无人机激光雷达技术在输电线路通道的应用

徐海

摘要：目前，无人机装备有多搭载红外线摄像仪、数码摄像机、照相机、高分辨率望远镜、可见光录像机等动力巡检设备。在飞行过程中，他们可以观察通过路线，获得线路走廊的可见光、红外视频和图像数据。该方法最大的优点是数据采集成本低。但随着技术的不断投入使用，其缺点是这些技术的空间定位精度不高，而且，更重要的是，通过航空影像数据很难精确判断线路走廊地物（比如树木等）到线路的距离，而距离不足引发的线路闪络最终导致线路跳闸是许多线路安全事故的初始诱发因素。随着无人机机载激光雷达技术的发展和成本的降低，可以解决空问定位和测量精度的问题，因此将无人机机载激光雷达技术应用于电力线巡逻具有良好的应用前景。

关键词：无人机激光雷达技术;输电线路;通道应用

一、前言

随着无人机技术的不断发展，更多的新技术被应用于输电线路通道之中，通过将无人机激光雷达应用与输电线路通道之中并对输电线路通道进行巡检，运用点云数据技术对输电线路通道中的物质进行提取，之后通过真实三维技术，来重建输电线路，这样一来，能够实现输电线路通道的形态、位置、模型、地表附着物等进行恢复，从而能够更加准确地测量建筑物、跨越物、植物等之间的距离，通过将无人机激光雷达技术应用于输电线路通道，能够在实现线路资产管理的同时提供了决策支持。

二、无人机激光雷达技术在输电线路通道功能

（一）线路资产管理

将无人机在进行巡查过程中采集到的影像数据以及点云进行处理，之后通过运用三维技术对电力线路进行建模。能够恢复输电线路的地表形态、地面构成以及线路塔的具体位置等等，这样一来能够通过依靠这些参数实现线路资产的有效管理。

（二）距离测量

通过将无人机激光雷达技术应用于输电线路通道，能够为线路工作人员提供了准确的数据基础，及时的发现工作过程中设备的异常并进行管理。与此同时，还在很大程度上减少了线路运输过程中跨越物对线路产生的威胁，通过充分的运用无人机激光雷达技术能够及时的检测障碍物与输电线路之间的距离是否在安全距离内。

三、无人机激光雷达技术在输电线路通道的应用

（一）工作原理

电力巡检无人机通过激光雷达系统巡线采集、处理电力沿线的激光点云，可以实现电力线路的真实三维重建，恢复电力线的沿线地表形态、地表附着物（建筑、树木等）、线路杆塔三维位置和模型等。此方案可以为输电线路监护人员提供数据基础，了解输电线路设备设施的结构信息，发现其中的异常和隐患，以及线路走廊中被跨越物对线路的威胁。该方案收集的线路属性参数还可以实现线路资产管理，与智能电网方案结合效果更好。

（二）机载激光雷达

机载激光雷达扫描技术起源于20世纪90年代后期，它将GPS定位与激光测距相结合，可高效、快速获取地面物体的高精度三维坐标点。与傳统的摄影测量技术相比，其量测精度更高，地物坐标获取更加直接，现已被广泛应用于测绘生产。机载激光雷达扫描仪通过对地面进行扫描，获取反射回来的激光点数据，在三维空间中呈不规则分布的密集点集，在三维空间的分布形态呈现随机离散的数据点“点云”（PointsCloud）。激光雷达测量数据不仅包含目标点的X，Y，Z坐标信息，还包括物体反射强度等信息。现阶段，比较通用的数据格式为ASCII码纯文本和LAS格式，这两种格式可以相互转化。在这些激光点中，有些点位于真实地形表面，有些点位于人工建筑物（房屋、塔、输电线等）或自然植被（树、灌木、草）。通常情况下，从激光点云数据中去除掉地物回波点，提取数字高程模型（DEM）称为激光数据的滤波。而从激光数据点云中区分不同地物，比如植被、房屋、道路等，则称为激光数据的分类，某些时段滤波和分类是同时进行的。

（三）地物点云分类

输电线路通道是电网的最主要部分，通道内地形、地貌、地物（植被、建筑等）、电塔、挂线点位置等是电网建设和管理极为关注的对象。但一次飞行任务获取的原始点云包括了输电线走廊内的所有地物目标，而实际应用中需要将不同类型地物目标的激光点分离出来，即滤波分类。滤波即将原始点分为地面点和非地面点，地面激光点经过插值或构网可得到走廊的数字地形模型（DEM），而非地面点可经过进一步处理提取各类地物点。

（四）激光雷达数据的滤波

从激光数据点云中提取数字表面高程模型（DTM/DEM），需要将其中的地物数据脚点去掉，这就是所谓的“激光雷达数据的滤波”。如果要进行地物提取和建筑物的三维重建，就需要对激光脚点数据点云进行分类（分割），区分植被数据点和人工地物点，以提取数据点云系列，这就是所谓的“激光雷达数据分类”。针对电力线点的提取工作，也是先通过滤波分离地面点与地物点，然后使用分类方法分离植被点与电力线点。滤波和分类是机载激光雷达数据处理的关键。

（五）三维模型的建立

输电线路走通道三维重建，即输电线路本体建模是输电线路安全分析的基础。实时三维电力巡线地理信息系统的建立为线路的安全运行提供了决策支持。在系统数据制作中，需要对采集的遥感数据进行处理和分析。由于系统数据每隔一段时间需要重新采集和更新，所以，必须实时三维重建出电力线通道地表模型及地物模型，包括DEM、电力线、电力塔及周围的植被等。该系统中应集成输电线路通道影像、电力线三维拓扑数据、输电线路通道中植被类型数据等，比如电力线安全缓冲区分析、电力线在最大弧垂下与地面的最小距离、电力线在最大弧垂或风偏情况下与周围树木之间的距离等。目前，除了DEM等可自动重建外，通道内的很多地物主要还是依赖人工勾绘和第三方软件，比如AutoCAD、3DMax等。

（六）电力线路安全巡检

电力线走廊数字化重建后，即可得在电脑中直观立体显示电力线、电塔的位置、与走廊地物的空间关系，结合杆塔上安装的温度、湿度、风速等监控设备传回的数据，即可在三维数字化电网基础上进行各种电力作业分析，比如预测与模拟不同温度、风速、覆冰下弧垂变化情况，模拟树木生长情况等。

参考文献：

[1]葛优，史延昭.基于高压架空线路激光测距的无人机锁定导线巡航研究[J].通信电源技术，2018，35（05）：88+90.

[2]吴永利，陈欢.无人机激光雷达技术在输电线路通道的应用[J].科技与创新，2017（19）：158-160.