基于全景3D透視定位的配網(wǎng)架空通道防護研究

呂培強

摘 ?要：為了更形象、直觀地反映配網(wǎng)架空通道內(nèi)經(jīng)濟作物、周邊移動作業(yè)、勘查設計的全景式3D透視探測定位接收斷面信號，并將連續(xù)捕獲越限值進行斷面掃描，得到預警清障的三維數(shù)據(jù)，再采用架空線路最低弧垂投影算法直接在3D斷面進行限位提示，得到了縱向越限、生長期和修復的3D重構圖像。由實驗結果表明，通過該方法構建的3D圖像與場景十分吻合，分辨率較高，對比度較好，為以后遙傳系統(tǒng)傳輸?shù)?D成像監(jiān)測提供一定的技術支持。

關鍵詞：配電通道 ?3D定位 成像探測 防護管控

中圖分類號：TM77 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（c）-0029-02

近年來配電架空線路通道資源遭受“樹線矛盾”困擾且屢禁屢犯，所引發(fā)的線路跳閘停電損失事件呈多發(fā)趨勢，究其原因，一方面是社會群眾對電力設施保護意識不強，土地資源再利用，種植經(jīng)濟作物收益高，綠化覆蓋面廣、修剪維護配備不足等因素。而在另一方面也值得關注，供電部門所提出的電力通道內(nèi)安全距離與樹種、樹齡及生長周期科學管理、動態(tài)管控技術手段不盡完善，具體表現(xiàn)在丘陵地帶、大范圍綠化區(qū)域、街道公園等場所護綠修剪周期隨意性較大，局部區(qū)段遺留樹杈與電力線路互碰相生矛盾突出，亟待進行現(xiàn)場3D造型成像新技術的深入研究，預判電力通道周遭經(jīng)濟植被生長期，通過數(shù)據(jù)建模分析指導修護，保障配電架空線路通道清障的信息化預判。

1 ?現(xiàn)狀分析

配電線路專業(yè)領域，由于面廣量大，輻射地域廣分支多，近年來新技術研究與應用，更多偏向于設備的自動化、發(fā)熱重載檢測，局部紅外成像跟蹤，對突出的易受外力破壞的線段點采用固定點攝錄像觀察，取得了一定的防控保護作用。但相對于全域配電網(wǎng)絡監(jiān)測“樹線矛盾”、臨近配電線路市政施工預控防護，深入3D造型成像新技術的研究，幾乎處于摸索起步階段。

三維（Three-dimensional，3D）顯示成為繼平板和高清之后顯示領域的熱點追蹤方向之一。1908 年，諾貝爾獎獲得者、法國物理學家G.Lippmann首次提出集成成像[1]，通過針孔陣列或者微透鏡陣列將微圖像陣列中的信息還原到現(xiàn)實空間中，從而重構出空間場景下的3D圖像。集成成像3D顯示具有全視差、連續(xù)視點、適合多人觀看、易于實現(xiàn)雙視3D顯示、無需助視設備相干光源等優(yōu)點[2-4]，具有巨大的研究價值和廣泛的應用前景。

2 ?新方案研究

2.1 3D建模

結合已有配網(wǎng)線路GIS沿布成果，劃分城市道路綠色景觀帶、城鎮(zhèn)化市政建設地段、鄉(xiāng)村果樹林場經(jīng)濟作物區(qū)、偏遠丘陵樹障地帶等典型“外力破壞”易發(fā)源，建立配電架空線路保護通道內(nèi)3D數(shù)學模型，提出配電架空線路保護通道內(nèi)基于3D成像外破防護預控技術方案。

（1）建立3D構造模型。以現(xiàn)場架空通道斷面圖數(shù)據(jù)為基礎，在aisle建立與實際情況相符的構造模型，檢查并修改模型中交叉物的接觸面，需要提示的控制點、線、面，從而符合架空線路季節(jié)性通道防護要求。在構造模型中，夏季弧垂變化下出現(xiàn)錯判;沒有桿深基準的控制，沿水平張力方向上的連續(xù)性，需要關注。模型中的障礙框線與斷面，將會控制后續(xù)的觀測插值過程;構造模型前采集顆粒度將會對最終的觀測模型產(chǎn)生較大的影響。因此，必須建立與現(xiàn)狀架空通道相符的構造模型。

