基于激光雷達技術的無人機電網基建管控系統研究

朱 宏

牡丹江電力設計院 黑龍江 牡丹江 157000

引言

科學技術水平的不斷提升，使得人們對電力系統運行使用的安全可靠性要求越來越高。然而，輸電線路等電網設施運行所處監測環境惡劣，導致現行技術水平無法滿足建設要求。為此，相關建設者應加大激光雷達技術的科研力度，將其運用于無人機電網基建管控系統，這樣一來，電網基建管控系統，就不會受到市場環境多元化發展與行業需求擴大等問題影響，進而推動所處區域電力系統運行的安全可持續性建設。

1 機載激光雷達技術

1.1 機載激光雷達系統組成 機載激光雷達系統主要包括以下四個部分：一是保證平穩運行作為傳感器載體的的飛行平臺、二是作為不斷發射脈沖的傳感器激光掃描儀、三是不斷精準測量的定位與慣性測量單元、四是作為整個系統大腦層次有些整合數據的計算機控制單元。其中飛行平臺可以由飛機來代替；激光掃描儀的工作原理與普通微波雷達大體上相似，只是激光掃描儀的波長遠小于普通微波雷達，其中，激光掃描儀在市場上常見主要有三種，它們三種的掃描方式也有不同，首先線掃描和光纖掃描是以平行線或“Z”字形為掃描軌跡掃描，其次圓錐掃描則是以橢圓形為掃描軌跡掃描；此外我們所熟悉的慣性測量裝置(IMU)和差分GPS(DGPS)又共同構成了我們整個系統中必不可少的定位與慣性測量單元，它由若干地面基準站和一個空間流動站組合而成，由基準站和空中流動站同步不間斷觀測GPS衛星信號，再通過后期處理，便可以準確獲得飛行平臺的精準位置；而計算機則是整個機載激光雷達系統各單元分工協作的中心控制單元，它的主要作用就是用來保證整個系統每一個單元互不干擾。

1.2 機載激光雷達系統工作原理 在機載激光雷達系統中，我們會憑借著飛機做為一個觀測平臺，而傳感器則采用一種實時傳輸數據的激光掃描儀。通過不斷的向地球表面發射一束束的激光脈沖，再通過激光脈沖來回所經歷的時間來確定激光掃描儀中心距離地球表面激光光斑之間的距離，后根據GPS來確定激光掃描儀精確的空間三維坐標(X，Y，Z)，并且利用IMU測出掃描儀實時的空間姿態參數。根據幾何參數和空間幾何關系，可以把每一個地面激光點的三維坐標計算出來。相比于傳統的遙感技術，機載激光雷達技術具有自動化程度高、作業成本低、實時的數據支持等許多優點，對于跟隨國家經濟共同發展的電網建設有著很大的技術優勢。大體的計算步驟：第一，將激光掃描儀發射和接受激光脈沖的瞬時時刻記錄下來；第二，通過光速恒定原理將發射和反射時間轉化為斜距進行測量；第三，可以通過傳感器實時傳輸回來的位置和方向來計算出地球反射表面任何一點的三維坐標。

2 激光雷達技術在無人機電網基建管控系統的應用控制策略

2.1 飛行設計控制 激光雷達技術中的飛行設計控制是指，用于設備與無人機的安裝、調試與選擇。在采集勘探目標區域的數據信息時，前期選擇工作需通過構建GPS基站，來強化GPS數據信息獲取的準確性。當無人機與激光雷達設備運用優勢發揮出來后，就可強化無人機電網基建管控系統飛行設計的科學合理性。

2.2 電力巡線 隨著我國經濟實力不斷提升，對遠距離高壓的電力輸送需求越來越大，要求也越來越高，安全、穩定也逐漸受到了我們的關注。因此對于電力線路的維修也變得越來越重要，為了確保輸電線路的運營安全，電網維修管理部門一項非常重要的工作便是電力巡線，往往會投入大量的維修人員定時巡檢，從而發現并排除那些隱藏的不穩定因素，避免出現事故。對于傳統巡查方式，需要投入大量人力和物力，不僅浪費著很多人力資源，而且作業周期也長，受環境影響較大，當遇到復雜地形時，該情況更為明顯，因此我們需要更先進的巡檢方式來滿足巡檢要求。

2.3 三維建模控制 當點云數據的DOM和DEM文件完成制作后，就可利用線路與桿塔模型的組合，來獲得最終的三維模型。這里三維模型是指，融合了高分辨率圖片和點云數據，且能夠經紋理貼圖來實現桿塔與電力線建模精確性的目標。當完成系統數據采集和相關分析后，就可獲得三維建模效果圖。為便于后期的管理、分析和查詢，可將Windows系統利用起來，進行電網基建管控C/S系統搭建，以實現數據模型導入、數據監測分析以及輸電設備管理等功能目標。此外，為實現大量數據信息的靈活運用與合理存儲，數據模型導入功能設置，應利用SQLServer數據庫存儲DEM和DOM文件。與此同時，還應采用多級緩存、數據組織與壓縮以及下載平衡技術，來達到系統控制預期。這樣一來，系統的輸電設備管理工作，就可為線路管理提供便利，即通過電壓等級、線路名稱以及圖形操作，來實踐輸電線路與輸電電纜的查詢與維護功能。

結語

綜上所述，無人機電網基建管控系統中激光雷達技術的運用，能夠將最具效果的數據采集、預處理、后處理以及三維建模控制措施，作用于實踐，進而推動電力系統建設運行的健康穩定發展。如，系統的數據監測功能實踐，其可作用于危險點線路檢測。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的措施方法運用于電網基建的管理控制工作，進而為高速發展的電力行業做出貢獻。故而，行業開發建設應結合電網服務環境與基建系統建設需求，對激光雷達技術進行針對性控制，進而滿足人們使用電能的安全可靠需求。