CN117388867B - 一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法。该方法包括获取塔杆巡检航线规划数据、导地线巡检航线规划数据以及间隔棒巡检航线规划数据；其中，通过多旋翼无人机和多旋翼无人机搭载的激光雷达采集获取塔杆巡检航线规划数据、导地线巡检航线规划数据以及间隔棒巡检航线规划数据；根据巡检航线规划数据建立巡检航线；将巡检航线加载至多旋翼无人机，以通过多旋翼无人机和多旋翼无人机搭载的激光雷达进行预定航线巡检作业，克服了现有输电线路巡检方法存在的安全隐患、巡检航线的精确度低、航线制作效率低的问题。

Description

一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法

技术领域

本发明涉及输电线路技术领域，尤其涉及一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法。

背景技术

输电线路是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现，结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路，架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。

输电线路在正常工作时，需要通过巡检作业对输电线路进行检查，目前现有的500kV输电线路无人机自主巡检是基于人工示教技术进行巡检作业，即先由飞手操作无人机对巡视目标进行巡视，记录下巡视路径的坐标并生成航线，随后再由无人机按照生成的航线自主对目标进行拍照，但是其在使用时，人工成本高，安全风险大，无人机飞手操作无人机对输电线路导地线及间隔棒进行拍照时，存在较大的安全隐患，同时无法精确控制拍摄距离，影响巡检作业正常进行；同时其拍摄点误差较大，需要通过多次拍摄作业降低误差；其在进行航线制作时，需要对输电线路各个设备进行精确拍照，其操作精细化程度高，导致航线制作时间增加，效率降低；同时部分位置较为偏僻的输电线路设备航线制作效率低风险高。

因此，有必要提供一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法以解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有利用激光雷达发射高密度的激光，可以获取输电线路通道含铁塔、导地线、间隔棒、引流线等细小金具的高精度三维点云模型，从而基于高精度三维点云进行全内业的精细化巡检航线规划，进而实现对500kV输电线路杆塔本体、导地线及间隔棒无人机自主巡检的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法。

本发明提供的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法包括以下步骤：

S1、巡检航线规划：通过小型多旋翼无人机和激光雷达进行塔杆巡检航线规划以及导地线及间隔棒巡检航线规划；

S2、航线建模：数据采集完毕后，通过电脑进行航线建模；

S3、导出标准格式航线：导出标准格式航线并加载至小型多旋翼无人机；

S4、自主巡检：通过小型多旋翼无人机和激光雷达进行预定航线巡检作业。

所述S1中塔杆巡检航线规划包括部件点标记、自动生成巡检航线、航线调整以及安全性检测，所述部件点标记是小型多旋翼无人机依据国网无人机自主巡检规范对需巡检部件进行标记，所述S1中激光雷达可以通过数据采集模块对各个巡检部件的数据进行采集，然后将数据传输至数据处理模块对采集的数据进行处理，所述S1塔杆巡检航线规划中自动生成巡检航线，是指通过激光雷达依据不同部件点的拍摄规则(拍摄距离、拍摄角度等)自动生成航点并连接成航线，所述S1塔杆巡检航线规划中航线调整是指对航点和航线进行调整，在进行航点和航线调整完毕后，需要通过数据更新模块将数据传输至数据储存模块，数据储存模块将更新后的数据传输至数据终端平台，然后通过更新后的数据对标准化航线库进行建立，所述S1塔杆巡检航线规划中塔杆航点和航线进行安全性检测分析，设定安全避障距离，所述S1中导地线及间隔棒巡检航线规划包括导地线矢量化、自动生成巡检航线、航线调整，以及安全性检测。

优选的，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中自动生成巡检航线是指基于导地线矢量线，生成导地线及间隔棒巡检航线，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中航线调整，需要针对间隔棒进行特定的调整。

优选的，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中安全性检测分析，需要根据标记点的不同设定安全距离。

