无人机激光雷达扫描在输电线路中的应用

无人机激光雷达扫描在输电线路中的应用

李杰李学洪周俊

（云南电网有限责任公司普洱供电局云南普洱665000）

摘要：树线矛盾一直以来都是电力部门巡检关注的重点对象，当树与线的安全距离不足时，很容易引发跳闸、放电等事故。而树障处理的两大难点，一是树木到导线距离的估算，二是树障砍伐的赔偿问题。前者可以通过技术手段来实现，后者则需要各方配合。激光雷达技术便是近几年关于林木通道基础数据获取的先进手段，可以用来分析树线距离、林木类型、林木分布情况、林木生长阶段概况、林木覆盖面积变化情况等。无人机机载激光雷达系统可以提供完善的林木通道普查激光雷达系统解决方案，加速对线路林木通道的优化管理和建设。

关键词：无人机；激光雷达技术；林木通道

前言

随着激光雷达技术的发展，无人机激光雷达系统作业逐渐成为电力巡线的新手段。以LiAir无人机激光雷达扫描系统为例进行阐述，以整体作业流程，包含外业数据采集，内业的数据处理、到安全距离快速检测报告生成来具体说明。传统调查数据采集困难，能够获取的结构信息有限，而且人为主观因素对测量结果的影响大。无人机三维激光扫描通过高精度的数据扫描，及高效的核心数据处理系统，应用电脑软件，可以提取一系列基于激光雷达点云数据的森林参数和统计变量，包括树线距离、树冠高度变量、密度变量。快速推演不同风速、温度、覆冰等情况下，树木对线路的影响情况；了解通道林木疏密程度以及不同树龄树木的情况、推算不同树木的生长情况；获取通道及地面DEM，实现森林结构参数自动提取以及三维场景重建，用于线路的的监控与管理。

无人机三维立体激光扫描项目进一步提高了输电线路全景可视化的应用，并结合行业特点，制定专业服务体系，全面保障输电线路全景可视化可靠、高效的运行。

第一张、关键技术

1.1激光雷达（LDS）技术

激光雷达是一种雷达系统，是一种主动传感器，所形成的数据是点云形式。其工作光谱段在红外到紫外之间，主要发射机、接收机、测量控制和电源组成。工作原理为：首先向被测目标发射一束激光，然后测量反射或散射信号到达发射机的时间、信号强弱程度和频率变化等参数，从而确定被测目标的距离、运动速度以及方位。除此之外，还可以测出大气中肉眼看不到的微粒的动态等情况。激光雷达的作用就是精确测量目标的位置（距离与角度）、形状（大小）及状态（速度、姿态），从而达到探测、识别、跟踪目标的目的。

1.2LiAcquire机载激光雷达地面站软件系统

为更好的控制及实时检测激光雷达运行状况，而开发的与LiAir系列适配LiAcquire机载激光雷达地面站软件，具有以下功能：

a、开启和关闭扫描仪、相机、惯导；

b、实时显示设备状态、行进轨迹、扫描点云；

c、支持航带裁切，真彩色点云解算，点云量测，数据回放；

1.3LiPowerline激光雷达电力巡线软件系统

LiPowerline是自主研发的激光雷达电力巡线软件，通过海量点云数据的处理分析，快速精准提取电力通道内的危险目标信息，并为综合模拟工况下的电力安全运行提供分析预测。

第二章、无人机三维立体激光扫描的应用

针对各类涉及线路林木通道，如树障隐患、交叉跨越、特殊地形、对地紧张等内容，进行深入分析，建立三维立体模型，并自动对各危险点距离进行计算，自动对问题的严重程度进行分类，了解问题出现的根本原因，为线路的正常运维提供重要的数据支持。同时，针对当时的气候条件，对于各类极端天气情况进行工况模拟，给出各种情况下的详细数据，反馈给普洱供电局输电管理所，依据线路安全运行的需求，确保各类监测数据准确，了解当前线路通道的的运行状况，为线路巡检人员提供数据支撑，提高线路巡检效率，并方便后期运维方案的制定。

通过后期对无人机的软件系统和硬件设备进行维护和升级，提升设备的处理速度、续航能力、数据进度，确保设备安全正常运行，将进一步保证输电线路通道林木的准确性，实现线路通道的三维立体管理。具体如下：

1.1建立三维立体模型

通过对线路通道的激光雷达扫描，并在电脑软件上对数据进行分析、处理，可以在电脑上建立三维立体模型，不仅有输变电设备的坐标、高程信息，还应具有各设备的空间形状、影像数据和各种属性信息。由于影像数据直观而详细地记录了地表的自然现象，对于线路通道、设备可视化管理起到很大的帮助。

图片叠加后3D效果图

1.2树障、对地紧张及特殊交跨自动分析

树线矛盾一直以来都是电力部门巡检关注的重点对象，当树与线的安全距离不足时，很容易引发跳闸、放电等事故线路树障隐患是对于影响线路的主要隐患之一，估算树木到导线的距离，传统的作业方式有人工目测并心算弧垂到树顶距离，这需要班组成员从多种角度观察，由人的观察角度和错觉引起的误差难以避免。如果要较准确计算导线弧垂与树木之间的距离，避免乱砍乱伐，破坏植被，则需要携带专业测高杆、经纬仪等笨重仪器，线路巡护人员因此工作负担巨大。

现在只要通过软件分析，变可以实现线路树障隐患、交叉跨越的自动判断、定级，并直观的显示出树障的位置，树线距离、树种等信息，方便人员的运行维护管理。

树障、对地紧张及特殊交跨自动分析

1.3树木生长分析

普洱市地处中国西南边陲，山地面积占98.3%，蕴藏着丰富的资源，气候条件优越，森林覆盖率高达68.8%，保存全国近1/3物种。也因此造成线路通道林木复杂，速生植被种类多、覆盖面广、生长迅速。激光雷达分析软件通过设置树生长参数，根据危险点检测参数，可以提前判断树木生长情况下的净空距离，分析可能出现的净空危险点，做到早知道、早预防、早处理。

1.4倒树分析

由于线路运维过程中经常出现具有一定水平距离的树障隐患，运维人员难以判断倒树对于线路的影响。通过三维立体激光扫描后进行软件分析，可以判断树木倒伏情况下的净空距离，分析可能出现的净空危险点。

1.5工况模拟

通过三维立体激光软件设置实时工况参数（导线温度、覆冰厚度、风速）以及模拟工况参数后，可以分析线路在模拟不同工况下的各种参数。

1.6自动生成分析报告

通过危险点检测、倒树分析、树木生长分析以及工况模拟数据后，可以自动生成分析报告。

第三章、总结

利用无人机三维立体激光雷达系统进行数据获取分别吸取了无人机和激光雷达测量设备各自的有点，其数据精确度可以满足输电线路维护的需求，又有人机飞行成本高、飞行周期长的缺点，并且获取的信息丰富，能够很好地表现地形地貌细节信息。可以应用于输电线路通道管理、输电线路选线等工作，能够缩短工作周期，减少人力物力的投入。

同时，由于获取的都是三维数据，将来也有利于实现数字电网管理，提高电网设计管理的先进性，在我国电力行业中必将有很大的应用前景。