直升机电力巡线 | 基于直升机应用激光雷达技术进行高压输电线路巡检

一、应用背景

输电线路巡检是电网运营维护管理部门需要进行的一项重要工作,为了确保电力线路的运营安全,通常需要定期对线路进行巡检,以便及时发现和排除安全隐患。随着高电压、大功率、长距离输电线路越来越多,线路走廊穿越的地理环境也越来越复杂,如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭,对其运行维护日趋困难。依靠人工为主的巡检模式因巡视效果差、工作效率低等原因难以满足发展需要。

直升机巡检高压输电线路,具有效率高、不受地域影响等优势,利用直升机平台搭载三维激光雷达扫描系统,快速获取输电线路走廊的精确三维坐标,结合输电线路相关运行规程对线路通道内树障、交跨等缺陷进行分析,为输电线路安全运行和检修服务提供数据支撑,直升机激光雷达巡检已成为电力巡线的主要手段。

二、设备选配

数据采集设备:LiEagle 1350机载激光雷达扫描系统

LiEagle1350 机载激光雷达系统是基于直升机/轻型有人机平台的长距离激光雷达扫描系统,集成长距离激光扫描仪、IMU、GPS 以及数码相机,通过自主研发的控制系统,同时采集激光雷达点云数据及影像数据。搭配LiAcquire激光雷达系统控制软件、LiGeoreference激光雷达点云解算软件和LiPowerline激光雷达电力巡线处理软件,为用户提供数据采集、解算、处理和分析的一站式解决方案。

 

产品特点

  • 精细化巡检

协同可见光,红外作业,单机精细化日巡 150 ~200 公里

  • 快速巡检

单机日巡 300 公里以上

  • 设备采集的原始数据重影少、无折线
  • 可定制化“星际差分”功能,实时获取精确定位信息,优于0.06m

技术参数

重要参数 绝对精度 飞行高度: 200m
平面精度: 8cm
高程精度: 5cm
扫描范围 5~1350m(@反射率≥60%)
扫描视场角 330°
重量 11.8kg
尺寸 435mm X 225mm X 280mm
功耗 100W
惯导系统 GNSS GPS
姿态精度(后处理) 0.005(RMS)
方位角精度(后处理) 0.017(RMS)
激光雷达单元 激光传感器 Riegl VUX-1LR
安全等级 1级
测量范围 5~1350m(@反射率≥60%)
精度 ±15mm
重复精度 10mm
扫描视场角 330°(全范围的测量性能)
扫描频率 10Hz~200Hz
激光波长 近红外
最大有效测量速率 750,000Pts/sec(@820kHz PRR&330°FOV)
适配软件 点云数据解算 LiGeoreference 激光雷达点云解算软件
点云数据处理分析 LiPowerline 激光雷达电力巡线软件

 

作业图片

硬件设备控制/作业状态监控软件:LiAcquire机载激光雷达控制软件

  • 控制激光扫描仪、相机和POS系统数据采集。
  • 监测采集过程,包括已采集数据大小、GPS卫星状态、IMU状态等。
  • 支持航带裁切、点云解算、点云量测、数据回放。
  • 支持启动设备星际差分功能,实时解算点云数据。

点云数据解算软件:LiGeoreference激光雷达点云解算软件

  • 支持多类型激光器数据、多种组合导航数据及可见光影像数据。
  • 向导式操作,支持参数记忆和导出导入,参数配置简单。
  • 高效率解算速度,支持多种输出成果。

点云数据处理分析软件:LiPowerline激光雷达电力巡线软件

LiPowerline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。

  • TB级点云数据可视化编辑。
  • 机器学习点云分类。
  • 精准计算危险树木砍伐量。
  • 模拟工况,科学预警。

三、作业流程

数据采集过程

 

注意事项:

  • 基站摆放位置:位置开阔、无信号干扰,多个架次时基准站位置固定。
  • 飞行前检查:设备状况、起降场地状况。
  • 飞行作业中注意:线路情况,排除人员及其他信号干扰,航速、航高等飞行参数。
  • 切换巡检线路时:进入输电线路提前启动激光扫描仪,出输电线路后延迟关闭激光雷达扫描仪。
  • 环境及气象条件:避免在阴雨天、大雾等天恶劣气下作业。

数据处理分析过程

  • 导入点云数据,批量化预处理。
  • 检测参数设置,杆塔坐标及属性编辑。
  • 数据切档,点云分类。
  • 绝缘子编辑,杆塔/电力线矢量化。
  • 实时工况 / 模拟工况分析,报告生成。

(1)点云数据加载

将直升机巡检获取的点云数据无抽稀加载到LiPowerline软件,进行数据处理和分析。

  • 支持不抽稀加载> 1000 基杆塔原始数据,(>300G,超过50亿点)。
  • 支持常用点云数据格式(LAS、TXT、 CSV等)快速构建LiData,便于可视化及编辑。

(2)电力模块参数设置

电力线模块参数设置分为基本设置和检测参数设置,基本设置包括工作目录(用于存放中间结果和最终结果)、目标坐标系、点云坐标系,检测参数设置包括类别设置,电压等级设置。

(3)杆塔信息加载及编辑

根据用户提供的KML地理信息数据文件进行杆塔位置编辑,该功能可以自动根据KML文件获取杆塔位置坐标,并输出杆塔文件(.LiTower文件),同时,用户可以手动对位置不准确的杆塔点进行修改。

  • 根据KML文件生成塔文件。
  • 导入杆塔坐标表格文件(表格或txt文件)。
  • 输入起始杆塔号,手动点选杆塔位置、输入杆塔类型,生成塔文件。

(4)点云分类样本训练

LiPowerline采用机器学习的方法对电力线和杆塔进行自动分类,在自动分类之前,需要用户从待处理数据中选择具有代表性的数据作为训练数据,人工分出电力线、杆塔、地面点等类别,然后生成训练模型。

  • 在点云数据中选择一段地物简单、地势平坦的数据作为样本数据。
  • 样本数据需包含完成的一档电力线和电力塔。
  • 分类精度随着样本数据库的丰富而不断提高。

(5)点云切档和自动分类

根据杆塔文件对输电线路点云数据进行分档,同时将点云分为杆塔、电力线、地面点、植被、噪点和未分类等,点云分类完成后可按类别显示。

(6)电力线矢量化

若数据中存在断线情况,可在电力线分类完成过后对电力线进行拟合,然后再进行危险点检测。可基于实时工况矢量数据完成实施工况安全距离检测、树倒 / 树生长分析,也可基于模拟工况矢量数据进行上述分析检测,以及与实施工况对比。

  • 绝缘子编辑,确定绝缘子位置。
  • 电力线矢量化,单根/批量拟合电力线。
  • 杆塔矢量化,五点创建杆塔,创建 / 删除杆塔臂。

(7)危险点检测及报告输出

根据地物点(非电力线和电力塔类别点)与电力线点的空间距离判断是否存在危险性,依据对应安全等级阈值范围,确定其危险等级,并配置为.xml文件。

  • 安全距离快速检测报告。
  • 实时工况安全距离检测报告。
  • 实时工况交叉跨越检测报告。
  • 树倒/树生长安全距离检测报告。

(8)模拟工况预警分析

从点云中提取导线、杆塔模型后,可在此基础上进行各种电力作业分析,研究其在不同温度、风速、覆冰等环境下,导线的风偏、弧垂等变化状态,评估不同条件下输电线路的安全状态。

四、服务客户

广东电网有限责任公司机巡作业中心

广西电网有限责任公司机巡作业中心