优选的，所述S1中进行巡检航线规划时，小型多旋翼无人机标线路通道距离塔顶15—20米高度沿着左右两侧地线进行一次双边往返飞行。

优选的，所述巡检过程中，500kV以上电压等级线路应保持飞机与目标物间的距离大于10m，500kV以下线路应保持距离大于5m，在进行杆塔跨越时，无人机应高于塔顶10m以上，220kV及以下电压等级线路参照执行。

优选的，所述巡检过程中，所述小型旋翼无人机安全避障距离通常设置为5米，所述小型旋翼无人机在对各个输电设备进行拍摄时，根据输电设备结构选择合适的拍摄位置，并固化作业点，建立标准化航线库。

与相关技术相比较，本发明提供的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法具有如下有益效果：

1、本发明通过设置小型旋翼无人机和激光雷达，可以对输电线路各个设备进行激光点云数据采集并且可以与各个设备保持安全距离，因此具备足够的安全距离；通过设置激光雷达，激光雷达在对标记点数据采集完毕后，通过由激光雷达设备发射超高密度的激光，可以采集到导线、金具、间隔棒等细小部件的形状信息，同时可以通过数据采集模块对各项数据进行采集，采集后的数据通过数据处理模块对其进行处理，然后将数据传输至数据储存模块，再对处理完毕的数据根据实际情况对其进行调整，然后将数据重新传输至数据更新模块，数据更新模块将更新后的数据传输至数据储存模块，对数据处理模块传输的数据进行覆盖并形成覆盖记录，完成更新后的数据传输至数据终端平台，进而可以根据更新后的数据建立标准化航线库，便于无人机按照标准格式航线进行巡航作业，同时通过无人机搭载激光雷达采集数据，在采集完毕后利用电脑进行建模、全内业处理无需外业工作制作航线，通过安全性检测之后导出标准格式航线加载至无人机即可实现自主巡检，通过设置小型旋翼无人机和激光雷达，无需高水平无人机操作人员，进而一定程度上降低巡检作业成本；

2、本发明通过设置塔杆巡检航线规划，工作人员通过小型旋翼无人机对塔杆各个巡检部件进行标记，然后通过激光雷达获取其具体数据，同时获取部件点的高精度三维坐标，通过设置自动生成航线，在激光雷达的作用下，可以依据不同的拍摄规则生产航点并生成巡检航线，通过设置安全性检测分析，对小型旋翼无人机的航点和航线进行限制，防止小型旋翼无人机与输电线路的各个设备发生碰撞，进而使得小型旋翼无人机在飞行时保证安全，进而顺利完成巡检作业，通过设置导地线及间隔棒巡检航线规划，可以对导地线进行矢量化，同时对间隔棒的巡航路线进行合理规划，便于后续巡检作业时对导地线和间隔棒进行准确拍摄，通过设置自动生成航线，可以对导地线进行矢量化，进而便于激光雷达根据拍照距离、拍照间隔及拍照角度生成导地线和间隔棒的巡检航线，通过设置安全性检测分析，使得小型旋翼无人机在进行导地线和间隔棒进行巡检时，可以与目标物体保持一定的距离，进而使得小型旋翼无人机在进行巡检作业时可以保持安全，从而提高巡检作业的安全性，通过设置双边往返飞行，便于激光雷达获取输电线路通道三维高精度激光点云模型数据，进而提高巡检航线的精确度，通过设置航线安全距离，可以保证小型旋翼无人机在工作时可以保证其安全，进而顺利进行巡检作业，通过设置安全避障距离，进一步提高小型旋翼无人机搭载激光雷达进行巡检作业时，保证其作业安全性，进而保证巡检作业可以顺利进行。

