、巡檢路線等從數據庫中查詢數據，基于高精度的點云數據進行實景建模，模擬輸電線路的環(huán)境信息等，可以進行3D操作，數據測量等、數據查詢等。

可視化巡檢系統(tǒng)所需要處理的數據主要包括影像數據、點云數據等，系統(tǒng)預先對不同類型的數據進行了協(xié)同管理。具體的功能結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)核心功能劃分

4 關鍵技術研究

輸電線路可視化巡檢系統(tǒng)，數據來源廣泛，數據類型復雜，具體涵蓋紅外視頻數據、圖像數據、點云數據等，將這些數據進行科學融合進行故障診斷與分析。

4.1 數據管理

輸電線路可視化巡檢的原始數據來自布設在無人機上的傳感器，具體涵蓋可見光影像、紅外影像，激光點云等多種數據，以及無人機的定位與姿態(tài)數據。采用的數據管理模式如圖2所示。

圖2 數據文件管理結構

當無人機巡檢數據以文檔形式存在時，這種情況下存在多種問題，數據查詢困難、數據冗余度高、數據版本不一致等。該可視化巡檢系統(tǒng)在新建工程時，由系統(tǒng)自主建立Inspection數據庫和PowerLine數據表，并將數據庫和數據表的相關屬性信息提報給系統(tǒng)，解決數據冗余等項目管理問題。

4.2 多源數據配準

采用將可見光、紅外線、激光數據相融合的診斷策略，能夠進行高效、高精度的故障診斷，是一種可靠性較高的檢測手段。通過無人機載運的傳感設備能夠得到紅外數據、可見光數據等，這些數據存在一定的差異，需要對其時間和空間的不同步性進行處理，這樣才會避免由于數據不同步導致的診斷結果的差異。這樣就可能存在同一輸電線路在不同數據情況下會得到不同的診斷結果，所以進行數據配準具有重要意義，即得到同一化處理后的點云數據、紅外數據、可見光數據等，再進行診斷運算。可視化巡檢系統(tǒng)在進行數據配準這一流程時，分別將數據基準設置為紅外、時評、圖像、點云幾種情況，再結合POS系統(tǒng)輸出的位置參數和傳感器定標參數作為數據源的初始位置以及初始姿態(tài)，提取輸電線路中的線狀特征，再將這些特征進行投影，在各個數據源進行匹配運算，最后得到配準參數，將多源頭的數據統(tǒng)一到一個參考坐標系下，配準方案如圖3所示。

圖3 多源數據配準方案

4.3 可視化實現

輸電線路巡檢時采集到的多源數據，具體包含環(huán)境數據、紅外數據、影像數據，這些數據對于輸電線路的可視化管理具有重要意義，是實現輸電線路智能化管理的重要組成部分。本文采用的基于無人機的巡檢方案，由無人機搭載3D激光掃描設備、3D相機、紅外成像儀等，采集輸電線路的環(huán)境數據、影像信息等，并將采集到的信息由網絡傳輸到系統(tǒng)終端進行處理。輸電線路可視化巡檢采集到的數據經過同一化處理后，除了能夠實現可視化瀏覽外，還能夠基于圖表的形式實現某些屬性的可視化，并且可以通過圖像操作完成部件的可視化編輯。

4.4 故障診斷

輸電線路的可視化巡檢必須以無人機作為傳感器載體，采集點云、影像數據，進行缺陷與隱患的分析，并將無人機搭載的各種傳感器數據進行同一化處理，實現輸電線路運行狀態(tài)的全方位、多角度分析。分析的具體內容包括不同部件之間的安全距離、線路附屬零部件的破損程度等，最終輸出能夠描述輸電線路運行狀態(tài)的運行分析報告以及其他附屬文件。

5 應用分析

采用無人機進行輸電線路可視化巡檢時，由于傳感器的多樣化，因此能夠得到諸如激光點云、可見光影像、紅外數據等多種類型的數據，再根據無人機的巡檢路徑、傳感器的采集方式等，對輸電線路的運行狀態(tài)進行綜合診斷。在進行電力巡檢時，由于輸電線路結構復雜、數量眾多，單條輸電線路也進行反復多次巡檢是十分有必要的，因此輸電線路的運行數據也是隨著巡檢次數的增加而增加的。對于輸電線路巡檢產生的大量數據和診斷結果，必須要根據實際情況建立科學、合理的數據庫，對數據資源進行有效的管理和運用。

6 結束語

針對輸電線路常規(guī)運營維護以及故障處理的業(yè)務需求，本文有針對性地對輸電線路可視化巡檢系統(tǒng)進行深入研究，并對該系統(tǒng)進行應用分析。本文所研究的輸電線路可視化巡檢系統(tǒng)能夠對輸電線路進行可視化管理，管理上實現了對海量巡檢數據的高效管理；在數據處理上能夠對數據和資源進行高效利用，經過對這些數據的協(xié)同分析，進一步實現了數據的深度處理。未來可以結合輸電線路的環(huán)境數據等多維度信息實現對輸電線路的故障預警功能。