输变电工程水土保持在线监测系统应用试验研究

输变电工程水土保持在线监测系统应用试验研究

雷永桂

国网福建省电力有限公司石狮市供电公司，福建 泉州 362700

摘要：电力系统的供电可靠性离不开输电铁塔安全稳定运行。生态文明建设是关乎中华民族永续发展的根本大计，水土保持是生态文明建设的重要任务。输变电工程跨越不同的地形地貌，在工程建设过程中，难免要扰动地表、破坏植被、造成一定的水土流失，必须开展输变电工程水土保持监测工作，及时监控工程建设过程中的水土流失。土壤侵蚀量是水土保持监测的主要任务，生态文明建设对水土保持监测提出了更高的要求，逐步形成了动态化监测的基本态势。

关键词：输变电工程；水土保持；在线监测系统

引言

为了调节我国能源分布不均匀，适应需求逆向的分布，特高压输电工程的建设现在被国网公司高度重视，但在工程施工建设过程中往往会对原地貌进行改造，容易导致水土流失，并且由于特高压输电工程往往具有跨度较大、传输距离长等特点，横跨省份较多，并且往往都会经过黄土高原的风蚀地区和南方的水蚀地区，会进一步加剧其水土流失情况。随着人们环境保护意识和国家对水土保持监测工作要求的提高，国网正在大力推进水土保持监测信息化，积极利用现代技术和仪器设备，以及卫星遥感和无人机等先进手段，实现监测数据获取、传输和处理的自动化，提高水土保持监测能力和水平。因此，加强特高压输电工程建设项目的管理和监控，可以有效解决建设后期生态破坏的问题。近年来，水土保持管理信息系统的发展十分迅速，而在输电工程建设过程中，水土保持管理信息系统却没有得到足够的重视，导致水土流失数据来源不稳定，管理混乱。

1水土保持监测的作用

生态环境破坏就是人类破坏或者过度使用自然资源导致生态系统无法自动调节，造成了无法自愈的生态问题。特高压输变电工程在建设以及运行的过程中会对周边生态环境造成较大的影响，包括大气和水资源的污染、地表植被的破坏等，其中最为严重的就是因植被破坏导致的水土流失问题，因此及时做好水土保持监测和防治，可以有效避免不必要的损失。2018年，中国水利部明确规定生产项目建设单位依法、依规进行的水土保持检测，是通过国家自主验收的必要条件之一。据统计，生产建设项目已逐渐成为导致水土流失的主要原因之一，因此在特高压输变电工程中开展水土保持在线监测十分重要。做好特高压输变电工程中的水土保持监测工作，一方面是顺应国家发展战略要求，提升生态环境质量和稳定性，保障经济社会的可持续性发展;另一方面，高精度的水土保持监测工作，可以准确掌握监测地区的水土流失情况，便于因地制宜地制定出科学的水土流失防治措施。

2输变电工程水土保持在线监测系统应用试验

2.1三维激光扫描模块

三维激光扫描模块有多个部分组成。三维激光扫描就是对每个三维空间像素点的激光测距，在单点激光测距的基础上，对每个测距点的方位信息同步进行测量，如方位角—俯仰角—距离、距离—速度—强度，并将数据以图像的形式显示，即可实现三维成像。而方位信息的获取可以通过单点扫描和面阵器件成像两种方式。本系统采用较为成熟的多面体扫描。通过电机驱动多面体转动，能够实现单圈旋转下，通过发掘多面体面型以及面数的自由度，实现单一激光器的空间扫描的复用，从而实现多个线数，降低系统成本。多面体的每个反射面的法线方向在旋转下以整体多面结构的中心轴为圆心旋转，因此带动入射到多面体的反射面的发射激光的反射角度的空间扫描，该技术具有大扫描视场和高扫描效率的特性。此外，该技术也可以较为方便地与多激光光束平行扫描结合，从而进一步提升扫描的线束，实现更高的点云密度。基于激光三维扫描得到经过滤波后的点云数据后，并依据扫描系统在环境中的坐标以及方向，对点云数据进行相应的坐标转换后，导入后处理软件中进行编辑和处理，应用目标切割等处理方法对非地貌数据进行剔除后，生成如表面形貌和等高线等水土保持监测所需的数据，从而估算出土壤侵蚀量。

