激光雷达在电力巡检的创新应用.docx
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激光雷达在电力巡检的创新应用
除了通道排查树障以外，雷达在通道中还有哪些创新点，对运维有哪些帮助？
应用机载激光雷达技术进行输电线路巡检的优势如下：
1、能够快速获取线路走廊高精度的三维空间信息及高分辨率的真彩色影像信息，可实现线路交叉跨越高度、树高房高、线路与周边地物空间距离的高精度实时测量等；
2、可实现线路安全距离范围内障碍物的自动识别与定位，并可自动输出全线路障碍物统计列表；
3、借助影像可识别电力设施的鸟巢等障碍物、螺栓缺失、绝缘子串损坏等排查；
4、通过多次数据的对比分析，可识别线路长时间运行后杆塔有无倾斜、倾斜角度多大、有无位移，这是常规遥感技术巡线技术做不到的；
5、通过周期性获取的线路走廊植被点云的分析，可动态监测植物的生长情况，模拟植被生长状态，预先获取线路净空内树木的超高量，以满足安全运行要求；
6、净空排查：
主要对通道环境中违章建筑、建（构）筑物、树木（竹林）等与导线之间安全距离的检测。
7、获取线路走廊的精确三维地形，分析线路走廊的地质灾害及地质灾害对线路安全运行的影响。
8、结合电塔三维模型、线路走廊三维地形地物数据以及收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合，效果更好。
9、可根据巡检不同的技术要求，集成可见光相机／多光谱相机／红外相机。
后台数据处理后，软件有哪些模块可以实际运用？
数据处理巡检分析一体化软件集航迹解算、点云分类处理、影像处理及线路巡检分析为一体，可操作性强，简单易学。
该软件功能模块主要包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查、线路交叉跨越分析、塔杆定位、塔杆倾斜测量分析、杆塔位移监测、弧垂分析、线路不同工况模拟及检测，软件内置国网线路安全运行规程等，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出，可根据实际需求灵活使用。
在哪些方面可以表现降低了运维成本和劳动强度？
名称
飞行架次
飞行长度
宽度
用时
备注
外业数据采集
1
10公里
200米
30分钟
从无人机起飞准备到无人机降落数据导出
外业数据采集及效率
名称
人员参与数
用时
合计用时
数据解算
1人
20分钟
50分钟
点云滤波、点云分类、巡检报告生成
1人
30分钟
巡检效率
1、由上两图可见，对于10km的线路长度，30分钟即可采集完所有数据；50分钟内即可生成巡检报告，获取通道内的净空数据，外业人员可及时联系相关人员，在短时间内，排除净空障碍隐患。
这种效率是传统人工巡检无法做到的，以下是具体比较：
无人机载激光雷达电力巡线社会经济效益一览表
社会效益
序号
对比项目
人工巡线
可见光巡线
激光雷达巡线
1
走廊净空排查
可实现、效率低、精度差
无法实现
可实现、效率高、精度高
2
杆塔异物、缺损
可巡查、效率低
可巡查
可巡查、效率高
3
历史数据比对
难实现
较难实现
易实现
4
杆塔倾斜位移
无法巡查
无法巡查
可巡查
5
巡检结果数字化
无法实现
可实现
可实现
经济效益
序号
对比项目
人工巡线
可见光巡线（机载）
激光雷达巡线（机载）
1
巡检时间
2-3天
30分钟/1小时
30分钟/1小时
2
人力投入
3-4人
1人
1人
3
影响巡线效率的未知因素
人员中暑、山区蛇虫侵扰，人员受伤
无
无
备注：
以湖北省内典型电力线路走廊特征（山区地形复杂、植被覆盖密集）的10km线路为例
2、巡线数据真实可靠性：
由于传统的人工巡线很难确保巡线人员能够百分之百到达位置，即使是使用GPS“打考勤”，也不能确保巡线人员对每个检测点都进行认真可靠的检测。
因此，对于数据收集的可靠性上，使用无人机搭载激光雷达，是更具备真实客观性。
3、大幅度减少外业人数，减少野外作业的时间，降低作业的风险。
4、软件优势：
传统人工巡检为手工纸介质记录，存在人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作、巡检数据信息化程度低等缺陷。
