輸電線路外破隱患空間距離三維點云測量方法

摘 要：【目的】輸電線路容易受到外力破壞，如建筑施工和車輛碰撞等。通過準(zhǔn)確測量外破隱患空間距離，可以預(yù)警并及時采取措施避免故障發(fā)生，進而保障輸電線路的安全穩(wěn)定運行。但在輸電線路較長的情況下，區(qū)域點云密度不均勻性會明顯增加，給計算外破隱患空間距離帶來困難，同時在噪聲點的干擾下，測量誤差和轉(zhuǎn)換參數(shù)不準(zhǔn)確等問題導(dǎo)致故障點與端點之間產(chǎn)生坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差。為了及時智能化測量輸電線路外破故障點與端點之間的距離、快速消除外破故障，提出了一種輸電線路外破隱患空間距離三維點云測量方法。【方法】基于點云密度的高程濾波區(qū)間，利用ｋｄｔｒｅｅ空間結(jié)構(gòu)遍歷整幅圖像，獲取點云數(shù)據(jù)。對三維點云提取到的輸電線路目標(biāo)圖像進行色彩調(diào)整、旋轉(zhuǎn)、分辨率調(diào)整以及翻轉(zhuǎn)等一系列預(yù)處理；當(dāng)輸電線路外破引起不對稱短路故障時，結(jié)合輸電線路的正序電感、電容以及容抗信息，解算目標(biāo)像素點后的輸電線路外破隱患空間距離，分析輸電線路兩端的正序分量和負序分量，對目標(biāo)像素點進行解算，消除故障點處不同步相角的影響，構(gòu)建空間距離測量函數(shù)，根據(jù)子空間網(wǎng)格點云的最小值和均值之和確定搜索半徑，解算目標(biāo)圖像中的像素點，實現(xiàn)對輸電線路外破隱患空間距離的精準(zhǔn)測量。【結(jié)果】所提方法在不同步相角和不同過渡電阻下，測距絕對誤差較小，最大值未超過２ｍ，不存在偽根情況，所測量的空間距離與故障距離最為接近，可實現(xiàn)對輸電線路外破隱患精準(zhǔn)測距。在惡劣天氣或復(fù)雜地形條件下，若人員難以到達現(xiàn)場巡檢，可通過遠程監(jiān)控點云數(shù)據(jù)來分析外破隱患空間距離，如果發(fā)現(xiàn)某一物體（如正在靠近輸電線路的施工機械）與輸電線路之間的空間距離逐漸縮小，當(dāng)達到設(shè)定的危險閾值時，系統(tǒng)需要發(fā)出預(yù)警并及時采取措施避免外破事故的發(fā)生。【結(jié)論】采用三維點云測量技術(shù)對輸電線路外破隱患空間距離進行測量，可以實時監(jiān)測輸電線路周圍環(huán)境，全面準(zhǔn)確地掌握輸電線路的健康狀況。根據(jù)實際情況優(yōu)化巡檢策略，重點巡檢外破隱患風(fēng)險較高的區(qū)域，減少不必要的巡檢工作量，提高運維效率。

關(guān) 鍵 詞：目標(biāo)像素點；輸電線路外破隱患；空間距離；三維點云；測距函數(shù)；不同步相角

中圖分類號：ＴＰ４７３ 文獻標(biāo)志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２５）０１－００１４－０７

輸電線路破損檢查主要依靠日常巡檢、維護和檢修來實現(xiàn)［１－２］，在某些方面可以采用“技防”手段，而可靠運行需要考慮外部破壞因素，主要通過“人防”來實現(xiàn)。相對來說“人防”手段較為復(fù)雜，需要工作人員及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，并保持隱患在可控范圍內(nèi)，不會對整體線路造成嚴(yán)重影響。隨著鳥害和違章建筑等外部破壞因素的不斷增多，輸電線路外破隱患種類出現(xiàn)了直線上升的趨勢。利用智能化技術(shù)對輸電線路外破隱患空間距離進行測量，是當(dāng)前相關(guān)學(xué)者亟須解決的難題之一。

陳旭等［３］根據(jù)桿塔直線距離實現(xiàn)了對線路雙端非同步故障的測距。在分布參數(shù)模型的基礎(chǔ)上對線路長度進行等倍數(shù)放大并引入解析表達式，根據(jù)桿塔直線距離計算故障間的距離。高淑萍等［４］在故障發(fā)生的第一時間確定故障線路，利用小波包分解方法對電壓故障分量進行小波包能量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的樣本輸入到ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進行非線性擬合，經(jīng)過不斷訓(xùn)練后輸出故障線路的距離測量結(jié)果。但上述兩種方法的測距結(jié)果均存在偽根，與實際結(jié)果存在一定的誤差。

為了解決上述問題，本文提出了一種輸電線路外破隱患空間距離三維點云測量方法。通過三維點云提取輸電線路目標(biāo)圖像，對其訓(xùn)練后得到目標(biāo)點的類別、邊框和置信度；建立新的測距函數(shù)，通過解算目標(biāo)像素點消除不同步相角對測距精度的影響，在保證較高精度的前提下完成對輸電線路外破隱患空間距離的測量。將所提方法與其他方法展開對比實驗測試，驗證了所提方法的測量誤差最小，且受步相角和過渡電阻的影響較小。