試析大型無人機電力巡檢LiDAR點云安全距離診斷方法

張博

摘要：LiDAR是Light Detection And Ranging的簡稱，中文名稱為機載激光雷達，是一種利用光脈沖信號作為傳輸介質進行三維坐標數據收集的平臺，是線路數據收集及安全巡檢的基礎，是當前電力系統運行數據檢測一種先進的技術手段，能夠更加直接的觀測到電力系統線路敷設的安全距離，進而提升電力系統的穩定性能?；跓o人機電力巡檢工作對于電力安全重要的價值，依托于電力巡檢工作中LiDAR點云計算方法概述，明確大型無人機電力巡檢作業時LiDAR點云安全診斷技術應用的主要方法，提升電力巡檢工作的整體效能，為電力事業的有序開展貢獻更大的力量。

關鍵詞：電力工程;無人機巡檢;LiDA點云;安全檢測

中圖分類號：TM755?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）10-0083-01

1?電力巡檢工作中LiDAR點云計算方法概述

電力巡檢是當前確保電力系統運行線路安全的保障手段，直接影響到整個電力項目的安全。通過對電力線路架設周邊地理環境、地貌信息、河流、植被等構筑物安全距離的計算，從而確定線路之間的安全范圍。根據當前存在的安全問題，結合當前安全距離的相關標準，進而對存在危險的線路制定合理的應對措施進行改造，提供電力管線的安全性能。當前電力線路檢測時，通常利用激光雷達作為搭載的平臺，利用無人機進行測量的形式，獲取LiDAR點云數據的相關信息，通過對價值數據的處理，完成整個電力線路系統模型的創建，從而進行整個電力線路類別的劃分。相對于整個空間系統，電力線路屬于空間之中的離散點，利用信息技術將點云生成具有矢量象素的線路，并將其存儲至矢量圖片之中。電力線路的安全與其自身的電壓及地面的構筑物有直接的關系，比如在進行220kV輸電線路架設時，線路與樹木需要至少保持垂直方向4.5m遠的距離，建筑物的垂直距離要控制在6m，與公路的路面需要保持至少8m的距離。依據線路之間走廊與地面安全距離的標準，能夠對矢量圖像之中的安全距離進行仔細的分析，從而制定線路安全距離的相關標準，使線路之間的安全距離得到更好控制。

2?大型無人機電力巡檢LiDAR點云安全診斷技術應用的主要方法

2.1數據信息的采集。利用無人機開展線路巡檢時，需要依據的線路作業的相關管理規范，開展架空線路的檢測工作，導線向外擴展的距離與地面垂直所形成的平面全部屬于電力線路的保護區域，同時配合線路的電壓等級，能夠確定電力線路的保護區域。外線的兩側各增大50～100m的檢測面積。66～110kV外側連線的距離為10m，電壓的等級與電線的安全距離成正比，750kV線路的外連線距離為25m，1000kV和±800kV線路的外連線距離為30m。因此，無人機在對100～200m范圍開展巡檢工作時，無人機所攜帶攝像頭帶寬與飛行距離之比通常為0.8：1，如果飛行的整體高度達到100m，則可以覆蓋80m范圍的距離，根據地形的高度及激光云的數據密度，能夠實現其高度及速度的控制。利用圖像圖層結合的技術，能夠預先進行拍攝時間的設置。

在進行電力線路巡檢期間，傳統的檢測方式通常是利用桿塔信息的獲取，再進行空間與導線信息的創建，利用橢圓掃描的形式，通過對側面輪廓與相關數據的收集，進行為后期的模型創建提供強大的數據素材。在進行外業數據采集時，首先需要在滿足高精度數據采集的前提條件之下，在大型無人機設施的底部架設激光雷達的相關組件，利用其定位功能及參考點的地理坐標，進行預測位置的測定，使無人機能夠在10～15m /s的高度進行飛行，利用自動化巡檢的手段進行線路空間數據的計算、收集，通過INS進行姿態參數的設置，進而通過所測量的點位信息、參考信息及定位信息，完成數據的運算。

2.2點云數據信息的創建。在進行LiDAR 數據信息的采集中，需要對采集的信息進行綜合的處理，從而獲取LAS數據文件，利用TerraScan對3D信息進行分析，從而實現地面構筑物價值數據的提取，進而形成數據模型的創建及距離的判斷。在實際作業開展期間，通常會將數據利用Waypoint Inertial Explorer進行處理，利用定位系統對OUT路線的航跡數據，將RXP格式與激光測量技術進行有機的融合，最終形成LAS格式的點云數據文件。

文件中植被、桿塔等大量的價值信息，包括周邊氣候環境及噪聲污染等相關的信息，噪點信息具有一定的孤立性，在對噪點進行篩查時，需要選擇云數據中最低的控制點作為測量參考，但由于這些數據在計算時較晚出現誤差，因此，在最終計算的過程中，需要進行模型的創建，利用多次迭代的形式，使數據模型與地面的真實情況得到真實的反映。如構筑物60m時，60×60m的取值范圍之內存在三角面的落腳點，其三角面上與其最近目標頂點所形成的角度值最大，利用三角形迭代期間出現的差異性變化作為基礎，將地面模型的信息作為基礎，進而形成地物點云數據的分類。

2.3矢量模型數據的分析。在進行完數據信息的分類之后，利用走廊地物及導線距離的測算，可以為安全數據的制定奠定堅實的基礎，利用矢量擬合的功能，對垂弧坐標的數據進行準確的拾取，進而為導線的距提供強大的數據支持。在三維空間構建中，桿塔間的導線一般是具有一定曲率的曲線，不可 利用桿塔的距離進行數據信息的認定;在整體線路劃分存在較大差異性時，利用分段質心擬合的形式，能夠更為輕松的完成激光測量的相關要求。

2.4安全距離的診斷。利用擬合曲線功能能夠實現對距離的精準測繪，利用分段剖面對曲線是云數據計算的形式，能夠將距離與安全距離進行準確的對比，一旦出現不符標準相關測量，系統便將其作為測量的危險點，釋放預警信號并對進行危險等級的預報。與此同時，還要依據桿塔云密度相關剖面數據的精準計算，從而獲得導線距離構筑物、樹木等物體的垂直安全距離及水平安全距離。

3?結語

電力巡檢是電力系統使用安全性能重要的檢測方式之一，不僅會影響到整個電力系統的正常運營秩序，更會作用于電力工程作業人員的人身安全，因此，傳統的人工檢測形式已經不能適應電力系統的建設進程。通過對線路安全距離的診斷，可以及時發現電力系統運行期間的安全問題，對于減少能源消耗、合理控制電力運營成本，提高線路使用效率，具有重要指導意義。

參考文獻：

[1]梁文勇，嚴碧武，王海濤，谷山強，趙淳，吳大偉.自動航跡規劃在無人機電力巡檢中的應用[J].電工技術，2019（10）：144-146+149.

[2]許忠雄，邵瑰瑋，謝予星，吳亮，季錚.基于編碼標志的無人機電力巡檢自主定位方法[J].應用科學學報，2018，36（05）：845-858.