CN112630792B - 一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法及检测系统 - Google Patents

一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法及检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电网输电线路工况模拟与危险点检测方法，包括：采集输电线路通道激光点云数；将所述输电线路通道激光点云数据进行分类；对电力线点云数据断点处进行拟合；对拟合之后的多相电力线进行分区；计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，输出危险点位置；计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，输出危险点位置。本发明通过对断点处进行拟合，可以保证整个电力线的完整性，通过分区方式计算可以有效的简化整体的运算过程。同时，利用分区的思想，将原本的三维空间的距离计算简化为二维空间的距离计算，极大的降低了运算的难度。

Description

一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法及检测系统
技术领域
本发明属于电力输电领域，具体涉及一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法及检测系统。
背景技术
激光雷达与直升机或无人机技术相结合为输电线路巡检带来了新的方式，弥补了传统巡检方式的不足。这项技术在电力输电系统的实际运用中，电力线本身因为反射率较低，或者电力线老化都有可能造成点云数据不完整，容易发生漏检现象。此外，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。因此能够准确的判断电力线的状态以及检测三相电力线之间的距离就显得尤为重要。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种可以有效提高电力线故障检测准确率的电网输电线路工况模拟与危险点检测方法及检测系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法，包括以下步骤：
步骤S1，利用激光雷达完成输电线路通道激光点云数据采集；
步骤S2，将所述输电线路通道激光点云数据进行分类，分为杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据、其他点云数据四类；
步骤S3，当电力线点云数据显示的电力线出现断点时，对断点处进行拟合；
步骤S4，对拟合之后的多相电力线沿电力线长度方向进行分区，并获取分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据；
步骤S5，根据所述分区边界处的电力线点云数据，计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出；
步骤S6，根据所述分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据，计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，确定线地距离小于线地安全距离阈值的分区及电力线相位，并将该分区的位置信息和该电力线的相位信息输出。
进一步地，所述步骤S3中，判断电力线点云数据显示的电力线出现断点的方法包括步骤：
将电力线点云数据沿电力线长度方向分为若干等长度的待判断区域，当任一待判断区域中的点云数据数量少于设定的断点阈值时，则判断对应的待判断区域出现断点。
进一步地，所述步骤S3包括：
步骤S31，选取沿电力线长度方向分布的多个拟合用点云数据；
步骤S32，将所述多个拟合用点云数据代入预设的拟合方程式中，并结合平差计算方法得到电力线方程；
步骤S33，根据所述电力线方程计算断点处的数据，并将断点处的点云补充完整。
进一步地，所述步骤S4包括：
步骤S41，沿电力线长度方向对电力线进行等间距分区；
步骤S42，获取分区边界所在平面上的待检电力线点和待检地物点的数据信息，并转换为分区边界所在平面上的二维坐标信息，分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点；
所述步骤S5包括：
步骤S51，计算同一分区中三相电力线的待检二维电力线点之间的平面距离，记为相间间距；
步骤S52，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
进一步地，所述步骤S6包括：
步骤S61，计算同一分区中电力线的所述待检二维电力线点与所述待检二维地物点之间的平面距离，记为线地距离；
