CN108663669A - 用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，包括无人机搭载激光雷达系统，通过所述无人机搭载激光雷达系统获取真实点云数据，为输电线路监护人员提供数据基础，并对点云数据进行处理；三维量测分析模块，所述三维量测分析模块用于实现对线路任意点距离量测、面积量测，能够直接精确测量出输电线路各点的坐标、高程、任意两点间空间距离、任意点高程，能够精确测量电力线相间距离，为间隔棒的制作与安装提供精确尺度，本发明具有快速获取高精度激光点云和高分辨率数码影像的优点，无论对新建线路的走向选择设计，还是对已建线路的危险点巡线检查、线路资产管理以及各种专业分析，都带来了传统测绘手段所不具备的作业模式和技术优势。

Description

用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统

技术领域

本发明涉及电力巡线领域，具体涉及到用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统。

背景技术

近年来，随着中国经济建设的高速发展，用电需求高速增长，对电网建设的需求亦日益强烈。与此同时，面对已建成的漫长电力网络，如何有效地对其进行管理，以保证电网的正常运行，确保电力的安全输送，亦显得更加重要。一次停电事故的发生不但给电网经营企业的经济效益带来损失，而且对电力用户和整个社会都将造成严重的影响；

由于国内电网不断扩大，长距离输电线路如特(超)高压线路增长迅速，而且很多的输电线路分布在崇山峻岭之中，为了日常电力线的维护、更新电力台账数据、防止电力事故的发生等工作，需要对电力线进行日常的巡查工作。目前，电力巡线工作主要由电力工人翻山越岭，采用人工观察或者无人机影像查看对现有电力线进行巡查，存在作业强度大、作业周期长，数据不直观、精度低、再利用程度不高以及地形复杂地区难以工作等缺点。

发明内容

为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，本发明具有快速获取高精度激光点云和高分辨率数码影像的优点，无论对新建线路的走向选择设计，还是对已建线路的危险点巡线检查、线路资产管理以及各种专业分析，都带来了传统测绘手段所不具备的作业模式和技术优势。

本发明提供了用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，包括无人机搭载激光雷达系统，通过所述无人机搭载激光雷达系统获取真实点云数据，为输电线路监护人员提供数据基础，并对点云数据进行处理；三维量测分析模块，所述三维量测分析模块用于实现对线路任意点距离量测、面积量测，能够直接精确测量出输电线路各点的坐标、高程、任意两点间空间距离、任意点高程，能够精确测量电力线相间距离，为间隔棒的制作与安装提供精确尺度。

上述的系统，其中，还包括滤波与地物分类模块，所述滤波与地物分类模块用于实现激光点云的滤波处理和点云分类，将点云数据划分为地表点云、输电本体点云及走廊内地物点云。

上述的系统，其中，还包括三维建模模块，所述三维建模模块通过激光点云滤波结果，生成高精度的数字高程模型DEM，实现线路走廊三维地形还原。

上述的系统，其中，还包括电力线提取模块，所述电力线提取模块利用分类后的线路走廊地物的激光点云，跟踪相邻点云数据，将同一条线路上的点云数据识别出来，并输出矢量化的电力线成果。

上述的系统，其中，还包括电力安全运行分析模块，所述电力安全运行分析模块基于激光点云数据精确量测线路走廊地物到导线的距离是否满足安全运行要求。

上述的系统，其中，所述无人机搭载激光雷达系统包括惯性测量单元、差分GPS、激光扫描测距系统和成像装置。

上述的系统，其中，所述点云数据进行处理包括点云特征提取，所述点云特征提取包括：点云的空间坐标、强度信息、回波信息、基于特征空间的特征、基于回波的特征、基于密度的特征。

本发明提供了用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统具有以下有益效果：1、本发明具有快速获取高精度激光点云和高分辨率数码影像的优点，无论对新建线路的走向选择设计，还是对已建线路的危险点巡线检查、线路资产管理以及各种专业分析，都带来了传统测绘手段所不具备的作业模式和技术优势；2、机载激光雷达扫描测量系统集成了激光传感器、定位定姿系统、高分辨率数码相机、计算机控制单元、无人机飞行平台等，具有集成度高、质量轻、数据精度高、运行成本低、使用限制少、操作维护简单、快速拆装、方便携带等特点。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，包括无人机搭载激光雷达系统，通过所述无人机搭载激光雷达系统获取真实点云数据，为输电线路监护人员提供数据基础，并对点云数据进行处理；三维量测分析模块，所述三维量测分析模块用于实现对线路任意点距离量测、面积量测，能够直接精确测量出输电线路各点的坐标、高程、任意两点间空间距离、任意点高程，能够精确测量电力线相间距离，为间隔棒的制作与安装提供精确尺度。