2.2数据管理系统构建

数据管理系统是信息管理系统最基本的构成，它的主要功能是对信息管理系统中的数据进行存储、更新、处理等。数据管理系统的内容、结构、效率对搭建一个完备、先进、合适的信息系统十分重要。数据管理系统建设方法如下。1)多层级数据信息传递。输电工程建设过程中的水土保持管理是一个从点到线、由现场环境到水土保持手段逐渐过渡的过程，因此决定了从监测站点到监测整个线路工程，业务图册精度会逐渐降低，而图层范围会逐渐扩大。因此，数据管理系统可以通过移动网络来实现上位机和下位机的信息传递和交流，不仅站点本地可以获取信息，监管总部也可以直接获取信息，减少数据在传递过程中的丢包，提高准确性，并减少了驻站员工的工作量。2)有效地存储、管理不同监测点的数据、图片、视频等数据。通过采用属性数据库的方法对系统采集的多种类型的数据进行分类存储，视频和图片与数据分别处理。3)实现管理信息系统(MIS)、办公自动化等的接入。由于系统将在以后进一步推广和修正，加上水土保持行业自动化程度会不断提高，系统留有接口，支持与MIS和OA的集成。

2.3塔位水土保持设施的影像获取

准确性是指模型中各图元的平面坐标与高程数据准确，数据来源为航拍影像空中三角测量基础上平差求解的结果，主要受航拍影像质量控制，包括航线弯曲度、相片重叠率、旋转角等影响要素。为控制三维实景模型偏差，一般采取航线弯曲度小于3%，航向重叠率控制在60%～65%之间，旁向重叠率控制在15%～35%之间，并控制相片旋转角小于6%。此外，航拍镜头光学畸变、外方位元素几何畸变、地形起伏导致影像点发生位移均会导致无人机影像畸变，进而降低影像质量，影响模型准确性。由于陡峻地区塔位多位于陡坡地带，高低腿布置，基面存在高差，地形起伏是导致影像畸变的主要原因，工程实际操作中可通过降低无人机航高进行消除。考虑到工程措施中挡墙、护坡、截排水沟结构面为厘米级，要获取足够的分辨率，飞行高度必须尽量低，拍摄角度尽量与坡形保持一致，保持相近等高线区域平行拍摄，使影像呈现的地面高差与飞机航高的高差保持相对均衡。实际工程应用中，根据电压等级和周边地形条件需要，塔身高度的跨度范围比较大，特别是500千伏以上的特高压塔，塔身高度常在50m以上，采取无人机低空飞行效率低，且飞行安全隐患大。因此，根据工程经验，推荐采用整个线路工程塔位预设航线按一定比例尺采集影像，如采用旋翼无人机大疆精灵4pro时，在飞行高度150m处可实现地面分辨率为5cm，基本能满足塔位基面地物判断精度要求，再对挡墙、护坡和截排水沟采用手动控制无人机抵近飞行，多角度采集高精度影像的方式，可实现挡墙、护坡和截排水沟等构筑物厘米级别的分辨率。

结语

输变电工程水土保持在线监测系统采用超声测距的原理自动监测土壤侵蚀厚度，具有自校准功能，克服了外界环境因素对测量结果的影响。输变电工程水土保持在线监测系统具有体积小、重量轻、安装简便、性能稳定、可远程自动监测并实时传输监测数据等优点，适用于偏远山区的输变电工程水土保持监测。输变电工程水土保持在线监测系统为新时期水土保持监测提供了新方法、新技术和新手段。

参考文献

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