步骤S62，确定所述线地距离小于预设的线地安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
进一步地，所述步骤S62之前还包括：判断所述待检二维地物点处的地物种类。
一种电网输电线路工况模拟与危险点检测系统，包括：
激光雷达，用于采集输电线路通道激光点云数据；
点云数据分类单元，用于将所述输电线路通道激光点云数据进行分类，分为杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据、其他点云数据四类；
电力线拟合单元，用于当电力线点云数据显示的电力线出现断点时，对断点处进行拟合；
分区单元，用于对拟合之后的多相电力线沿电力线长度方向进行分区，并获取分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据；
相间间距异常判断单元，用于根据所述分区边界处的电力线点云数据，计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出；
线地间距异常判断单元，用于根据所述分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据，计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，确定线地距离小于线地安全距离阈值的分区及电力线相位，并将该分区的位置信息和该电力线的相位信息输出。
进一步地，所述电力线拟合单元包括：
断点判断单元，用于将电力线点云数据沿电力线长度方向分为若干等长度的待判断区域，当任一待判断区域中的点云数据数量少于设定的断点阈值时，则判断对应的待判断区域出现断点。
进一步地，所述电力线拟合单元包括：
拟合用点云数据选取单元，用于选取沿电力线长度方向分布的多个拟合用点云数据；
电力线方程计算单元，用于将所述多个拟合用点云数据代入预设的拟合方程式中，并结合平差计算方法得到电力线方程；
点云补充单元，用于根据所述电力线方程计算断点处的数据，并将断点处的点云补充完整。
进一步地，所述分区单元包括：
等间距分区单元，用于沿电力线长度方向对电力线进行等间距分区；
二维坐标信息获取单元，用于获取分区边界所在平面上的待检电力线点和待检地物点的数据信息，并转换为分区边界所在平面上的二维坐标信息，分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点；
所述相间间距异常判断单元包括：
相间间距计算单元，用于计算同一分区中三相电力线的待检二维电力线点之间的平面距离，记为相间间距；
相间间距异常位置输出单元，用于确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：通过对输电线路通道激光点云数据中的断点处进行拟合，可以保证整个电力线的完整性，从而可以便于后续利用完整的电力线点云数据进行距离计算，避免漏检。通过分区方式计算相间距离和线地距离，可以有效的简化整体的运算过程，且只要在出现相间间距小于线地安全距离阈值或线地距离小于线地安全距离阈值时直接输出该区域位置信息即可知晓危险点。同时，利用分区的思想，将原本的三维空间的距离计算简化为二维空间的距离计算，极大的降低了运算的难度，在实际工程中，只要保证分区足够小，便可以准确的检测出所有的危险点，且不会出现漏检的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的电网输电线路工况模拟与危险点检测方法的流程示意图；
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例一提供一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法，包括步骤S1-S6。
步骤S1，利用激光雷达完成输电线路通道激光点云数据采集。
具体地，激光雷达采集输电线路通道激光点云数据，通常使用无人机进行搭载，无人机通过导航系统进行航迹自动控制，可以沿着电力线方向自动采集输电线路通道激光点云数据。采集之后的输电线路通道激光点云数据可以通过网络传输至服务器进行后续的运算，也可以在一次采集完成之后，再一次性导入服务器中。
步骤S2，将所述输电线路通道激光点云数据进行分类，分为杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据、其他点云数据四类。
采集到输电线路通道激光点云数据后，为了便于后续进行电力线相关的计算，因此需要先将点云数据进行分类，将杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据等分离出来，以排除杆塔点云数据、其他点云数据对后续距离计算的干扰。激光点云数据分类目前已经具有众多的研究成果，是一个较为成熟的技术，其中使用较多的便是基于深度学习的点云数据分类方法。考虑到不同的物体与电力线的安全距离不一致，因此需要在对地物点云数据进行分类时，可以进一步的分类出地物种类，例如：树木、山体、房屋等等。
