试析大型无人机电力巡检LiDAR点云安全距离诊断方法

张博

摘要：LiDAR是Light Detection And Ranging的简称，中文名称为机载激光雷达，是一种利用光脉冲信号作为传输介质进行三维坐标数据收集的平台，是线路数据收集及安全巡检的基础，是当前电力系统运行数据检测一种先进的技术手段，能够更加直接的观测到电力系统线路敷设的安全距离，进而提升电力系统的稳定性能。基于无人机电力巡检工作对于电力安全重要的价值，依托于电力巡检工作中LiDAR点云计算方法概述，明确大型无人机电力巡检作业时LiDAR点云安全诊断技术应用的主要方法，提升电力巡检工作的整体效能，为电力事业的有序开展贡献更大的力量。

关键词：电力工程;无人机巡检;LiDA点云;安全检测

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）10-0083-01

1 电力巡检工作中LiDAR点云计算方法概述

电力巡检是当前确保电力系统运行线路安全的保障手段，直接影响到整个电力项目的安全。通过对电力线路架设周边地理环境、地貌信息、河流、植被等构筑物安全距离的计算，从而确定线路之间的安全范围。根据当前存在的安全问题，结合当前安全距离的相关标准，进而对存在危险的线路制定合理的应对措施进行改造，提供电力管线的安全性能。当前电力线路检测时，通常利用激光雷达作为搭载的平台，利用无人机进行测量的形式，获取LiDAR点云数据的相关信息，通过对价值数据的处理，完成整个电力线路系统模型的创建，从而进行整个电力线路类别的划分。相对于整个空间系统，电力线路属于空间之中的离散点，利用信息技术将点云生成具有矢量象素的线路，并将其存储至矢量图片之中。电力线路的安全与其自身的电压及地面的构筑物有直接的关系，比如在进行220kV输电线路架设时，线路与树木需要至少保持垂直方向4.5m远的距离，建筑物的垂直距离要控制在6m，与公路的路面需要保持至少8m的距离。依据线路之间走廊与地面安全距离的标准，能够对矢量图像之中的安全距离进行仔细的分析，从而制定线路安全距离的相关标准，使线路之间的安全距离得到更好控制。

2 大型无人机电力巡检LiDAR点云安全诊断技术应用的主要方法

2.1数据信息的采集。利用无人机开展线路巡检时，需要依据的线路作业的相关管理规范，开展架空线路的检测工作，导线向外扩展的距离与地面垂直所形成的平面全部属于电力线路的保护区域，同时配合线路的电压等级，能够确定电力线路的保护区域。外线的两侧各增大50～100m的检测面积。66～110kV外侧连线的距离为10m，电压的等级与电线的安全距离成正比，750kV线路的外连线距离为25m，1000kV和±800kV线路的外连线距离为30m。因此，无人机在对100～200m范围开展巡检工作时，无人机所携带摄像头带宽与飞行距离之比通常为0.8：1，如果飞行的整体高度达到100m，则可以覆盖80m范围的距离，根据地形的高度及激光云的数据密度，能够实现其高度及速度的控制。利用图像图层结合的技术，能够预先进行拍摄时间的设置。

在进行电力线路巡检期间，传统的检测方式通常是利用杆塔信息的获取，再进行空间与导线信息的创建，利用椭圆扫描的形式，通过对侧面轮廓与相关数据的收集，进行为后期的模型创建提供强大的数据素材。在进行外业数据采集时，首先需要在满足高精度数据采集的前提条件之下，在大型无人机设施的底部架设激光雷达的相关组件，利用其定位功能及参考点的地理坐标，进行预测位置的测定，使无人机能够在10～15m /s的高度进行飞行，利用自动化巡检的手段进行线路空间数据的计算、收集，通过INS进行姿态参数的设置，进而通过所测量的点位信息、参考信息及定位信息，完成数据的运算。

2.2点云数据信息的创建。在进行LiDAR 数据信息的采集中，需要对采集的信息进行综合的处理，从而获取LAS数据文件，利用TerraScan对3D信息进行分析，从而实现地面构筑物价值数据的提取，进而形成数据模型的创建及距离的判断。在实际作业开展期间，通常会将数据利用Waypoint Inertial Explorer进行处理，利用定位系统对OUT路线的航迹数据，将RXP格式与激光测量技术进行有机的融合，最终形成LAS格式的点云数据文件。

文件中植被、杆塔等大量的价值信息，包括周边气候环境及噪声污染等相关的信息，噪点信息具有一定的孤立性，在对噪点进行筛查时，需要选择云数据中最低的控制点作为测量参考，但由于这些数据在计算时较晚出现误差，因此，在最终计算的过程中，需要进行模型的创建，利用多次迭代的形式，使数据模型与地面的真实情况得到真实的反映。如构筑物60m时，60×60m的取值范围之内存在三角面的落脚点，其三角面上与其最近目标顶点所形成的角度值最大，利用三角形迭代期间出现的差异性变化作为基础，将地面模型的信息作为基础，进而形成地物点云数据的分类。

2.3矢量模型數据的分析。在进行完数据信息的分类之后，利用走廊地物及导线距离的测算，可以为安全数据的制定奠定坚实的基础，利用矢量拟合的功能，对垂弧坐标的数据进行准确的拾取，进而为导线的距提供强大的数据支持。在三维空间构建中，杆塔间的导线一般是具有一定曲率的曲线，不可 利用杆塔的距离进行数据信息的认定;在整体线路划分存在较大差异性时，利用分段质心拟合的形式，能够更为轻松的完成激光测量的相关要求。

2.4安全距离的诊断。利用拟合曲线功能能够实现对距离的精准测绘，利用分段剖面对曲线是云数据计算的形式，能够将距离与安全距离进行准确的对比，一旦出现不符标准相关测量，系统便将其作为测量的危险点，释放预警信号并对进行危险等级的预报。与此同时，还要依据杆塔云密度相关剖面数据的精准计算，从而获得导线距离构筑物、树木等物体的垂直安全距离及水平安全距离。

3 结语

电力巡检是电力系统使用安全性能重要的检测方式之一，不仅会影响到整个电力系统的正常运营秩序，更会作用于电力工程作业人员的人身安全，因此，传统的人工检测形式已经不能适应电力系统的建设进程。通过对线路安全距离的诊断，可以及时发现电力系统运行期间的安全问题，对于减少能源消耗、合理控制电力运营成本，提高线路使用效率，具有重要指导意义。

参考文献：

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