CN103884939B - 基于pms的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于架空电力线路巡检技术领域的一种基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统。该系统包括由数据采集装置、数据传输装置组成的数据层和由三维图像动态显示区域、监控管理区域、安全性分析区域、故障数据报告区域组成的应用层。数据采集装置将硬件资源上传的到该装置中的数据进行简单加工；数据传输装置将由数据采集装置初步加工处理后的数据传送给应用层。该系统建立于输电工程管理系统PMS，能够在地理背景图上对输变电区域内的各种地理信息以及杆塔参数、电力设备设施等进行综合分析和管理，从而更好的辅助电网的规划、设计、施工、运行管理和科学决策，完成电网运维数据分析。

Description

基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统

技术领域

本发明属于架空电力线路巡检技术领域，特别涉及一种基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统。

背景技术

科技信息化技术的不断发展使国家电网公司逐渐走向信息化、标准化、规范化、现代化，开创电网公司信息化工作的新局面，并己经建成并投运了若干管理信息系统。

PMS（电力生产管理系统）是国家电网公司推广的“SG186”信息化工程的一部分，以国际电工组织CIM模型为基础，执行国网下发的标准，实现了输变配电统一设备建模和输变配电业务生产管理，以及对电网资源属性、图形、拓扑、实时信息的一体化管理。

目前架空电力线路巡检运维信息和参数主要依靠人工收集，电力设备设施的综合分析和管理也主要依赖人工，但是依靠人工完成架空电力线路信息参数的收集既效率低下又危险；人工收集数据往往实时效果差，不利于对电网进行及时的规划决策。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统，其特征在于，

该系统包括数据层210和应用层200；

所述数据层210包括数据采集装置211和数据传输装置212；

所述应用层200包括三维图像动态显示区域201，监控管理区域202，安全性分析区域203和故障数据报告区域204；

数据采集装置211和数据传输装置212相连；数据传输装置212和三维图像动态显示区域201相连；三维图像动态显示区域201分别和监控管理区域202，安全性分析区域203相连；安全性分析区域203和故障数据报告区域204相连；

所述数据采集装置211将硬件资源上传到该装置中的点云数据进行去噪、整合配准和结构化，以减少点云数据传输量，增加点云数据的紧凑性和密集度；

所述数据传输装置212将由数据采集装置211处理后的点云数据传送给应用层200的三维图像动态显示区域201；

所述三维图像动态显示区域201是将数据传输装置212传送来的点云数据进行分析处理，应用虚拟现实和三维地图技术，对输变电区域的设备分布进行三维重建，生成三维图像并显示；

所述监控管理区域202用于监控三维图像动态显示区域201生成的动态显示的三维图像；

所述安全性分析区域203是对三维图像动态显示区域201生成的动态显示的三维图像进行处理和分析；

所述故障数据报告区域204将安全性分析区域203得到的线路异常信息、巡检时间、线路名称、线路所在地形地貌和气象情况整理成完整、规范的故障报告。

所述硬件资源包括激光雷达和传感器。

所述上传的点云数据包括激光雷达扫描数据、飞行数据和传感器数据。

所述对点云数据整合配准就是确定一个合适的坐标变换，将从各个视角得到的点集合到一个统一的坐标系下，形成一个完整的点云数据，然后进行可视化操作；

所述结构化就是将点云数据存储成激光雷达标准文件格式。

发明的有益效果：与现有技术相比，本发明建立于输电工程管理系统，能够在地理背景图上对输变电区域内的各种地理信息以及杆塔参数、电力设备设施等进行综合分析和管理，从而更好的辅助电网的规划、设计、施工、运行管理和科学决策，完成电网运维数据分析。

附图说明

图1为一种基于PMS的电力线路巡检运维系统架构图；

图2为本发明提出的基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示为一种基于PMS的电力线路巡检运维系统架构图。其按分层模式进行设计和开发，共分为三层，分别是需求管理层100、运维计划管理层110、运维执行管理层120，每一层完成相对独立的功能，由多个功能模块或组件组成。层与层之间通过定义良好的消息和接口进行交互，防止跨层的信息直接传递。

