无人机载激光雷达技术在电力线巡检中的应用

无人机载激光雷达技术在电力线巡检中的应用

Summary：近年来，电力行业加大信息化建设投入，随着智慧电力建设的推进，激光雷达搭载无人机巡检作业作为电网安全稳定运行的有力解决方案，为电力智能巡检领域迎来新机遇。Keys：无人机、激光雷达、点云解算软件

引言随着国民经济的迅速发展，电力工业也取得重大成就，逐步形成以大型发电厂和中心城市为核心，以不同电压等级的输电线路为骨架的各大区、省级和地区的电力系统，全国电网已经基本形成500千伏和330千伏的骨干网架。我国重大输电通道工程建设也在持续推进，至2021年底，我国共建成投运33条特高压线路，总体电力工程投资10481亿元，为近十年最高水平。2022年是推进“十四五”规划的重要年份，全国电力发展坚持稳中求进的总体原则，这对全国电力巡检工作进行也是一场考验。图2012～2021年全国电力投资情况(单位：亿元)资料来源于国家能源电力局官网输电线路巡检是电网运营维护管理部门需要进行的一项重要工作，为了确保电力线路的运营安全，通常需要定期对线路进行巡检，以便及时发现和排除安全隐患。随着高电压、大功率、长距离输电线路越来越多，线路走廊穿越的地理环境也越来越复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，对其运行维护日趋困难。依靠人工为主的巡检模式因巡视效果差、工作效率低等原因难以满足发展需要。随着无人机技术日趋成熟，人工智能技术不断发展，电力行业已经开始使用无人机大面积巡查电力线路，无人机载激光雷达巡线技术便应运而生。1外业部分1.1无人机载雷达组成及优势无人机载激光雷达技术融合了电力、导航、通信、航空、控制、图像处理等多个领域的高新技术。1)惯性导航系统，可提供稳定、连续的三维高精度位置、速度、姿态信息；2)GNSS天线，提供厘米级高精度位置信息；3)激光扫描仪，快速获取目标地物的空间信息数据，实时生成真彩点云。同时结合飞机的仿地、避障功能，整套系统不受地理障碍限制，大幅提升巡线效率。1.2外业作业流程2内业部分2.1激光雷达点云解算软件功能商用的点云数据处理软件，包含轨迹解算、点云融合、航带平差、真彩赋色、坐标转换、精度检查。支持输电线路走廊点云的快速分类，三维数字模型构建，分类点云的实时工况安全距离检测、交叉跨越分析和树木倒伏分析等，并能够生成相关分析报告，同时支持输电线路走廊横纵面图生成，并标绘档距、地面高程、交叉跨越物等信息。2.2内业作业流程1)点云数据加载，将无人机巡检获取的点云数据无抽稀加载到软件，进行数据处理和分析。2)电力模块参数设置，分为基本设置和检测参数设置，基本设置包括工作目录、目标坐标系、点云坐标系，检测参数设置包括类别设置，电压等级设置。3)杆塔信息加载及编辑，可以自动根据KML文件获取杆塔位置坐标，并输出杆塔文件，也可以手动对位置不准确的杆塔点进行修改。4)点云分类样本训练，从待处理数据中选择具有代表性的数据作为训练数据，人工分出电力线、杆塔、地面点等类别，然后生成训练模型。5)点云切档和自动分类，根据杆塔文件对输电线路点云数据进行分档，将点云分为杆塔、电力线、地面点、植被、噪点和未分类等，点云分类完成后按类别显示。6)电力线矢量化，若数据中存在断线情况，可在电力线分类完成过后对电力线进行拟合，然后再进行危险点检测。7)危险点检测及报告输出，根据地物点与电力线点的空间距离判断是否存在危险性，依据对应安全等级阈值范围，确定其危险等级并。8)模拟工况预警分析，从点云中提取导线、杆塔模型后，在此基础上进行分析，研究其在不同温度、风速、覆冰等环境下，导线的风偏、弧垂等变化状态，评估不同条件下输电线路的安全状态。总结无人机载激光雷达技术具有效率高、不受地域影响等优势，