CN110686608A - 用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置及其测量方法，该装置包括：激光发射模块、激光接收模块和控制模块；激光发射模块用于向待测物发射呈单列条状扇形的激光点云；激光接收模块用于接收待测物反射回来的激光点云；控制模块用于记录激光发射模块发射每一点激光点云的发射时间，和激光接收模块接收待测物反射回来的每一点激光点云的接收时间，根据接收时间和发射时间计算导线到测量装置的距离，并根据接收的激光点云生成激光点云图像；还用于根据未覆冰的激光点云图像和覆冰时的激光点云图像，计算导线覆冰厚度。本发明采用非接触方式即可实现导线的冰厚测量。

Description

用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及电网防护技术领域，尤其涉及一种用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置及其测量方法。
背景技术
电网覆冰能导致输电线路断线、倒塔，是电网安全稳定运行的“恶魔”。2008年，中国南方省份电网遭遇严重冰灾，倒塔70余万基，直接财产损失250亿元，1亿多人口停电，京广铁路停运7天，造成了巨大的经济损失，严重影响了社会的正常运行。
输电线路覆冰厚度是电网覆冰程度的重要特征参数，获取覆冰厚度的现有技术主要有：模拟导线人工测冰、图像或拉力传感器在线监测等。模拟导线无法真实的模拟高空中带电流的导线覆冰情况，通过图像或拉力传感器计算模型复杂，算出的等值覆冰厚度存在较大误差，影响电网运维人员对输电线路覆冰情况的准确判断。
发明内容
本发明提供了一种用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置及其测量方法，用以解决现的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，包括：激光发射模块、激光接收模块、和控制模块；
激光发射模块，用于向待测物发射呈单列条状扇形的激光点云；
激光接收模块，用于接收待测物反射回来的激光点云；
控制模块，用于记录激光发射模块发射每一点激光点云的发射时间和激光接收模块接收待测物反射回来的每一点激光点云的接收时间，根据接收时间和发射时间计算导线到测量装置的距离，并根据接收的激光点云生成激光点云图像；还用于根据未覆冰的激光点云图像和覆冰时的激光点云图像，计算导线覆冰厚度。
优选地，控制模块，还用于根据激光点云图像计算导线反射的激光点个数。
优选地，还包括显示模块，用于显示激光点云图像。
优选地，控制模块，根据未覆冰的激光点云图像和覆冰时的激光点云图像，计算导线覆冰厚度D，计算方式如下：
Figure BDA0002268139110000011
其中，C为中间参数，且：
Figure BDA0002268139110000021
其中，a、b分别为未覆冰图像和覆冰图像中中间激光点到测量装置的距离；rb、rl分别为未覆冰时导线半径和覆冰时导线及带覆冰层的半径；nb、nl别为未覆冰图像和覆冰图像中导线发射激光点云的激光点个数。
优选地，未覆冰时导线半径和覆冰时导线及带覆冰层的半径rb和rl分别为：
Figure BDA0002268139110000022
其中，α、β分别为未覆冰图像和覆冰图像中每一个激光点代表的实际尺寸，且未覆冰图像和覆冰图像中每一个激光点代表的实际尺寸满足以下关系：
Figure BDA0002268139110000023
本发明还提供一种上述用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置的测量导线覆冰厚度的方法，包括以下步骤：
步骤一：覆冰前用装置对准导线照射，并使发射出的条状点云与输电导线垂直；
步骤二：装置接收导线发射的激光点云，生成未覆冰激光点云图像，并保存为未覆冰图像；
步骤三：覆冰时，再用同一台装置对准覆冰的导线照射，使发射出的条状点云与输电导线垂直；
步骤四：装置接收导线发射的激光点云，生成覆冰时的激光点云图像，并保存为覆冰图像；
步骤五：分别计算未覆冰图像和覆冰图像中导线反射的激光点个数，并计算每个点对应的导线上的点与该测量装置的距离；
步骤六：根据激光点个数以及导线上的点与该测量装置的距离，计算导线的覆冰厚度。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，采用非接触方式即可实现导线的冰厚测量。该装置体积小，重量轻，携带方便，还可以用于其他领域的物体尺寸测量，应用场景广阔。
2、本发明的测量方法，只需在平时巡线时测量一次导线半径，作为未覆冰时的激光点云信息保存，在覆冰时，再次测量导线的半径，即可获取导线覆冰厚度。该方法对测量条件不苛刻，测量精度高，稳定性好。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置的测量导线覆冰厚度的方法的流程示意图。未说明
图中各标号表示：
1、覆冰厚度测量装置；2、激光束；3、输电导线；4、激光点云图像。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，本发明的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，包括：激光发射模块、激光接收模块、控制模块和显示模块；
激光发射模块，用于向待测物发射呈单列条状扇形的激光点云；
激光接收模块，用于接收待测物反射回来的激光点云；