附图说明

图1为本发明提供的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法的一种较佳实施例的流程框图；

图2为图1所示塔杆巡检航线规划的流程框图；

图3为图1所示导地线及间隔棒巡检航线规划的流程框图；

图4为图1所示巡检航线规划中数据处理流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3和图4，其中图1为本发明提供的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法的一种较佳实施例的流程框图；图2为图1所示塔杆巡检航线规划的流程框图；图3为图1所示导地线及间隔棒巡检航线规划的流程框图；图4为图1所示巡检航线规划中数据处理流程框图。一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法，包括以下步骤：

S1、巡检航线规划：通过小型多旋翼无人机和激光雷达进行塔杆巡检航线规划以及导地线及间隔棒巡检航线规划；

S2、航线建模：数据采集完毕后，通过电脑进行航线建模；

S3、导出标准格式航线：导出标准格式航线并加载至小型多旋翼无人机；

S4、自主巡检：通过小型多旋翼无人机和激光雷达进行预定航线巡检作业。

在具体实施过程中，如图1和图2所示，所述S1中塔杆巡检航线规划包括部件点标记、自动生成巡检航线、航线调整以及安全性检测，所述部件点标记是小型多旋翼无人机依据国网无人机自主巡检规范对需巡检部件进行标记，所述S1中激光雷达可以通过数据采集模块对各个巡检部件的数据进行采集，然后将数据传输至数据处理模块对采集的数据进行处理。

需要说明的是：工作人员需要对输电线路塔杆进行巡检航线规划时，首先工作人员将小型旋翼无人机放在起降点(标准：3m*3m平地)，操控无人机起飞后，使得激光雷达可以对输电线路各个设备进行依据国网无人机自主巡检规范对需巡检部件进行标记，获取部件点的高精度三维坐标，在获取坐标后，根据不同设备的拍摄角度和拍摄角度，通过高精度三维激光点云技术自动生成航点，然后根据航点形成巡检航线，在形成巡检航线的过程中，需要根据输电线路设备周围的空间环境、巡检作业的无人机机型、巡检作业效率以及保证巡检作业安全正常完成的因素，对拍摄点进行调整，然后根据拍摄规则(拍摄距离、俯仰角、航偏角、拍摄焦距等)，将拍摄效果调整为最佳，使得拍摄目标对象在拍摄画幅的正中间且清晰可见，然后通过安全性检测和设定安全避障距离，使得航点及航线与周边任何物体的空间距离大于设定的安全避障距离，保障自主飞行的顺畅进行及安全性，在进行导地线和间隔棒巡检航线规划时，基于高精度三维点云模型，实现导地线的矢量化，然后根据导地线矢量化和根据的拍照距离、拍照间隔及拍照角度自动生成导地线和间隔棒巡检航线，便于导地线和间隔棒进行巡检航点以及航线的规划，在航线规划完毕后，利用电脑进行建模，无需外业工作制作航线，通过安全性检测之后导出标准格式航线加载至无人机即可实现自主巡检，进而可以提高长距离线路建模和巡检工作效率，同时在进行巡检航线规划时进行一次双边往返飞行是为了采集获取输电线路通道三维高精度激光点云模型数据，在建立标准化航线库时，航线库应包括线路名称、杆塔号、杆塔类型、布线型式、杆塔地理坐标和作业点成像参数等信息。

如图1和图2所示，所述S1塔杆巡检航线规划中自动生成巡检航线，是指通过激光雷达依据不同部件点的拍摄规则(拍摄距离、拍摄角度等)自动生成航点并连接成航线，所述S1塔杆巡检航线规划中航线调整是指对航点和航线进行调整，在进行航点和航线调整完毕后，需要通过数据更新模块将数据传输至数据储存模块，数据储存模块将更新后的数据传输至数据终端平台，然后通过更新后的数据对标准化航线库进行建立。

