電力設施水淹三維預警方案研究

賈衍立

摘要：為全面升輸電線路智能化運檢水平，對已有電網自然資源災害預警、電網運行狀態感知進行性能及功能的優化提升。進行電力設施水淹三維預警方案研究，以實景化的三維設備、臺賬為基礎，全面收集輸電本體信息，匯總氣象、水文、地質、電力設備設施結構等相關運行環境信息，實現電網設備設施采集信息的一站式匯總展示、數據集中交互處理、大數據累積分析、現場遠程輔助和智能決策指揮等功能，大幅提升災害預測精度、預警有效性及信息送達精準度，提升輸電線路智能化運檢水平。

關鍵字：電力設施水淹、三維預警、激光Lidar、傾斜攝影測量

一、概述

針對已有的電網設施水淹災害預警，引入全省高精度三維地圖，提升電網水淹災害風險評估中地形參數取值準確性，提出水淹、內澇精細化告警算法;基于北斗定位、視覺圖像識別及5G通信技術，實現告警信息與電網設備設施坐標相擬合的“三維地圖”式應用體驗，構建基于大數據分析的水淹災害智能預警體系。

構建三維激光點云及傾斜攝影可視化相結合的三維場景，接入可視化平臺數據，實現對電網運行狀態感知、評估分析及風險預（告）警功能，打通與電力調度平臺數據接口。

二、建設方案

1、數據建設

（1）無人機搭載激光lidar建模技術

利用大疆多旋翼無人機搭載激光lidar相機進行點云數據采集。

在國家電力行業標準及行業規范的嚴格約束下，利用激光點云數據處理軟件，利用海量點云LOD技術、點云自動降噪技術，通過典型特征的點云自動分類算法、點云三維空間自動量算分析技術、模擬分析算法以及電網專業算法等激光點云及電網業務算法基礎組件，實現的面向電網應用的點云數據的工程化組織管理與分析處理工作。

以巡檢任務為工程單位的數據組織與分析管理邏輯，以同電壓等級同線路下巡檢區間為點云數據處理單元，開展電網行業激光點云數據的自動化與智能化分析處理作業。

l地形數據三維建模

利用激光LiDAR相機可以穿透植被冠層，從而獲取地面DEM點云數據，通過激光雷達數據的建模，可提供數字高程模型等一系列包括高度、坡度、坡面、坡向在內的地形產品。同時可以完成地面建筑物構筑物的三維模型數據建設。

l設備本體三維建模

通過無人機搭載的激光雷達對線路通道電力設施等進行掃描，獲取高精度的激光點云數據，經過后期處理形成電網設備設施的本體三維數據，對設備實現厘米級的高精度建模。

（2）無人機搭載傾斜相機建模技術

傾斜攝影技術是通過多旋翼無人機搭載傾斜相機，利用地面像控點標記進行定位，從一個垂直方向、多個傾斜方向同時才加影像，全自動化完成模型構建和紋理映射，由于同一立面經歷了多次采集，不但可以真實、立體、多維地反映地物信息，還可以直接進行坐標、高程、距離等數據的量測。

通過無人機傾斜攝影技術，對電網設備設施本體進行三維數據采集，經后期處理后形成相對精度的三維數據，對設備實現分米或米級的相對精度建模。

2、系統建設

對于局部地區的暴雨水淹等災情防范，應遵循“以防為主，防治結合”的工作原則，采用綜合防治措施。首先要在思想上重視，消除任何麻痹意識，加強防汛工作的領導，提高認識，加大防汛投入。其次，要從電力設施的設計、施工、廠所選址考慮防洪問題，做好排水設計，保證施工質量。做好電力防汛檢查工作。對于現有電力設施，應制定合理的暴雨水淹應急措施和預案。結合氣象預報，設置暴雨雨量警戒值，利用現代化科技手段進行相關參數的獲取，建立預警平臺完成數據分析，切實保障電力設施設備安全運行。

根據電網實際業務的需求，電力設施水淹預警平臺支持如下業務應用：

（1）設備設施本體全景展示

通過融合三維激光點云和傾斜模型數據可顯示地形、電網設備設施等整體信息和地理位置信息，如桿塔本體、導地線、絕緣子等主設備臺賬、歷史變遷等重要信息。通過三維模型可查看安裝在本體上的各類設備信息，可對設備的相關信息進行查閱。

（2）氣象數據分析

接入實時氣象數據，以累計雨量、實時雨量、地形地貌等基本信息要素作為區域災情、風險判斷標準，對水淹隱患點進行指數評估，并根據指數數值在GIS地圖上以不同顏色進行展示。還可以結合實測的水位、雨量等信息，運用模型來預測未來一段時間內所關心的電網設備設施所在區域水淹及流量變化情況，并通過圖文并茂及三維GIS的方式進行展現。

（3）水淹分析

在用戶指定的范圍內，模擬水淹沒到一定高程點后的效果。對三維地形上某一區域進行淹沒模擬，得到相關淹沒面積、區域面積等數據。

實現對電網設備設施所在任意地形的洪水淹沒情況進行分析，以便進行防洪方面的研究，發生洪災時，通過水淹分析可以模擬、預測和顯示洪水淹沒范圍。

（4）災害應急搶修

電網設備設施發生故障或者隱患時，工作人員基于三維可視化場景可以在第一時間內掌握故障點的地理信息以及設施信息，在三維場景中顯示檢修作業所需的工器具配置、作業人員、作業車輛等信息，根據調度指派工作負責人，通過定位技術快速尋找到設備故障點，并為搶修人員提供路徑導航，提供搶修最佳路線，而不至于走錯路徑，從而提高工作的效率。

檢修作業配置展示：根據故障發生的種類，通過預警系統關聯的檢修決策方案，可獲取方案中涉及到的檢修作業配置，同時在三維場景中顯示當前可調配的檢修作業資源并進行比對，分析出工器具配置、生產車輛、檢修作業人員來源以及調度可行性，分析結果在三維場景中高亮顯示。

最優搶修路徑分析：發生線路故障時，通過路徑分析可以實時制定最佳搶修路徑，指導應急搶修工作。

三、總結

電力設施水淹三維預警方案研究以實景化的三維設備、臺賬為基礎，全面收集電網設備設施本體信息，匯總氣象、水文、地質、電力設施結構監測等相關運行環境信息，實現電網設施及各類系統設備采集信息的一站式匯總展示、數據集中交互處理、大數據累積分析、現場遠程輔助和智能決策指揮等功能，大幅提升災害預測精度、預警有效性及信息送達精準度，提升電網智能化運檢水平。

參考文獻：

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