需求管理层100是根据历史数据单元101和用户需求单元102，分析并制定总需求，是运维计划管理层110中运维计划的制定的前提。

运维计划管理层110是管理整个输变电运维系统的决策层，它的核心部分是运维计划单元111，该运维计划单元111由需求管理层100提供的分析结果决定。运维计划单元111可分为设备配置单元112、运行监控单元113和安全评估单元114，其中运行监控单元113又分为远程监控单元115和人工巡检单元116。

运维执行管理层120是最终执行计划的管理层，是联系运维系统最终执行者与运维计划的枢纽。它分为设备引进与装配单元123、激光雷达模块121、人员调度单元122和故障处理单元124，其中设备引进与装配单元123是运维计划管理层110中设备配置单元112的最终执行管理单元，人员调度单元122是人工巡检单元116在人员上的安排，故障处理单元124对应于安全评估单元114。激光雷达模块121是远程监控单元115的执行部分，其可采用图2中所示的基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统来实现。

如图2所示，基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统分为数据层210和应用层200两部分。数据层210主要包括数据采集装置211和数据传输装置212。应用层200主要包括三维图像动态显示区域201，监控管理区域202，安全性分析区域203，故障数据报告区域204。数据采集装置211和数据传输装置212相连；数据传输装置212和三维图像动态显示区域201相连；三维图像动态显示区域201分别和监控管理区域202，安全性分析区域203相连；安全性分析区域203和故障数据报告区域204相连。

数据采集装置211将硬件资源（激光雷达和传感器）上传给本装置的点云数据进行简单加工，包括去除由于测量方法、外界环境干扰等影响所产生的噪声，然后对点云数据进行整合配准和结构化，以减少数据传输量，增加数据的紧凑性和密集度。对点云数据整合配准就是确定一个合适的坐标变换，将从各个视角得到的点集合到一个统一的坐标系下，形成一个完整的点云数据，然后进行可视化操作；结构化就是将点云数据存储成激光雷达标准文件格式。

上传的点云数据包括激光雷达扫描数据、飞行数据和传感器数据。激光雷达扫描数据就是激光雷达扫描得到的离散点云数据集；飞行数据提供无人机飞行的姿态；传感器数据包括陀螺仪数据（测无人机在飞行过程中俯仰角、横滚角和偏航角的角速度）及超声波数据等。这些点云数据主要用来保证平稳飞行以及避障。

数据传输装置212将由数据采集装置211处理后的点云数据传送给应用层200的三维图像动态显示区域201。由于数据传输中数据类型多而杂，为保证数据传输的高效性和安全性，针对激光雷达数据的特点，选择恰当的数据传输协议，并强化数据传输过程中密钥类型和身份认证环节的保密性。

三维图像动态显示区域201是将传输到本数据应用分析模块中的数据进行分析处理，应用虚拟现实和三维地图等理论和技术，对输变电区域的设备分布进行三维重建，生成三维图像并显示。此功能区域是其它区域的前提和基础，其它功能区域是在本区域的处理结果上进行进一步分析应用的结果。

监控管理区域202对基于PMS的电力线路巡检运维系统管理的输变电区域进行实时监督分析和远程控制，其主要功能是监控三维图像动态显示区域201生成的动态显示的三维图像，若三维图像有异常，及时通过基于PMS的电力线路巡检运维系统或者管理人员人为操作进行及时处理。

在监控管理区域202，用户可以选择全局查看三维图像，也可以选择在局部区域放大重点查看；可以从各个角度观察三维图像，用户也可以直接在三维图像上量取任意两点间的真实距离，或者准确量测感兴趣地物与线路的距离，也可以对危险点进行地理定位等。

