激光雷达电力巡基于机载激光雷达技术的输电线路树障普查及预警

基于无人机应用激光雷达技术的输电线路树障普查及预警

一、概述

　　树线矛盾一直以来都是电力部门巡检关注的重点对象，当树与线的安全距离不足时，很容易引发跳闸、放电等事故。而树障处理的两大难点，一是树木到导线距离的估算，二是树障砍伐的赔偿问题。前者可以通过技术手段来实现，后者则需要各方配合。

　　估算树木到导线的距离，传统的作业方式有人工目测并心算弧垂到树顶距离，这需要班组成员从多种角度观察，由人的观察角度和错觉引起的误差难以避免。如果要较准确计算导线弧垂与树木之间的距离,避免乱砍乱伐，破坏植被,则需要携带专业测高杆、经纬仪等笨重仪器，线路巡护人员因此工作负担巨大。激光雷达无人机作业已成为电力巡线新手段。

　　随着激光雷达技术的发展，无人机激光雷达系统作业逐渐成为电力巡线的新手段。以LiAir 无人机激光雷达扫描系统为例进行阐述，以整体作业流程，包含外业数据采集，内业的数据处理、到安全距离快速检测报告生成来具体说明。

二、设备简介

1、电力走廊数据采集设备

LiAir 无人机激光雷达扫描系统

　　LiAir 无人机激光雷达扫描系统是由数字绿土自主研发的一款轻型激光雷达点云数据采集系统 ,一体化集成集激光雷达扫描仪、GNSS 和 IMU 定位定姿系统及存储控制单元，可实时、动态、海量采集高精度点云数据及丰富的影像信息，通过配套的LiAcquire 机载激光雷达地面站软件，快速获取高质量的电力走廊数据。

LiAir Standard 32E

重要参数	绝对精度	±12cm
	重量	3.3kg
	扫描范围	100m以内
	相机	可选配
激光雷达单元	安全等级	1级
	测量范围	1-120m以内
	测距精度	±2cm
	最大有效测量速率	700,000Pts/sec
搭载平台	DJI M600
	起飞重量	15.5kg
	作业时间	3.2kg载荷：21min
	最大风抗性	8m/s
	巡航半径	2Km
惯导系统	姿态精度（后处理）	0.1°(1σ)
惯导系统	方位角精度（后处理）	0.1°(1σ)

　　为更好的控制及实时检测LiAir 运行状况，数字绿土自主研发了与LiAir系列适配LiAcquire机载激光雷达地面站软件，具有以下功能：

1) 开启和关闭扫描仪、相机、惯导；

2) 实时显示设备状态、行进轨迹、扫描点云；

3) 支持航带裁切，真彩色点云解算，点云量测，数据回放；

（LiAcquire运行界面）

2、 电力走廊点云数据处理分析

LiPowerline激光雷达电力巡线软件

　　LiPowerline是由数字绿土自主研发的激光雷达电力巡线软件，通过海量点云数据的处理分析，快速精准提取电力通道内的危险目标信息，并为综合模拟工况下的电力安全运行提供分析预测。

（LiPowerline软件界面）

三、作业流程

1、外业数据采集过程

1) 航线设计采

2) 采集过程实时监测

3) 数据预处理，点云数据解算（POS数据的处理）

注意事项

基站摆放位置：位置开阔、无信号干扰，多条航带基站位置固定；
飞行前检查：设备状况、起降场地状况；
飞行作业中注意：线路情况，排除人员及其他信号干扰，航速、航高等飞行参数；环境及气象条件。

2、数据处理分析过程

　1) 导入点云数据，批量化预处理；

　2) 检测参数设置，杆塔坐标及属性编辑；

　3) 数据切档，点云分类；

　4) 绝缘子编辑，杆塔/电力线矢量化；

　5) 实时工况分析；

　6) 模拟工况分析；

　7) 报告生成

(一) 导入点云数据

　　将获取到的数据无抽稀加载到LiPowerline软件，可承载大数据量，单次加载量超过1000基杆塔（220kV），推荐单次作业量为100-150基杆塔；同时，多种点云显示模式使得地物类别加清晰。

（二）杆塔编辑

根据KML文件生成塔文件
·导入杆塔坐标表格文件（表格或txt文件）
输入起始杆塔号，手动点选杆塔位置、输入杆塔类型，生成塔文件

（三）切档/分类

手动分类/创建分类训练模型
自动切档/分类
分类完成后按类别显示

手动分类/创建分类训练模型

自动切档/分类

分类完成后按类别显示

按类别显示

（四）矢量化

1.绝缘子编辑

2.电力线矢量化

单根拟合电力线
批量拟合电力线

3.杆塔矢量化

五点创建杆塔
创建 / 删除杆塔臂

可基于实时工况矢量数据完成实施工况安全距离检测、树倒 / 树生长分析；

可基于模拟工况矢量数据进行上述分析检测，以及与实时工况对比；

（五）实时工况危险点检测

根据对应安全等级阈值范围，确定其危险等级，并配置为.xml文件
根据地物点（非电力线和电力塔类别点）与电力线点的最近空间判断是否存在危险性

植被危险点

交跨危险点

引流线危险点

（六）树生长分析

　　设置树生长参数，根据危险点检测参数（.xml），判断树木生长情况下的净空距离，分析可能出现的净空危险点。

（七）树倒分析

　　设置单木分割参数，根据危险点检测参数(.xml）,判断树木倒伏情况下的净空距离，分析可能出现的净空危险点。

（八）模拟工况分析

　　设置实时工况参数（导线温度、覆冰厚度、风速）以及模拟工况参数，分析模拟工况下的净空距离。

（九）报告生成

安全距离快速检测报告；
实时工况安全距离检测报告；
实时工况交叉跨越检测报告；
树木倒伏安全距离检测报告；

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