步骤S3，当电力线点云数据显示的电力线出现断点时，对断点处进行拟合。
在采集输电线路通道激光点云数据时，由于反光等因素的影响，可能会导致分类出来的电力线点云数据会出现断线(点云数据上表现为断点)的情况。需要对断电处的电力线点云数据进行拟合。其中，电力线是否出现断点可以采用如下方法进行判断：将电力线点云数据沿电力线长度方向分为若干等长度的待判断区域，例如分割为3米一段，当任一段待判断区域中的点云数据数量少于设定的断点阈值时，则判断对应的待判断区域出现断点。原理是：反光等原因容易造成激光点云数据缺失，必然会使得单位面积内的点云数量变少或者直接没有，因此只要点云的数量少于断线阈值便可以判断此处出现了断点。还可以计算待判断区域点云的数量组成的数据序列的离散程度，对于数量严重偏少的，可以判断出现断点。本判断方法计算简单。
进一步地，本发明提供了一种拟合方法，包括步骤S31-S33。
步骤S31，选取沿电力线长度方向分布的多个拟合用点云数据；
步骤S32，将所述多个拟合用点云数据代入预设的拟合方程式中，并结合平差计算方法得到电力线方程；
步骤S33，根据所述电力线方程计算断点处的数据，并将断点处的点云补充完整。
对电力线的断点出进行拟合，需要会使用到拟合方程式，拟合方程式可以根据实际使用的需求进行选定，对于靠近塔杆处的断点，电力线相对较直，且因为断点的长度不会太长，可以直接采用线性方程进行拟合。对于电力线弯曲较多，特别是接近相邻两个塔杆的中点处，可以采用抛物线进行拟合。例如采用y＝ax2+bx+c作为拟合方程式，沿电力线长度方向选取多个点云数据作为拟合用点云数据，可以在断点左右两侧各选取一些数据点，至少需要选取四个，当选取更多个时，可以先对选取的数据进行处理，例如取平均值，再将选取的/处理的拟合用点云数据带入拟合方程式，求出系数a、b、c，得到最终的电力线方程。
步骤S4，对拟合之后的多相电力线沿电力线长度方向进行分区，并获取分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据。
沿电力线方向对电力线进行分区，并获取分区边界的电力线点云数据和地物点云数据，以分区边界所在的平面作为后续运算的基础，可以在该平面中找到电力线和地物对应的点，利用这些点便可以直接在分区边界所在的平面中通过平面距离计算公式得出相间距离和线地距离，具体可以包括步骤S41-步骤S42。
步骤S41，沿电力线长度方向对电力线进行等间距分区。
步骤S42，获取分区边界所在平面上的待检电力线点和待检地物点的数据信息，并转换为分区边界所在平面上的二维坐标信息，分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点。
分区优选采用等间距的方式，这样便于控制变量，减少人为选择分区带来的干扰。通常分区越多，计算出来的结果就越准确，可以避免出现漏检的情况，但是计算量会增大。分区之后，每两个区之间的分界平面中会包含多根电力线的点云数据、地物的点云数据，这个分界平面中计算点与点之间的距离时，可以直接采用平面距离计算公式。而这些位于分界平面上的点，根据分类不同分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点。
步骤S5，根据所述分区边界处的电力线点云数据，计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
实际工程的电力线至少有三相，这样分区边界处的点云数据便会包含了三相电力线的点云数据。计算三相电力线相互之间的相间间距，当相间间距小于预设值的相间安全距离阈值时，便会将该区域位置信息记录，在实际工程中，不同的规格的电力线之间的相间安全距离阈值不一致，需要根据实际情况进行调整。相间距离异常位置的判断方法具体可以包括步骤S51-步骤S52。
步骤S51，计算同一分区中三相电力线的待检二维电力线点之间的平面距离，记为相间间距。
步骤S52，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
具体地，利用平面距离计算公式计算出电力线之间的相间间距，当计算的相间间距小于相间安全距离阈值时，则记录该分区，并将该分区对应的位置信息输出，以便监控中心的人员及时发现该危险点。
步骤S6，根据所述分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据，计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，确定线地距离小于线地安全距离阈值的分区及电力线相位，并将该分区的位置信息和该电力线的相位信息输出。
具体地，对每个分区边界中每相电力线和地物之间线地距离进行计算，然后逐一判断线地距离是否小于线地安全距离阈值。优选的，在计算线地距离时，选择地物和电力线最近的点进行计算；此外，线地安全距离阈值会因为地物种类的不同而不同，因此，计算前可以先获取待检二维地物点处的地物种类。具体的计算方法包括步骤S61-步骤S62。
