无人机激光雷达技术在输电线路通道的应用

无人机激光雷达技术在输电线路通道的应用

李淑卿

国网晋中供电公司山西晋中030600

摘要：电力企业的发展直接影响着我国的经济发展，而电力系统的安全运行会对电力企业的经济效益有着直接的影响。对于电网系统来讲，输电线路的稳定是十分重要的，其安全运行是电力系统安全运行的重要基础。所以，做好输电线路通道的巡视检修十分重要。本文就对无人机在输电线路巡视应用进行探讨。

关键词：无人机；输电线路；巡视；应用

随着社会的发展，各行各业对电能的需求量不断增大，国家也越来越重视电力事业的发展，电网能否安全稳定运行不仅关系到电力企业的效益，而且还会影响到社会的稳定。而输电线路作为电网的重要组成部分，输电线路运行的稳定与否，会对整个电力系统的安全运行造成直接影响，为此我们应始终把安全第一、预防为主的方针始终贯穿于线路运行中，严格按照电力安全生产规程作业。输电线路的具体运行维护单位，应把线路的巡视、检测、维修以及管理工作全面落实好，应在线路巡视中积极引入先进技术，并进行科学管理，为线路的安全稳定运行提供更好的保障。

1、无人机输电线路巡视的特点及优势

所谓无人机，简单来说就是指无人驾驶的飞机，是利用无线电遥控设备进行控制的不载人的飞行器。无人机将地理信息、电力电子、图像识别等融合起来，由导航系统、动力系统、数据系统等组成。无人机简单小巧，成本较低，而且容易控制，已经在多个领域得到了较为广泛的应用，在输电线路巡视方面更是应用效果显著。无人机巡视的原理如下：操作人员先根据所要巡视的输电线路信息和作业内容等在无人机的地面控制系统中设定飞行航线，从而控制无人机对线路本体进行快速拍摄检测；无人机要携带巡视作业的各种设备，包括高清摄像机、高倍照相机、导线损伤探测仪等；后台技术人员要及时大大提高巡视工作质量及效率。对反馈回来的影像信息进行对比分析，一旦出现异常情况，要及时发出预警信息，从而诊断问题地点。由此可见，无人机在输电线路巡视中优势鲜明：第一，可以大大提高工作效率。无人机操作方便，随时可以起飞，并且不容易受到外界因素的干扰，巡视质量较高。第二，无人机的智能化、机械化水平较高，能够适应多种复杂地形的巡视工作，安全性也较高。第三，可以用于长时间、远距离的巡视作业。无人机可以自由停歇或者起飞，巡视距离远，有效地弥补了人力巡视的不足。

2、当前输电线路巡视中存在的主要问题

2.1输电线路巡视检查的主要内容

对于输电线路的巡视检查大致包括三方面的内容：对线路本体的巡视、附属设施的巡视以及线路环境通道的巡视。其中线路本体的巡视又主要包括地面与基面、塔杆、拉线及其基础、绝缘子状况、导线、地线、以及对线路相关金属器具的巡视。对附属设施的巡视主要包括对防雷装置、防鸟装置、防冰装置以及各种监控监测装置的巡视，对线路环境通道的巡视主要包括巡视线路与建筑物、导线的安全距离，是否危及线路安全的施工在线下进行，是否有易燃，易爆物在线路周围堆积等。

