基于激光雷达技术的无人机电网基建管控系统研究

朱 宏

牡丹江电力设计院 黑龙江 牡丹江 157000

引言

科学技术水平的不断提升，使得人们对电力系统运行使用的安全可靠性要求越来越高。然而，输电线路等电网设施运行所处监测环境恶劣，导致现行技术水平无法满足建设要求。为此，相关建设者应加大激光雷达技术的科研力度，将其运用于无人机电网基建管控系统，这样一来，电网基建管控系统，就不会受到市场环境多元化发展与行业需求扩大等问题影响，进而推动所处区域电力系统运行的安全可持续性建设。

1 机载激光雷达技术

1.1 机载激光雷达系统组成 机载激光雷达系统主要包括以下四个部分：一是保证平稳运行作为传感器载体的的飞行平台、二是作为不断发射脉冲的传感器激光扫描仪、三是不断精准测量的定位与惯性测量单元、四是作为整个系统大脑层次有些整合数据的计算机控制单元。其中飞行平台可以由飞机来代替；激光扫描仪的工作原理与普通微波雷达大体上相似，只是激光扫描仪的波长远小于普通微波雷达，其中，激光扫描仪在市场上常见主要有三种，它们三种的扫描方式也有不同，首先线扫描和光纤扫描是以平行线或“Z”字形为扫描轨迹扫描，其次圆锥扫描则是以椭圆形为扫描轨迹扫描；此外我们所熟悉的惯性测量装置(IMU)和差分GPS(DGPS)又共同构成了我们整个系统中必不可少的定位与惯性测量单元，它由若干地面基准站和一个空间流动站组合而成，由基准站和空中流动站同步不间断观测GPS卫星信号，再通过后期处理，便可以准确获得飞行平台的精准位置；而计算机则是整个机载激光雷达系统各单元分工协作的中心控制单元，它的主要作用就是用来保证整个系统每一个单元互不干扰。

1.2 机载激光雷达系统工作原理 在机载激光雷达系统中，我们会凭借着飞机做为一个观测平台，而传感器则采用一种实时传输数据的激光扫描仪。通过不断的向地球表面发射一束束的激光脉冲，再通过激光脉冲来回所经历的时间来确定激光扫描仪中心距离地球表面激光光斑之间的距离，后根据GPS来确定激光扫描仪精确的空间三维坐标(X，Y，Z)，并且利用IMU测出扫描仪实时的空间姿态参数。根据几何参数和空间几何关系，可以把每一个地面激光点的三维坐标计算出来。相比于传统的遥感技术，机载激光雷达技术具有自动化程度高、作业成本低、实时的数据支持等许多优点，对于跟随国家经济共同发展的电网建设有着很大的技术优势。大体的计算步骤：第一，将激光扫描仪发射和接受激光脉冲的瞬时时刻记录下来；第二，通过光速恒定原理将发射和反射时间转化为斜距进行测量；第三，可以通过传感器实时传输回来的位置和方向来计算出地球反射表面任何一点的三维坐标。

2 激光雷达技术在无人机电网基建管控系统的应用控制策略

2.1 飞行设计控制 激光雷达技术中的飞行设计控制是指，用于设备与无人机的安装、调试与选择。在采集勘探目标区域的数据信息时，前期选择工作需通过构建GPS基站，来强化GPS数据信息获取的准确性。当无人机与激光雷达设备运用优势发挥出来后，就可强化无人机电网基建管控系统飞行设计的科学合理性。

2.2 电力巡线 随着我国经济实力不断提升，对远距离高压的电力输送需求越来越大，要求也越来越高，安全、稳定也逐渐受到了我们的关注。因此对于电力线路的维修也变得越来越重要，为了确保输电线路的运营安全，电网维修管理部门一项非常重要的工作便是电力巡线，往往会投入大量的维修人员定时巡检，从而发现并排除那些隐藏的不稳定因素，避免出现事故。对于传统巡查方式，需要投入大量人力和物力，不仅浪费着很多人力资源，而且作业周期也长，受环境影响较大，当遇到复杂地形时，该情况更为明显，因此我们需要更先进的巡检方式来满足巡检要求。

2.3 三维建模控制 当点云数据的DOM和DEM文件完成制作后，就可利用线路与杆塔模型的组合，来获得最终的三维模型。这里三维模型是指，融合了高分辨率图片和点云数据，且能够经纹理贴图来实现杆塔与电力线建模精确性的目标。当完成系统数据采集和相关分析后，就可获得三维建模效果图。为便于后期的管理、分析和查询，可将Windows系统利用起来，进行电网基建管控C/S系统搭建，以实现数据模型导入、数据监测分析以及输电设备管理等功能目标。此外，为实现大量数据信息的灵活运用与合理存储，数据模型导入功能设置，应利用SQLServer数据库存储DEM和DOM文件。与此同时，还应采用多级缓存、数据组织与压缩以及下载平衡技术，来达到系统控制预期。这样一来，系统的输电设备管理工作，就可为线路管理提供便利，即通过电压等级、线路名称以及图形操作，来实践输电线路与输电电缆的查询与维护功能。

结语

综上所述，无人机电网基建管控系统中激光雷达技术的运用，能够将最具效果的数据采集、预处理、后处理以及三维建模控制措施，作用于实践，进而推动电力系统建设运行的健康稳定发展。如，系统的数据监测功能实践，其可作用于危险点线路检测。事实证明，只有这样，才能将最具效用的措施方法运用于电网基建的管理控制工作，进而为高速发展的电力行业做出贡献。故而，行业开发建设应结合电网服务环境与基建系统建设需求，对激光雷达技术进行针对性控制，进而满足人们使用电能的安全可靠需求。