需要说明的是：根据空间环境、无人机机型、作业效率及安全因素，对拍摄点位适当合并调整，对航点进行编辑调整，进而提高巡检作业时航点和航线的精确度。

如图1和图2所示，所述S1塔杆巡检航线规划中塔杆航点和航线进行安全性检测分析，设定安全避障距离。

需要说明的是：对塔杆巡检中的航点和航线进行安全性检测，可以使得小型多旋翼无人机在搭载激光雷达进行巡航和航点以及航线制作的过程中的安全性，使得无人机在飞行的过程中不会与输电线路各个设备发生碰撞，同时保证拍摄质量和巡检质量。

如图1和图3所示，所述S1中导地线及间隔棒巡检航线规划包括导地线矢量化、自动生成巡检航线、航线调整，以及安全性检测。

需要说明的是：在对导地线及间隔棒巡检航线规划的过程中，通过高精度三维激光点云技术可以对导地线矢量化，然后根据间隔棒进行单独调整，从而可以自动生成航点和航线，对导地线和间隔棒进行巡检作业。

如图1和图3所示，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中自动生成巡检航线是指基于导地线矢量线，生成导地线及间隔棒巡检航线，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中航线调整，需要针对间隔棒进行特定的调整。

需要说明的是：根据不同部件的拍摄规则，即拍摄角度和拍摄距离等，形成巡检航线后，然后根据实际的拍摄质量对航点和航线进行调整，使得拍摄效果进一步提高，进而可以一定程度上提高巡检作业的效率和精确度。

如图1和图3所示，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中安全性检测分析，需要根据标记点的不同设定安全距离。

需要说明的是：在进行巡检航线的调整过程中，可以根据不同拍摄部件点，对无人机的安全避障距离进行调整，进而可以使得无人机在飞行的过程中可以保持安全和稳定，进而可以提高巡检作业的安全性。

如图1和图3所示，述S1中进行巡检航线规划时，小型多旋翼无人机标线路通道距离塔顶15—20米高度沿着左右两侧地线进行一次双边往返飞行。

所述巡检过程中，500kV以上电压等级线路应保持飞机与目标物间的距离大于10m，500kV以下线路应保持距离大于5m，在进行杆塔跨越时，无人机应高于塔顶10m以上。

所述小型旋翼无人机安全避障距离通常设置为5米，所述小型旋翼无人机在对各个输电设备进行拍摄时，根据输电设备结构选择合适的拍摄位置，并固化作业点，建立标准化航线库。

需要说明的是：在输电线路无人机自主巡检工作中，可采用的机型包括御二行业进阶版、御三T或M300搭载h20t镜头，在建立标准化航线库时，航线库应包括线路名称、杆塔号、杆塔类型、布线型式、杆塔地理坐标和作业点成像参数等信息，同时在无人机进行左右两侧各进行一次的双边往返飞行，便于建立高精度的输电线路设备的三维坐标点。