2.2输电线路通道巡视

常规巡视、故障巡视以及特殊巡视是当前人们巡视输电线路主要使用的三种巡视方式，近年来随着科技的发展，输电线路的巡视也开始朝着状态巡视转变，各种塔杆监控设备应用的也越来越多。但常规巡视与状态巡视，其基本手段都是以地面巡视为主，只是简单的附加一些登塔检查，加之当前的巡视主要为人工巡视，其局限性也非常明显。就巡视管理而言，常规巡视巡视计划的拟定往往都是并行的，通常用相同的巡视要求、巡视密度来巡视不同运行状况线路，当今，随着输电线路的迅速发展，这种巡视方式对线路的安全、稳定运行已经起不到很好的保障，线路的实际运行状况根本无法及时了解，由于这种常规的巡视制度对设备的实际运行状况、气候条件、通道状况等都不能充分考虑，巡视工作没有针对性，无重点。这样很容易导致“过”巡视现象在部分线路中出现，而有些线路会出现“欠”巡视现象。如采用相同的巡视周期来巡视新建线路与老线路，相同的巡视要求，会使人力、物力等资源得不到有效利用，形成浪费，而部分易出现故障的特殊区域通常会出现巡视不足。此外多次重复、频繁巡视故障率低的线路，一方面会导致巡视人员在思想上出现麻痹大意，影响到巡视质量，开始出现趋于形式化的巡视，把巡视结果的实际真实性与可靠性降低。另一方面，重复、多次巡视正常运行线路，会使巡视人员感知某些线路变化的反应能力降低，以致出现遇到部分小故障“熟视无睹”。加之单人作业是常规巡视主要采用的方式，这样会有很大的分散性，不便于管理、控制。造成线路巡视效果的不理想。就实际巡视工作而言，由于承德多以山地、丘陵为主，很多输电线路都在山地或丘陵的顶部架设，而要想巡视好输电线路必须检查到位每基杆塔，在实际巡视时工作人员爬越山涧以及绕行山脊是家常便饭，加之很多杆基位于无人区，山上根本没有路，工作人员必须边走边找路，若一旦遇上大雾或雨雪等极端天气，人身安全事故时常发生，直线档距百米的距离，工作人员到达通常需要花费几个小时，这样巡视效率大大降低，浪费了大量的人力，物力，并且巡视效果也不佳。近年来，随着智能电网建设在我国的逐步推进，输电网规模不断扩大，电网设备日益增多，这样大大增加了巡视人员的工作量，线路运行人员对这种重负已无法承受，为此各线路运行维护单位都在积极进行着各式各样的探索。

3、无人机激光雷达点云数据技术

3.1激光雷达数据的滤波

从激光数据点云中提取数字表面高程模型（DTM/DEM），需要将其中的地物数据脚点去掉，这就是所谓的“激光雷达数据的滤波”。如果要进行地物提取和建筑物的三维重建，就需要对激光脚点数据点云进行分类（分割），区分植被数据点和人工地物点，以提取数据点云系列，这就是所谓的“激光雷达数据分类”。针对电力线点的提取工作，也是先通过滤波分离地面点与地物点，然后使用分类方法分离植被点与电力线点。滤波和分类是机载激光雷达数据处理的关键。一般而言，激光点云数据滤波的处理时间大约占全部时间的60%～80%，滤波算法的质量直接决定着DEM的质量。目前，已经有不少国内外学者研究了激光点云数据的滤波和分类方法。

3.2三维模型的建立

输电线路走通道三维重建，即输电线路本体建模是输电线路安全分析的基础。实时三维电力巡线地理信息系统的建立为线路的安全运行提供了决策支持。在系统数据制作中，需要对采集的遥感数据进行处理和分析。由于系统数据每隔一段时间需要重新采集和更新，所以，必须实时三维重建出电力线通道地表模型及地物模型，包括DEM、电力线、电力塔及周围的植被等。该系统中应集成输电线路通道影像、电力线三维拓扑数据、输电线路通道中植被类型数据等，比如电力线安全缓冲区分析、电力线在最大弧垂下与地面的最小距离、电力线在最大弧垂或风偏情况下与周围树木之间的距离等。目前，除了DEM等可自动重建外，通道内的很多地物主要还是依赖人工勾绘和第三方软件，比如AutoCAD、3DMax等。

3.3无人机检测方法

无人机无法像机器人那样对线路故障进行检修，所以无人机的检测主要是利用各种成像技术对线路状况进行巡查，其中包括红外热像仪检测、电子光学检测和激光震动检测等。红外热成像技术的应用主要是对线路局部发热故障的检测，从而判断输电线路的具体故障点和类型。电子光学检测则是能够检测线路是否发生漏电，主要是对线路绝缘部位进行检测，而激光振动检测则是检测绝缘子是否发生破裂。不同的检测技术的特点不同，应用场景也不同，所以在实际应用过程中，需要根据实际巡视部位和目标进行选择。

4、结束语

输电线路巡视向来是比较耗费人力，同时又要求细致的工作。耗费人力的过程中不可避免的会产生由于人体生理、心理的影响而导致巡视质量达不到要求的现象。同时，如何制定科学的巡视制度，有效的提高巡视率，减少线路故障，及时发现隐患也是十分迫切的任务。无人机的应用将会在很大程度上解决以上问题。

参考文献

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