机载激光LiDAR技术在输电线路巡检工作中的应用研究

黄 隆 王 迪 赵 健

（中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，贵州贵阳550000）

0 引言

输电线路常年暴露于野外，传统人工巡检方式依靠地面交通工具或徒步行走、利用普通仪器或肉眼来巡查。然而，很多长距离输电线路分布在地形陡峭、自然环境恶劣的崇山峻岭之间，导致传统人工巡线强度大，工作条件艰苦，效率低，复巡周期长，巡检数据准确率不高。如何寻求更优的输电线路运维方式，成了国内外输电线路运维人员共同面临的一大难题[1]。

近年，随着激光雷达技术和无人机技术的日益发展与成熟应用，机载激光雷达技术能同时获取输电线路走廊影像及三维空间坐标信息，且具有测量精度高、全三维、自动化程度高、效率高、定位准确的特点[2-5]。特别是机载LiDAR的高频率脉冲能部分地穿透植被，获取高压线下的地形信息，解决人工和传统航测中存在植被遮挡的“盲区”问题，可全天候、全地域对输电线路进行巡检。

本文对基于激光点云的输电线路安全距离分析、工况模拟分析、交跨分析、通道变化分析等开展研究，能够实现线路巡检的高效、准确、安全及低投入。

1 安全距离分析

安全距离分析主要计算提取点云数据中电力线与植被、建筑物、公路等走廊地物之间的距离，并根据线路运行规程进行危险点判别与分析，及时发现电力线危险情况。通过计算得到危险点如图1中圆圈内所示（此处检测到的为树障危险点），并生成安全距离分析报告，如图2所示，分析报告中包括线路信息、运行规程、图例总表、杆塔信息、危险点明细表、危险点详情等内容。

图1 安全距离分析结果

2 模拟工况分析

电力线在自然环境中大多以裸露形式存在，因此经常会受到气象条件等外界因素以及工况条件的影响，导线与地物的距离也在动态变化，静态的数据不能及时发现潜在的危险点，因而对各工况条件下的输电线路进行模拟具有极大的意义，如图3所示。

图2 安全距离分析报告

图3 模拟工况（20 mm覆冰）安全距离分析示意图

从图3可知，对实时电力线（红色线）进行安全距离分析时，线路走廊内没有不符合安全距离的危险点，但当达到20 mm覆冰时，电力线（蓝色线）下方存在树障危险点。因此，基于线路区域气象参数及输电走廊点云，运用架空输电线路电线力学，模拟各工况条件下的输电线路各类运行参数，并根据参数信息模拟导线弧垂，依照电网运维标准规范，对模拟导线进行安全距离检测，实现高温、大风、覆冰等典型工况下潜在危险点分析。

3 交叉跨越分析

为防止交叉跨越事故发生，对架空输电线路交叉跨越距离进行测量尤其重要，本文将三维激光点云技术应用于输电线路交叉跨越分析，通过空间位置关系分析及拓扑分析实现交跨物类型、交跨点坐标、交跨距离等关键信息提取，并形成交叉跨越分析报告，如图4所示，能有效辅助运维人员清晰获知线路交跨情况。

图4 交叉跨越分析结果

4 通道变化分析

输电线路直接暴露在野外，杆塔及线路下方经常出现新建违章建筑、余土堆积、塌方等现象；在植被茂密的线路走廊内，树木生长情况、前期树障砍伐情况需要及时评估。基于高精度激光点云可直观比对前后两次巡检时输电走廊地物及地形地貌变化情况，分析影响输电运行安全的新增建筑物、树木及地质问题等。

输电通道变化检测的思路为：采用时间维度进行对比，比较两个时间维度之间的线路通道网格点云变化差异，提取变化参数，统计变化量，并在三维通道图上进行标示，如分析影响输电运行安全的新增建筑物、植被等。变化检测结果示例如图5所示。

图5 输电通道变化检测结果

5 杆塔倾斜分析

当输电线路经过煤炭开采区、软土质地区、山坡地等特殊地带时，杆塔基础会发生滑移、倾斜、沉降等现象，从而引起杆塔的倾斜。线路杆塔在整体吊装时，吊点位置选取不合理也会引起杆塔的形变倾斜。杆塔的倾斜易造成输电线路发生倒杆、电气安全距离过小等缺陷，特别是在人口密集区、重要交叉跨越处，线路杆塔一旦发生倒塔，造成的后果将十分严重。

基于三维激光雷达实现杆塔倾斜度自动测量能很好地改善现有测量方法面临的现场作业强度大、受地形限制等不足，本文采用图6所示算法流程实现基于激光点云数据的杆塔倾斜分析。

图6 杆塔倾斜分析算法流程

6 结语

机载激光LiDAR技术在输电线路巡检中的应用可以弥补人工巡检与无人机图像巡检在通道安全距离等空间分析检测方面的弊端，本文进行输电线路激光点云应用研究，实现三维场景下输电线路安全距离分析、模拟工况分析、交叉跨越分析、通道变化分析、杆塔倾斜分析等巡检应用研究，可有效提高线路巡检的效率、准确性、安全性，并大幅减少运维成本，降低输电线路运行风险，同时也能扩展应用到基建数字化移交、线路工程验收、输电工程规划等工作中，具有广泛的推广价值。本文技术成果自2018年以来，已在逾4 500 km线路应用，取得了良好的效果及经济效益。