本发明提供的一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法的工作原理如下：

工作人员需要对输电线路塔杆进行巡检航线规划时，首先工作人员将小型旋翼无人机放在起降点(标准：3m*3m平地)，操控无人机起飞后，使得激光雷达可以对输电线路各个设备进行依据国网无人机自主巡检规范对需巡检部件进行标记，获取部件点的高精度三维坐标，在获取坐标后，根据不同设备的拍摄角度和拍摄角度，通过高精度三维激光点云技术自动生成航点，然后根据航点形成巡检航线，在通过数据采集模块将数据采集完毕后，数据传输至数据处理模块，在数据处理模块的作用下，可以对数据进行处理，然后将处理后的数据传递至数据储存模块，在形成巡检航线的过程中，需要根据输电线路设备周围的空间环境、巡检作业的无人机机型、巡检作业效率以及保证巡检作业安全正常完成的因素，对拍摄点进行调整，然后根据拍摄规则(拍摄距离、俯仰角、航偏角、拍摄焦距等)，使得拍摄目标对象在拍摄画幅的正中间且清晰可见，在激光雷达根据然后通过安全性检测和设定安全避障距离，使得航点及航线与周边任何物体的空间距离大于设定的安全避障距离，保障自主飞行的顺畅进行及安全性，然后在对导地线和间隔棒进行巡检航线规划，在进行导地线和间隔棒巡检航线规划时，可以基于高精度三维点云模型，实现导地线的矢量化，然后根据导地线矢量化和根据的拍照距离、拍照间隔及拍照角度自动生成导地线和间隔棒巡检航线，便于导地线和间隔棒进行巡检航点以及航线的规划，然后对其航点航线进行调整，使得各个部件点进行拍摄时，拍摄效果提高，然后根据不同的拍摄点设定不同的安全避障距离，在航线进行调整时，将调整后的数据传输至数据更新模块，在数据更新模块的作用下，使得数据储存模块内部的数据可以根据实际调整数据进行更新，更新完毕后的数据传输至数据终端平台，在数据终端平台的作用下，建立各个部件点巡检的标准化航线库，然后通过标准化航线库导出标准航线加载至无人机，进而对航线进行彻底调整，在航线规划完毕后，进而可以提高长距离线路建模和巡检工作效率，同时在进行巡检航线规划时进行一次双边往返飞行是为了采集获取输电线路通道三维高精度激光点云模型数据，在建立标准化航线库时，航线库包括线路名称、杆塔号、杆塔类型、布线型式、杆塔地理坐标和作业点成像参数等信息。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、巡检航线规划：通过小型多旋翼无人机和激光雷达进行塔杆巡检航线规划以及导地线及间隔棒巡检航线规划；

S2、航线建模：数据采集完毕后，通过电脑进行航线建模；

S3、导出标准格式航线：导出标准格式航线并加载至小型多旋翼无人机；

S4、自主巡检：通过小型多旋翼无人机和激光雷达进行预定航线巡检作业；

所述S1中塔杆巡检航线规划包括部件点标记、自动生成巡检航线、航线调整以及安全性检测，所述部件点标记是小型多旋翼无人机依据国网无人机自主巡检规范对需巡检部件进行标记，所述S1中激光雷达可以通过数据采集模块对各个巡检部件的数据进行采集，然后将数据传输至数据处理模块对采集的数据进行处理，所述S1塔杆巡检航线规划中自动生成巡检航线，是指通过激光雷达依据不同部件点的拍摄规则自动生成航点并连接成航线，所述S1塔杆巡检航线规划中航线调整是指对航点和航线进行调整，在进行航点和航线调整完毕后，需要通过数据更新模块将数据传输至数据储存模块，数据储存模块将更新后的数据传输至数据终端平台，然后通过更新后的数据对标准化航线库进行建立，所述S1塔杆巡检航线规划中塔杆航点和航线进行安全性检测分析，设定安全避障距离，所述S1中导地线及间隔棒巡检航线规划包括导地线矢量化、自动生成巡检航线、航线调整，以及安全性检测；

所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中自动生成巡检航线是指基于导地线矢量线，生成导地线及间隔棒巡检航线，所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中航线调整，需要针对间隔棒进行特定的调整；

所述S1导地线及间隔棒巡检航线规划中安全性检测分析，需要根据标记点的不同设定安全距离。

2.根据权利要求1所述的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法，其特征在于，所述S1中进行巡检航线规划时，小型多旋翼无人机标线路通道距离塔顶15—20米高度沿着左右两侧地线进行一次双边往返飞行。

3.根据权利要求1所述的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法，其特征在于，所述巡检过程中，500kV以上电压等级线路应保持飞机与目标物间的距离大于10m，500kV以下线路应保持距离大于5m，在进行杆塔跨越时，无人机应高于塔顶10m以上。

4.根据权利要求1所述的基于高精度三维激光点云技术的输电线路巡检方法，其特征在于，所述小型旋翼无人机安全避障距离通常设置为5米，所述小型旋翼无人机在对各个输电设备进行拍摄时，根据输电设备结构选择合适的拍摄位置，并固化作业点，建立标准化航线库。