天眼公司依托多年电力线路巡检、激光雷达系统研发、工程应用及软件开发的经验，开发出激光雷达数据处理、巡检结果分析一体化的三维输电线路巡检软件，避免了数据处理、数据分析在不同软件之间的切换，操作流程简单易学，便于电网维护人员从数据采集以最快的速度获取线路巡检结果。
激光雷达输电线路巡检软件主要功能
激光雷达输电线路巡检软件实现输电线路本体及其走廊三维信息、输电线路本体热分布图像和高清彩色影像的实时数据采集。
为了快速完成数据处理与分析，形成输电线路安全隐患预警报告，定制开发专用的输变电线路巡检分析软件来实现以下功能。
1、数据预处理功能：
包括全息数据导入、航迹姿态数据处理、激光点云数据解算、激光点云/高清影像/红外图像等精确匹配等；
数据预处理功能主要应用到的坐标转换如下。
（1）扫描仪局部坐标到IMU坐标转换；
（2）IMU坐标到GPS大地坐标转换；
（3）GPS大地坐标到地心转换。
本软件通过位置和方向数据（POS）与激光扫描仪坐标（SOCS）通过时间同步，在大地坐标系统中融合处理，输出我们需要的投影坐标数据。
2、数据后处理功能：
包括激光点云噪声滤波、点云分类处理、正射影像制作、真彩色激光点云提取、热图像激光点云提取、点云（含真彩色）栅格化处理等，输变电线路巡检软件将这些复杂独立的后处理功能处理集成为一个模块；
3、巡线通用功能：
包括三维真彩色点云展示、高清影像定位展示、高清红外图像定位展示、数字表面模型显示、数字高程模型显示、数字正射影像显示、与GoogleEarth图像集成显示等功能；
4、巡线专用功能：
包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查分析、线路交叉跨越分析、杆塔定位、杆塔倾斜测量分析、线路不同工况（覆冰、高温、风偏）缺陷检测、断股预测以及内置国网、南网线路安全运行规程，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出。
4、经济效益：
传统的巡线模式，由于其规模效应不明显，随着线路长度的增加，导致管理工作量的增加和管理成本的上升，从而导致平均成本的持续上升。
而使用无人机搭载激光雷达巡线，随着线路长度的增加，其规模效应越来越明显，而且管理工作量和管理成本增加不大，平均成本会越来越低。
哪些方面是人工巡检做不到的？
1、线路巡检数据的精度即精细化巡检，包括地形、树高、塔杆、电线弧垂及交叉跨越，人工巡检无法做到厘米级精度。
2、全自动进行危险地物（特别是树木、交叉跨越）检查、报警、并输出检测结果统计列表。
3、对杆塔位移/倾斜自动探测。
4、线路走廊地形空间分析，地质灾害识别
5、为沿线的植被管理、植被生长预测、制定植被砍伐计划提供依据。
6、DEM可反映线路走廊地形的起伏状态，可以作为线路走廊滑坡分析、杆塔倾斜探测的基础。
7、线路的三维信息管理：
通过机载激光雷达系统获取线路及其走廊的点云、正射影像、地面模型、三维模型等多种数据可用于线路的全生命周期信息化管理，了解每基杆塔的建成时间、历史巡检时间、历史故障、故障检修时间。
与目前多处应用的倾斜摄影技术比较：
（红色代表占优）
对比项目
倾斜摄影
三维激光雷达
设备与数据采集
测量手段
可见光
激光
数据采集效率
低（要求60～80%的航带重叠率，需要重复飞）
高（需要10%左右的航带重叠，单次飞行即可）
采集方式
机载
机载
测量精度
较低
高
天气、时间要求
高（低能见度天气不可用）
低（大多数天气可用，大雾、大霾，沙暴天气除外）
数据处理
软件价格
高
较低
数据处理速度
慢
较快
颜色纹理
好
好（需结合相机
三维可视化效果
好
较好
行业应用
通道三维可视化
可视化效果好
可视化效果好（结合相机）
电力线三维建模
不能或者难度极高
能精细化建模
“三跨”距离测量
不能或者精度低
精度高
净空区测量
不能
能
树障分析
精度低
精度高
总结
倾斜摄影技术在设备和三维可视化效果方面具有一定优势，但数据处理耗时长成本高，同时在电塔和电力线建模和测量精度方面具有劣势，在数据处理中需要大量人工介入才可以应用到电力设施精准三维建模和测量中
激光雷达在测量精度和电力设施建模中具有明显优势，非常适合电力巡检和“三跨”测量等典型电网应用。
激光雷达设备价格也越来越低，结合相机也可获取高真实感可视化效果
倾斜摄影和激光雷达在技术上具有很强的互补性，未来两种技术融合应用是一个发展方向。
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