（2）采樣密度。對初始采樣，將采樣密度經(jīng)驗值作為后續(xù)插值的參考。為建立合適的測距場，此次研究建立非均勻觀測進行斷面采樣，在成像誤差符合要求的區(qū)域中，采用舒展方式加長觀測距離。對于成像誤差不準確的區(qū)域，采用補漏巡回，目的在于篩選誤差，趨向于有效均值。根據(jù)觀測分析過程中的不均勻區(qū)域和觀測目標脫離所在縱斷面的范圍，要合理選擇、補充采樣。

2.2 預警防護

根據(jù)配電架空線路保護通道技術規(guī)程確定各類安全凈距，研判保護通道內(nèi)“樹障”生長期匹配樹齡樹種，提出“樹障”生長期預警防護防控技術方案。

（1）3D觀測空間插值。以構造模型中的斷面觀測點為基礎，應用選取的插值算法進行縱向插值。縱向插值時，由極點斷面的觀測點位置處，按照前行方向往靠近斷面最小值處插值。在斷面的控制下，越限插值將不能跨越斷面進行插值，停頓片刻約定記憶避免插值的無效性，斷面兩側的捕捉分布將更符合通道描述。沒有斷面控制，越限插值將會穿過基準值，使斷面兩側的觀測點差異化丟失。

（2）斷面控制的更新優(yōu)化。在構建模型的控制下，使設定的3D斷面控制模型和架空通道的實際情況相符。

2.3 全景定位

根據(jù)運檢班組提供的通道“障礙物”信息，運用已有區(qū)域配網(wǎng)GIS定位，全景觀測桿線、障礙物及周邊臨近市政建設工地，全覆蓋收集配網(wǎng)設備設施安全運行距離，提出3D定線透視和剖面定位技術方案，解決人工巡視“盲區(qū)”或不能通暢到達的點位。

經(jīng)應用資料證實，新方法的成像結果更準確，采集有效斷面更好。在水平方向上成像的極點剖面上，架空通道最低點弧垂應交匯至警戒斷面，同時實際觀測點升至受限位置;在新的通道成果圖模分析上，通道成果和實際架空通道相吻合，誤差率在可控范圍內(nèi)。

2.4 成像解析

基于模糊圖像信息解析，確定保護通道內(nèi)“清障”最佳設置時間節(jié)點，提出相關配電架空線路改遷、入地、原址升高等可行性研究方案，優(yōu)化不停電檢修消缺、結合合適時間停電檢修方案，有序指導運維人員按時及時“清障”，綜合提升配網(wǎng)運維檢修質(zhì)量。

3 ?結語

該文利用全景式3D透視探測定位接收架空通道斷面信號，并將連續(xù)捕獲越限值進行斷面掃描，得到預警清障的三維數(shù)據(jù);采用架空線路最低弧垂投影算法直接在3D斷面進行限位提示，得到了縱向越限、生長期和修復的3D重構圖像。由模擬仿真和實驗結果表明，通過該方法構建的3D圖像與場景十分吻合，分辨率較高，對比度較好，也客觀、形象、直觀地反映了通道內(nèi)障礙物的位置、形態(tài)和警戒級別，為以后遙傳系統(tǒng)傳輸?shù)?D成像監(jiān)測提供一定的技術支持。

參考文獻

[1] Lippmann G.La photographie integrale[J].Comptes Rendus de l′Académie des Sciences，1908（146）：446-451.

[2] Kwon KC，Erdenebat MU，Alam MA，et al.Integral imaging microscopy with enhanced depth-of-field using a.spatial multiplexing[J].Optics Express，2016，24（3）：2072-2083.

[3] Wang Qionghua，Ji Chaochao，Li Lei，et al.Dual-view integral imaging 3D display by using orthogonal polarizerarray and polarization switcher[J].Optics Express，2016，24（1）：9-16.

[4] Wu Fei，Deng Huan，Luo Chenggao，et al.Dual-view integral imaging three-dimensional display[J].Applied Optics，2013，52（20）：4911-4914.