步骤S61，计算同一分区中电力线的所述待检二维电力线点与所述待检二维地物点之间的平面距离，记为线地距离；
步骤S62，确定所述线地距离小于预设的线地安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
同步骤S5中计算的原理一致，采用同样的方式可以计算出地物与电力线之间的距离。但是因为地物可能在分界平面中会存在一个较大区域中，因此需要选着地物与电力线最接近的点进行计算。在实际使用时，因为不同的地物种类的导电性不同，因此容易触发电力线的距离也不同，这样便需要根据不同的地物种类设定不同的线地安全距离阈值。
通过上述说明可知，本发明实施例一提供的电网输电线路工况模拟与危险点检测方法，通过对输电线路通道激光点云数据中的断点处进行拟合，可以保证整个电力线的完整性，从而可以便于后续利用完整的电力线点云数据进行距离计算。通过分区方式计算相间距离和线地距离，可以有效的简化整体的运算过程，且只要在出现相间间距小于线地安全距离阈值或线地距离小于线地安全距离阈值时，输出该区域位置信息即可知晓危险点。同时，利用分区的思想，将原本的三维空间的距离计算简化为二维空间的距离计算，极大的降低了运算的难度，在实际工程中，只要保证分区足够小，便可以准确的检测出所有的危险点，且不会出现漏检的情况。
相应于本发明实施例一提供的电网输电线路工况模拟与危险点检测方法，本发明实施例二还提供一种电网输电线路工况模拟与危险点检测系统，包括：
激光雷达，用于采集输电线路通道激光点云数据；
点云数据分类单元，用于将所述输电线路通道激光点云数据进行分类，分为杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据、其他点云数据四类；
电力线拟合单元，用于当电力线点云数据显示的电力线出现断点时，对断点处进行拟合；
分区单元，用于对拟合之后的多相电力线沿电力线长度方向进行分区，并获取分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据；
相间间距异常判断单元，用于根据所述分区边界处的电力线点云数据，计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出；
线地间距异常判断单元，用于根据所述分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据，计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，确定线地距离小于线地安全距离阈值的分区及电力线相位，并将该分区的位置信息和该电力线的相位信息输出。
进一步地，所述电力线拟合单元包括：
断点判断单元，用于将电力线点云数据沿电力线长度方向分为若干等长度的待判断区域，当任一待判断区域中的点云数据数量少于设定的断点阈值时，则判断对应的待判断区域出现断点。
进一步地，所述电力线拟合单元包括：
拟合用点云数据选取单元，用于选取沿电力线长度方向分布的多个拟合用点云数据；
电力线方程计算单元，用于将所述多个拟合用点云数据代入预设的拟合方程式中，并结合平差计算方法得到电力线方程；
点云补充单元，用于根据所述电力线方程计算断点处的数据，并将断点处的点云补充完整。
进一步地，所述分区单元包括：
等间距分区单元，用于沿电力线长度方向对电力线进行等间距分区；
二维坐标信息获取单元，用于获取分区边界所在平面上的待检电力线点和待检地物点的数据信息，并转换为分区边界所在平面上的二维坐标信息，分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点；
所述相间间距异常判断单元包括：
相间间距计算单元，用于计算同一分区中三相电力线的待检二维电力线点之间的平面距离，记为相间间距；
相间间距异常位置输出单元，用于确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
有关本实施例电网输电线路工况模拟与危险点检测系统的工作原理和过程，参见前述本发明实施例一的说明，此处不再赘述。
通过上述说明可知，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过对输电线路通道激光点云数据中的断点处进行拟合，可以保证整个电力线的完整性，从而可以便于后续利用完整的电力线点云数据进行距离计算。通过分区方式计算相间距离和线地距离，可以有效的简化整体的运算过程，且只要在出现相间间距小于线地安全距离阈值或线地距离小于线地安全距离阈值时，输出该区域位置信息即可知晓危险点。同时，利用分区的思想，将原本的三维空间的距离计算简化为二维空间的距离计算，极大的降低了运算的难度，在实际工程中，只要保证分区足够小，便可以准确的检测出所有的危险点，且不会出现漏检的情况。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种电网输电线路工况模拟与危险点检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1，利用激光雷达完成输电线路通道激光点云数据采集；
