CN108680925B - 一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法，它包括：步骤1、输电线路通道激光点云数据采集；步骤2、输电线路通道激光点云数据处理与分类；步骤3、实时相间距离测量；解决了现有技术存在的效率低、投入高和由于受巡查频次限制，不能保证发现缺陷的及时性，更无法灵活的测量各种气象条件及工况的相间距离，导致不能及时发现潜在的危险点等技术问题。

Description

一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法
技术领域：
本发明属于输电线路监测技术，尤其涉及一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法。
背景技术：
输电线路导线相间距离过近时会发生相间闪络，导致跳闸事故，尤其是在大风、覆冰、降雪等恶劣天气时，受外力影响使得导线下垂或偏移，从而导致相间距离变近，容易发生电力事故。目前，输电导线相间距离的测量一般通过借助经纬仪、全站仪、激光测距仪等仪器进行定期的人工测量，人工测量虽也能满足一定的巡检需求，但是存在以下明显缺点：(1)效率低。传统的人工测量方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。(2)投入高。人工测量方式由于效率低需要投入大量的人力、物力，花费更多的时间才能完成辖区内输电线路的完整巡查，导致资金投入高。(3)灵活性低。电力线在自然环境中经常会受到气象条件等外界因素及工况条件的影响，导线弧垂实时变化，导线与导线间的距离也在动态变化，人工测量方式只能测量到当时的情况，并且由于受巡查频次限制，不能保证发现缺陷的及时性，更无法灵活的测量各种气象条件及工况的相间距离，导致不能及时发现潜在的危险点。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法，以解决现有技术存在的效率低、投入高和由于受巡查频次限制，不能保证发现缺陷的及时性，更无法灵活的测量各种气象条件及工况的相间距离，导致不能及时发现潜在的危险点等技术问题。
本发明技术方案：
一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法，它包括：
步骤1、输电线路通道激光点云数据采集；
步骤2、输电线路通道激光点云数据处理与分类；
步骤3、实时相间距离测量。
它还包括：
步骤4、进行各工况模拟下相间距离测量。
步骤1所述输电线路通道激光点云数据采集方法为：操纵搭载激光雷达设备的无人机沿输电线路走向，根据制定的飞行方案对输电线路通道进行激光扫描，并通过解算获取点云数据，具体步骤包括：
步骤1.1、飞行方案制定：根据输电线路地形图和禁飞区域图确定无人机扫描范围，制定飞行路线、飞行高度、飞行速度；申请航线和空域，收集作业区域的已有测绘资料，布设GNSS控制网，解算获取控制点坐标；
步骤1.2、获取点云数据：通过导出GPS与IMU数据、解算DGPS数据、联合处理GPS数据和IMU数据、计算激光点云的三维空间坐标获取到las格式的激光点云数据。
步骤2所述输电线路通道激光点云数据处理与分类方法为：通过对输电线路激光点云数据进行去噪处理后将点云数据分成地面点、杆塔点、电力线点和其他点4类。
步骤3所述实时相间距离测量的方法包括：
步骤3.1、以1米为间隔将分类出的一档三维电力线组进行分段，得到各线段集合： 其中，t表示一档电力线组中电力线根数；n表示分段数；表示第t根线的第n段线段；Ln表示第n段线段集合；
步骤3.2、构造与各线段集合中三维线段垂直的二维平面{γ1，γ2，……，γn}，其中n表示分段数；
步骤3.3、提取各线段集合中各三维线段与对应二维垂直平面的二维交点并计算其坐标值 其中Pn表示各线段集合中各三维线段与对应垂直面的交点集合；表示第t根电力线的第n段线段与对应垂直面的交点；
步骤3.4、计算各交点集合Pn中两两二维交点之间的距离，此距离即对应电力线每1米处各相相间距离。
步骤4所述进行各工况模拟下相间距离测量的方法为：提取步骤2分类出的电力线的挂点坐标计算档距和高差，将档距、高差和工况参数代入悬链线方程，模拟出各工况下的电力线；并重复步骤3测量各工况下导线相间距离。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的一种基于激光点云数据的输电线路导线相间距离测量方法弥补了传统巡检方式效率低、投入高、灵活性低等缺点，采用机载激光扫描获取输电线路激光点云数据的方式，通过对电力线的提取精确测量电力线相间安全距离，同时模拟各工况条件下电力线，对不同状态下输电线进行相间安全距离测量，实现各工况下潜在危险及隐患点的预警分析，可助及时清除掉隐患点，实时保障输电线路运维安全，本发明具有精度高、实时性、成本低、响应快、灵活度高等优势，为输电线路乃至整个电网的安全稳定运行提供了保障，具有较强的实用价值和现实意义；解决了现有技术存在的效率低、投入高和由于受巡查频次限制，不能保证发现缺陷的及时性，更无法灵活的测量各种气象条件及工况的相间距离，导致不能及时发现潜在的危险点等技术问题。
具体实施方式：
本发明一种基于激光点云数据的输电线路导线相间距离测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、输电线路通道激光点云数据采集；
步骤1所述输电线路通道激光点云数据采集为：操纵搭载激光雷达设备的无人机沿输电线路走向，根据预先制定的飞行方案对输电线路通道进行激光扫描，并通过解算获取点云数据。
(1)飞行方案制定：根据输电线路地形图和禁飞区域图确定无人机扫描范围，制定飞行路线、飞行高度、飞行速度。申请航线和空域，收集作业区域的已有测绘资料，布设GNSS控制网，内业解算获取控制点坐标。
(2)获取点云数据：通过导出GPS与IMU数据、解算DGPS数据、联合处理GPS数据和IMU数据、计算激光点云的三维空间坐标获取到las格式的激光点云数据。
步骤2、输电线路通道激光点云数据处理与分类；
步骤2所述输电线路激光点云数据处理与分类方法为：通过对输电线路激光点云数据进行去噪处理后将点云数据分成地面点、杆塔点、电力线点、其他点4类；本文所述其他点为：点云数据中除去地面点、杆塔点和电力线点后剩下的点云数据均为其他点。
(1)点云去噪：噪声的存在会干扰点云数据后续的分析处理，激光点云数据中的噪声点主要为孤点和离群点。通过聚类分析将点云数据分成多个点云集合后，计算各集合的数量、点云密度、集合间距离3个参数并赋予不同权重，综合分析计算后判断该集合是否为噪声，实现噪声的去除。
(2)点云分类：采用对点云按高程排序后内插构TIN的方式逼近地形，实现地面点云与非地面点云的分类；采用结合曲线拟合与高程分层投影的算法实现非地面点云中电力线点云的分类；采用结合格网划分、高度阈值、空间间隔统计比率阈值和格网区域增长的算法实现非地面点中杆塔点云的分类。
步骤3、实时相间距离测量。
步骤3所述实时相间距离测量方法为：
(1)以1米为间隔将分类出的一档三维电力线组进行分段，得到各线段集合：其中，t表示一档电力线组中电力线根数；n表示分段数；表示第t根线的第n段线段；Ln表示第n段线段集合；
(2)构造与各线段集合中三维线段垂直的二维平面{γ1，γ2，……，γn}，其中n表示分段数；
(3)提取各线段集合中各三维线段与对应二维垂直平面的二维交点并计算其坐标值 其中Pn表示各线段集合中各三维线段与对应垂直面的交点集合；表示第t根电力线的第n段线段与对应垂直面的交点；
(4)计算各交点集合Pn中两两二维交点之间的距离，此距离即对应电力线每1米处各相相间距离，并参照国标《110～750kV架空输电线路设计规范》以及《66kv及以下架空电力线路设计规范》判断相间距离是否超出安全距离。
步骤4、各工况模拟下相间距离测量。
步骤4所述各工况包括由大风、覆冰及最低气温三个因素组合成的三种气象条件：1)大风工况，此工况下无覆冰，气温取该地区发生大风月的平均气温；2)电力覆冰工况，此工况下根据雨凇形成规律，取相应的风速为10m/s，若地区最大风速很大(如35m/s以上)取相应风速为15m/s，气温取-5°。3)最低气温工况，此工况下不出现冰、风。
所述模拟方法为：提取步骤2分类出的电力线的挂点坐标计算档距和高差，将档距、高差、各工况参数等一并代入悬链线方程，模拟出各工况下的电力线。并重复步骤3测量各工况下导线相间距离。