在本发明中，新建线路的验收及原始档案的建立。主要包括：线路通道(树木房屋)、交叉跨越(输电线路、高速、铁路等)、杆塔本体(各部件安全距离、倾斜等)、导地线弧垂及线间距离等。对运行中的输电线路，测量导线与树竹、新建房屋等的安全距离，对树竹的生长趋势进行判断等，大负荷高温等情况导地线弧垂的检测和交叉跨越点线间距的测量。带点作业前校核杆塔各部件之间的安全距离测量。如塔窗结构尺寸、导线间安全距离等。

在本发明中，机载激光雷达扫描测量系统集成了激光传感器、定位定姿系统、高分辨率数码相机、计算机控制单元、无人机飞行平台等，具有集成度高、质量轻、数据精度高、运行成本低、使用限制少、操作维护简单、快速拆装、方便携带等特点。通过无人机搭载激光雷达系统获取真实点云数据，为输电线路监护人员提供数据基础，通过专业电力三维激光点云软件处理，以电力走廊内的关键对象—电力线与电力塔为核心，发现输电线路设施设备异常和隐患，以及线路走廊中被跨越物对线路的威胁。标识高大植被、高层建筑、穿越线路等关注地物，分析相互之间的拓扑关系与相互作用，输出图表提示危险排查区域，检测建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范。

本发明一优选而非限制的实施例中，还包括滤波与地物分类模块，所述滤波与地物分类模块用于实现激光点云的滤波处理和点云分类，将点云数据划分为地表点云、输电本体点云及走廊内地物点云。将点云导入到专业电力点云分析软件中进行处理。利用机载激光雷达获取的高精度点云，快速获得高精度三维线路走廊地形地貌、线路设施设备，以及走廊地物(包括电塔、塔杆、挂线点位置、电线弧垂、树木、建筑物等)的精确三维空间信息和三维模型。根据输电线路安全距离的要求，可分析线路走廊内导线与植被、建筑物、交叉跨越等净空距离，进而确定线路运行状态是否安全，并对超过预定安全距离的危险点形成报表并进行标识提示，最大限度的发挥系统的输电能力。

本发明一优选而非限制的实施例中，还包括三维建模模块，所述三维建模模块通过激光点云滤波结果，生成高精度的数字高程模型DEM，实现线路走廊三维地形还原。

本发明一优选而非限制的实施例中，还包括电力线提取模块，所述电力线提取模块利用分类后的线路走廊地物的激光点云，跟踪相邻点云数据，将同一条线路上的点云数据识别出来，并输出矢量化的电力线成果。

本发明一优选而非限制的实施例中，还包括电力安全运行分析模块，所述电力安全运行分析模块基于激光点云数据精确量测线路走廊地物到导线的距离是否满足安全运行要求。具体为：直接基于激光点云数据精确量测线路走廊地物(特别是树木、房屋、交叉跨越)到导线的距离是否满足安全运行要求。按照相关标准设置这些地物点到电线的安全距离要求，进而自动进行安全距离检测计算，一旦该类别地物到电线的距离不符合相关要求，则自动报警，汇总输出危险点统计图表，以便于运行维护人员野外现场检修。

本发明一优选而非限制的实施例中，无人机搭载激光雷达系统包括惯性测量单元、差分GPS、激光扫描测距系统和成像装置。

本发明一优选而非限制的实施例中，点云数据进行处理包括点云特征提取，所述点云特征提取包括：点云的空间坐标、强度信息、回波信息、基于特征空间的特征、基于回波的特征、基于密度的特征。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，包括无人机搭载激光雷达系统，通过所述无人机搭载激光雷达系统获取真实点云数据，为输电线路监护人员提供数据基础，并对点云数据进行处理；三维量测分析模块，所述三维量测分析模块用于实现对线路任意点距离量测、面积量测，能够直接精确测量出输电线路各点的坐标、高程、任意两点间空间距离、任意点高程，能够精确测量电力线相间距离，为间隔棒的制作与安装提供精确尺度。

2.如权利要求1所述的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，还包括滤波与地物分类模块，所述滤波与地物分类模块用于实现激光点云的滤波处理和点云分类，将点云数据划分为地表点云、输电本体点云及走廊内地物点云。

3.如权利要求2所述的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，还包括三维建模模块，所述三维建模模块通过激光点云滤波结果，生成高精度的数字高程模型DEM，实现线路走廊三维地形还原。

4.如权利要求3所述的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，还包括电力线提取模块，所述电力线提取模块利用分类后的线路走廊地物的激光点云，跟踪相邻点云数据，将同一条线路上的点云数据识别出来，并输出矢量化的电力线成果。

5.如权利要求4所述的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，还包括电力安全运行分析模块，所述电力安全运行分析模块基于激光点云数据精确量测线路走廊地物到导线的距离是否满足安全运行要求。

6.如权利要求5所述的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，所述无人机搭载激光雷达系统包括惯性测量单元、差分GPS、激光扫描测距系统和成像装置。

7.如权利要求5所述的用于电力巡线中应用的机载激光雷达系统，其特征在于，所述点云数据进行处理包括点云特征提取，所述点云特征提取包括：点云的空间坐标、强度信息、回波信息、基于特征空间的特征、基于回波的特征、基于密度的特征。