管理人员通过查看三维图像发现有疑似异常点之后，在监控管理区域重点详细查看，计算各项指标参数。

通过查看三维图像，可以清楚发现以下输电线运行异常情况，

1.杆塔本体异常：杆塔倾斜（甚至倒塔）、挠曲等；

2.输电线异常：输电线断裂，输电线弧垂过大等；

3.输电线路走廊异常：植被、建筑等与输电线不在安全距离之内等。

安全性分析区域203是对三维图像动态显示区域201生成的动态显示的三维图像进行处理和分析。然后根据国家输变电的各项标准（例如弧垂、杆塔倾斜角度安全范围，植被建筑与输电线路安全距离范围等）对架空输电线路运行状态进行评估，若某项指标参数（如弧垂、植被建筑与输电线路距离和杆塔倾斜角度等）不符合国标中的规定，及时提醒管理人员并显示在基于PMS的电力线路巡检运维系统中。

其中，弧垂是通过计算导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。植被建筑与输电线路距离通过计算其与输电线最短垂直距离得到。杆塔倾斜角度可以通过计算杆塔顶部中心到地面铅垂距离得到。

故障数据报告区域204将安全性分析区域203得到的线路异常信息，以及巡检时间、线路名称、线路所在地形地貌、气象情况等信息整理成完整、规范的故障报告。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以根据前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统，其特征在于，该系统包括数据层(210)和应用层(200)；

所述数据层(210)包括数据采集装置(211)和数据传输装置(212)；

所述应用层(200)包括三维图像动态显示区域(201)，监控管理区域(202)，安全性分析区域(203)和故障数据报告区域(204)；

数据采集装置(211)和数据传输装置(212)相连；数据传输装置(212)和三维图像动态显示区域(201)相连；三维图像动态显示区域(201)分别和监控管理区域(202)，安全性分析区域(203)相连；安全性分析区域(203)和故障数据报告区域(204)相连；

所述数据采集装置(211)将硬件资源上传到数据采集装置(211)中的点云数据进行去噪、整合配准和结构化，以减少点云数据传输量，增加点云数据的紧凑性和密集度；

所述数据传输装置(212)将由数据采集装置(211)处理后的点云数据传送给应用层(200)的三维图像动态显示区域(201)；

所述三维图像动态显示区域(201)是将数据传输装置(212)传送来的点云数据进行分析处理，应用虚拟现实和三维地图技术，对输变电区域的设备分布进行三维重建，生成三维图像并显示；

所述监控管理区域(202)用于监控三维图像动态显示区域(201)生成的动态显示的三维图像；

所述安全性分析区域(203)是对三维图像动态显示区域(201)生成的动态显示的三维图像进行处理和分析；

所述故障数据报告区域(204)将安全性分析区域(203)得到的线路异常信息、巡检时间、线路名称、线路所在地形地貌和气象情况整理成完整、规范的故障报告；

所述系统实现激光雷达模块(121)的功能，激光雷达模块(121)是远程监控单元(115)的执行部分，远程监控单元(115)与人工巡检单元(116)、人员调度单元(122)、设备引进与装配单元(123)、故障处理单元(124)一起构成运维执行管理层(120)，运维执行管理层(120)与需求管理层(100)、运维计划管理层(110)构成一种基于PMS的电力线路巡检运维系统；每一层完成相对独立的功能，由多个功能模块或组件组成，层与层之间通过定义良好的消息和接口进行交互，防止跨层的信息直接传递。

2.根据权利要求1所述的基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统，其特征在于，所述硬件资源包括激光雷达和传感器。

3.根据权利要求1所述的基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统，其特征在于，所述上传的点云数据包括激光雷达扫描数据、飞行数据和传感器数据。

4.根据权利要求1所述的基于PMS的电力线路激光雷达扫描数据应用分析系统，其特征在于，对点云数据的所述整合配准就是确定一个合适的坐标变换，将从各个视角得到的点集合到一个统一的坐标系下，形成一个完整的点云数据，然后进行可视化操作；所述结构化就是将点云数据存储成激光雷达标准文件格式。