Claims (3)

1.一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法，它包括：
步骤1、输电线路通道激光点云数据采集；
步骤2、输电线路通道激光点云数据处理与分类；
步骤3、实时相间距离测量；
步骤3所述实时相间距离测量的方法包括：
步骤3.1、以1米为间隔将分类出的一档三维电力线组进行分段，得到各线段集合：其中，t表示一档电力线组中电力线根数；n表示分段数；表示第t根线的第n段线段；Ln表示第n段线段集合；
步骤3.2、构造与各线段集合中三维线段垂直的二维平面{γ1，γ2，……，γn}，其中n表示分段数；
步骤3.3、提取各线段集合中各三维线段与对应二维垂直平面的二维交点并计算其坐标值
其中Pn表示各线段集合中各三维线段与对应垂直面的交点集合；表示第t根电力线的第n段线段与对应垂直面的交点；
步骤3.4、计算各交点集合Pn中两两二维交点之间的距离，此距离即对应电力线每1米处各相相间距离；
步骤4、进行各工况模拟下相间距离测量；
步骤4所述进行各工况模拟下相间距离测量的方法为：提取步骤2分类出的电力线的挂点坐标计算档距和高差，将档距、高差和工况参数代入悬链线方程，模拟出各工况下的电力线；并重复步骤3测量各工况下导线相间距离；
所述各工况包括由大风、覆冰及最低气温三个因素组合成的三种气象条件；1)大风工况，此工况下无覆冰，气温取该地区发生大风月的平均气温；2)电力覆冰工况，此工况下根据雨凇形成规律，取相应的风速为10m/s；若地区最大风速35m/s以上，取相应风速为15m/s，气温取-5°；3)最低气温工况。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法，其特征在于：步骤1所述输电线路通道激光点云数据采集方法为：操纵搭载激光雷达设备的无人机沿输电线路走向，根据制定的飞行方案对输电线路通道进行激光扫描，并通过解算获取点云数据，具体步骤包括：
步骤1.1、飞行方案制定：根据输电线路地形图和禁飞区域图确定无人机扫描范围，制定飞行路线、飞行高度、飞行速度；申请航线和空域，收集作业区域的已有测绘资料，布设GNSS控制网，解算获取控制点坐标；
步骤1.2、获取点云数据：通过导出GPS与IMU数据、解算DGPS数据、联合处理GPS数据和IMU数据、计算激光点云的三维空间坐标获取到las格式的激光点云数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光点云数据的输电线路导线相间测量方法，其特征在于：步骤2所述输电线路通道激光点云数据处理与分类方法为：通过对输电线路激光点云数据进行去噪处理后将点云数据分成地面点、杆塔点、电力线点和其他点4类。
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