控制模块，用于记录激光发射模块发射每一点激光点云的发射时间和激光接收模块接收待测物反射回来的每一点激光点云的接收时间，根据接收时间和发射时间计算导线到测量装置的距离，并根据接收的激光点云生成激光点云图像；还用于根据未覆冰的激光点云图像和覆冰时的激光点云图像，还用于根据激光点云图像计算导线反射的激光点个数，计算导线覆冰厚度。
显示模块，用于显示激光点云图像。
未覆冰图像和覆冰图像中每一个激光点代表的实际尺寸满足以下关系：
Figure BDA0002268139110000031
其中，a、b分别为未覆冰图像和覆冰图像中中间激光点到测量装置的距离；α、β分别为未覆冰图像和覆冰图像中每一个激光点代表的实际尺寸，rb、rl分别为未覆冰时导线半径和覆冰时导线及带覆冰层的半径：
Figure BDA0002268139110000041
其中，nb、nl别为未覆冰图像和覆冰图像中导线发射激光点云的激光点个数。
因而，本实施例的控制模块，采用以下方式计算导线覆冰厚度D：
其中，C为中间参数(因计算式复杂，以中间参数C作为公式间的代用元素)，且：
Figure BDA0002268139110000043
例如：计算出未覆冰图像中激光点云的点数nb为10个，中间点到测量装置的距离a为10米；覆冰图像中激光点云的点数nl为15个，中间点到测量装置的距离b为10.5米；根据导线型号得知导线半径rb为0.01米；则算得导线的覆冰厚度D为0.0058米。
参见图2，本实施例还提供一种上述的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置的测量导线覆冰厚度的方法，包括以下步骤：
步骤一：覆冰前用装置对准导线照射，并使发射出的条状点云与输电导线垂直；
步骤二：装置接收导线发射的激光点云，生成未覆冰激光点云图像，并保存为未覆冰图像；
步骤三：覆冰时，再用同一台装置对准覆冰的导线照射，使发射出的条状点云与输电导线垂直；
步骤四：装置接收导线发射的激光点云，生成覆冰时的激光点云图像，并保存为覆冰图像；
步骤五：分别计算未覆冰图像和覆冰图像中导线反射的激光点个数，并计算每个点对应的导线上的点与该测量装置的距离；
步骤六：根据激光点个数以及导线上的点与该测量装置的距离，计算导线的覆冰厚度。
综上可知，本发明采用非接触方式即可实现导线的冰厚测量。该装置体积小，重量轻，携带方便，还可以用于其他领域的物体尺寸测量，应用场景广阔。应用时，只需在平时巡线时测量一次导线半径，作为未覆冰时的激光点云信息保存，在覆冰时，再次测量导线的半径，即可获取导线覆冰厚度。对测量条件不苛刻，测量精度高，稳定性好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，其特征在于，包括：激光发射模块、激光接收模块和控制模块；
激光发射模块，用于向待测物发射呈单列条状扇形的激光点云；
激光接收模块，用于接收待测物反射回来的激光点云；
控制模块，用于记录激光发射模块发射每一点激光点云的发射时间和激光接收模块接收待测物反射回来的每一点激光点云的接收时间，根据所述接收时间和发射时间计算导线到测量装置的距离，并根据所述接收的激光点云生成激光点云图像；还用于根据未覆冰的激光点云图像和覆冰时的激光点云图像，计算导线覆冰厚度。
2.根据权利要求1所述的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，其特征在于，所述控制模块，还用于根据激光点云图像计算导线反射的激光点个数。
3.根据权利要求1所述的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，其特征在于，还包括显示模块，用于显示所述激光点云图像。
4.根据权利要求1或2所述的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，其特征在于，所述控制模块，所述根据未覆冰的激光点云图像和覆冰时的激光点云图像，计算导线覆冰厚度D，所述计算方式如下：
其中，C为中间参数，且：
Figure FDA0002268139100000012
其中，a、b分别为未覆冰图像和覆冰图像中中间激光点到测量装置的距离；rb、rl分别为未覆冰时导线半径和覆冰时导线及带覆冰层的半径；nb、nl别为未覆冰图像和覆冰图像中导线发射激光点云的激光点个数。
5.根据权利要求4所述的用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置，其特征在于，未覆冰时导线半径和覆冰时导线及带覆冰层的半径rb和rl分别为：
Figure FDA0002268139100000013
其中，α、β分别为未覆冰图像和覆冰图像中每一个激光点代表的实际尺寸，且未覆冰图像和覆冰图像中每一个激光点代表的实际尺寸满足以下关系：
Figure FDA0002268139100000014
6.一种使用权利要求1至5中任一项所述用于输电线路的便携式覆冰厚度测量装置的测量导线覆冰厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：覆冰前用装置对准导线照射，并使发射出的条状点云与输电导线垂直；
步骤二：装置接收导线发射的激光点云，生成未覆冰激光点云图像，并保存为未覆冰图像；
步骤三：覆冰时，再用同一台装置对准覆冰的导线照射，使发射出的条状点云与输电导线垂直；
步骤四：装置接收导线发射的激光点云，生成覆冰时的激光点云图像，并保存为覆冰图像；
步骤五：分别计算未覆冰图像和覆冰图像中导线反射的激光点个数，并计算每个点对应的导线上的点与该测量装置的距离；
步骤六：根据所述激光点个数以及导线上的点与该测量装置的距离，计算导线的覆冰厚度。
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