步骤S2，将所述输电线路通道激光点云数据进行分类，分为杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据、其他点云数据四类；
步骤S3，当电力线点云数据显示的电力线出现断点时，对断点处进行拟合；
其中，判断电力线点云数据显示的电力线出现断点的方法包括将电力线点云数据沿电力线长度方向分为若干等长度的待判断区域，当任一待判断区域中的点云数据数量少于设定的断点阈值时，则判断对应的待判断区域出现断点；
其中，对断点处进行拟合包括选取沿电力线长度方向分布的多个拟合用点云数据；将所述多个拟合用点云数据代入预设的拟合方程式中，并结合平差计算方法得到电力线方程；根据所述电力线方程计算断点处的数据，并将断点处的点云补充完整；
步骤S4，对拟合之后的多相电力线沿电力线长度方向进行分区，并获取分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据；
所述步骤S4包括：
步骤S41，沿电力线长度方向对电力线进行等间距分区；
步骤S42，获取分区边界所在平面上的待检电力线点和待检地物点的数据信息，并转换为分区边界所在平面上的二维坐标信息，分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点；
步骤S5，根据所述分区边界处的电力线点云数据，计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出；
所述步骤S5包括：
步骤S51，计算同一分区中三相电力线的待检二维电力线点之间的平面距离，记为相间间距；
步骤S52，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出；
步骤S6，根据所述分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据，计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，确定线地距离小于线地安全距离阈值的分区及电力线相位，并将该分区的位置信息和该电力线的相位信息输出；
所述步骤S6包括：
步骤S61，计算同一分区中电力线的所述待检二维电力线点与所述待检二维地物点之间的平面距离，记为线地距离；
步骤S62，确定所述线地距离小于预设的线地安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
2.一种电网输电线路工况模拟与危险点检测系统，其特征在于，包括：
激光雷达，用于采集输电线路通道激光点云数据；
点云数据分类单元，用于将所述输电线路通道激光点云数据进行分类，分为杆塔点云数据、电力线点云数据、地物点云数据、其他点云数据四类；
电力线拟合单元，用于当电力线点云数据显示的电力线出现断点时，对断点处进行拟合；
分区单元，用于对拟合之后的多相电力线沿电力线长度方向进行分区，并获取分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据；
相间间距异常判断单元，用于根据所述分区边界处的电力线点云数据，计算同一个分区中各相电力线之间的相间间距，确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出；
线地间距异常判断单元，用于根据所述分区边界处的电力线点云数据和地物点云数据，计算同一个区域中每相电力线与地物之间的线地距离，确定线地距离小于线地安全距离阈值的分区及电力线相位，并将该分区的位置信息和该电力线的相位信息输出；
其中，所述电力线拟合单元包括：
断点判断单元，用于将电力线点云数据沿电力线长度方向分为若干等长度的待判断区域，当任一待判断区域中的点云数据数量少于设定的断点阈值时，则判断对应的待判断区域出现断点；
拟合用点云数据选取单元，用于选取沿电力线长度方向分布的多个拟合用点云数据；
电力线方程计算单元，用于将所述多个拟合用点云数据代入预设的拟合方程式中，并结合平差计算方法得到电力线方程；
点云补充单元，用于根据所述电力线方程计算断点处的数据，并将断点处的点云补充完整；
其中，所述分区单元包括：
等间距分区单元，用于沿电力线长度方向对电力线进行等间距分区；
二维坐标信息获取单元，用于获取分区边界所在平面上的待检电力线点和待检地物点的数据信息，并转换为分区边界所在平面上的二维坐标信息，分别记为待检二维电力线点、待检二维地物点；
其中，所述相间间距异常判断单元包括：
相间间距计算单元，用于计算同一分区中三相电力线的待检二维电力线点之间的平面距离，记为相间间距；
相间间距异常位置输出单元，用于确定相间间距小于预设的相间安全距离阈值的分区，并将该分区的位置信息输出。
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