基于自主巡檢模式下的電力導線通道障礙物快速巡檢研究

楊嘉妮 鐘玉琦 黃巧妍

摘要：詳細闡述了電力導線通道障礙物快速自主巡檢方案。該方案首先基于無人機搭載激光雷達采集導線通道點云數據，然后利用Hough變換法識別圖像中的電力通道導線，最后為樹木等障礙物構建空間檢索結構BDtree，對比電線點云與障礙物點云的距離，將位于導線通道危險距離之內的物體視為障礙物。此方案節省了人工野外排查導線通道的時間，對保障電力系統安全運行具有重要意義。

關鍵詞：電力導線;通道;點云數據;障礙;巡檢

0 引言

電力系統輸電導線通道障礙物排查已經全面進入自動巡檢階段，自動巡檢主要以無人機搭載數據采集系統的方式實現。無人機搭載圖像采集設備與圖像處理系統，可以快速識別導線通道中是否存在障礙物。近幾年，機載激光雷達測量技術快速發展，在室外電力自主巡檢中應用廣泛[1]。本文主要介紹如何使用機載激光雷達快速獲取電力導線通道障礙物情況，以便高效率完成電力導線通道障礙物排查工作。

1 電力導線通道障礙物快速巡檢方案設計

為實現遠距離、大范圍的輸電導線通道障礙物快速自主巡檢，本文以無人機搭載激光雷達的方式，設計了導線通道點云數據采集方案。激光雷達系統置于無人機下方，飛行高度區間為[15 m，200 m]，飛行速度控制在[10 m/s，15 m/s]，以免無人機高速飛行導致點云數據采集不精準[2]。

無人機搭載激光雷達系統快速巡檢電力導線通道障礙物的設計思路如下：（1）經過外業數據采集獲得大規模導線通道點云數據，以LAS文件格式存儲;（2）對點云數據進行降噪預處理，減少散亂點、空洞點數量，降低導線特征提取的難度，同時，對點云數據中的電線、桿塔、樹木等物體進行分類;（3）運用特征提取算法檢測電力導線，判斷導線通道中是否存在障礙物。電力導線通道障礙物快速巡檢思路如圖1所示。

2 導線通道障礙物識別算法

2.1? ? 基于Hough變換的導線通道電線識別

鑒于光線遮擋、設備自身等因素，會引起激光點云噪聲量大，所以原始點云需要經過降噪處理才可作為有效的數據使用。基于最小二乘原理計算噪聲點的距離最小值，預先設置一個距離閾值，將大于閾值的部分視為噪聲點，將其刪除[3]。

接下來采用二維圖像特征提取算法識別導線通道中的電線，所以需要將去噪處理后的三維導線通道點云數據轉換為二維圖像模式。定義一個二維圖像命名為（Xmax-Xmin）×（Ymax-Ymin），其中，圖像水平向區域界限為Xmin、Xmax，垂直向區域界限為Ymin、Ymax。為獲得三維點云數據的平面位置坐標數據，需歸一化三維點云坐標，將灰度值設為255。另外，將點云的平面坐標信息同步到動態數組內，為后期查詢坐標信息提供便利。平面（a，b）點歸一化的方法與結果：

2.2? ? 通道障礙物識別與檢測

一般而言，電線包含的激光點約在幾千個左右，而植被、樹木等其他可能性障礙物的激光點規模可達數十萬甚至百萬個。點云數據的優點是可以對比點之間的距離，所以計算電線與其他物體的點云數據距離即可判斷導線通道上是否存在障礙物[4]。此處引入“空間檢索結構BDtree”，為檢索到導線通道附近的樹木等物體構建空間檢索結構BDtree，對電線激光點云實施遍歷操作，尋找是否有存在“危險距離”之內的物體，如果有，則視為電力導線通道的障礙物，如在“危險距離”之外則可忽略。電力巡檢管理人員在計算機端即可查看導線通道提取結果以及通道障礙物巡檢結果，進而做出是否到場維修的決策。

3 結語

電力系統導線通道障礙物自主巡檢模式得到了廣泛運用，如何提高巡檢過程中障礙物目標檢測的精度十分關鍵。本文設計的電力導線通道障礙物巡檢方案主要有兩點優勢：

（1）利用激光雷達系統采集目標物的點云數據，可以獲得目標物的準確位置，通過對比物體間的距離判斷導線通道的障礙物情況。

（2）將三維激光點云轉換至二維平面坐標中，利用擅長提取直線的Hough變換法提取電線信息，降低了大規模點云數據運算的難度，提高了運算效率。但本文提出的方案仍存在一些不足之處，需要在未來的研究中持續改進，例如點云數據去噪應更加細化、高效，以減少噪聲點對電線信息等提取的干擾。

[參考文獻]

[1] 王柯，許淑淑，許志海，等.基于三維點云電力線路廊道障礙物檢測流程與質量分析[J].礦山測量，2017，45（6）：76-79.

[2] 李朋月，郝向陽，李建勝，等.無人機影像中直線類電力線檢測算法研究[J].電子測量技術，2019，42（19）：148-153.

[3] 李泊，陳誠.面向航拍圖像的農村配電網導線斷股檢測[J].中國電力，2019，52（1）：82-87.

[4] 周小紅，李向歡，石蕾，等.無人機傾斜攝影技術在電力巡線樹障檢測中的實踐應用研究[J].電力大數據，2019，22（8）：53-59.