基于自主巡檢模式下的電力導(dǎo)線通道障礙物快速巡檢研究

楊嘉妮 鐘玉琦 黃巧妍

摘要：詳細(xì)闡述了電力導(dǎo)線通道障礙物快速自主巡檢方案。該方案首先基于無人機(jī)搭載激光雷達(dá)采集導(dǎo)線通道點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用Hough變換法識別圖像中的電力通道導(dǎo)線，最后為樹木等障礙物構(gòu)建空間檢索結(jié)構(gòu)BDtree，對比電線點(diǎn)云與障礙物點(diǎn)云的距離，將位于導(dǎo)線通道危險距離之內(nèi)的物體視為障礙物。此方案節(jié)省了人工野外排查導(dǎo)線通道的時間，對保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電力導(dǎo)線;通道;點(diǎn)云數(shù)據(jù);障礙;巡檢

0 引言

電力系統(tǒng)輸電導(dǎo)線通道障礙物排查已經(jīng)全面進(jìn)入自動巡檢階段，自動巡檢主要以無人機(jī)搭載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)。無人機(jī)搭載圖像采集設(shè)備與圖像處理系統(tǒng)，可以快速識別導(dǎo)線通道中是否存在障礙物。近幾年，機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)快速發(fā)展，在室外電力自主巡檢中應(yīng)用廣泛[1]。本文主要介紹如何使用機(jī)載激光雷達(dá)快速獲取電力導(dǎo)線通道障礙物情況，以便高效率完成電力導(dǎo)線通道障礙物排查工作。

1 電力導(dǎo)線通道障礙物快速巡檢方案設(shè)計

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的輸電導(dǎo)線通道障礙物快速自主巡檢，本文以無人機(jī)搭載激光雷達(dá)的方式，設(shè)計了導(dǎo)線通道點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集方案。激光雷達(dá)系統(tǒng)置于無人機(jī)下方，飛行高度區(qū)間為[15 m，200 m]，飛行速度控制在[10 m/s，15 m/s]，以免無人機(jī)高速飛行導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集不精準(zhǔn)[2]。

無人機(jī)搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)快速巡檢電力導(dǎo)線通道障礙物的設(shè)計思路如下：（1）經(jīng)過外業(yè)數(shù)據(jù)采集獲得大規(guī)模導(dǎo)線通道點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以LAS文件格式存儲;（2）對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪預(yù)處理，減少散亂點(diǎn)、空洞點(diǎn)數(shù)量，降低導(dǎo)線特征提取的難度，同時，對點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的電線、桿塔、樹木等物體進(jìn)行分類;（3）運(yùn)用特征提取算法檢測電力導(dǎo)線，判斷導(dǎo)線通道中是否存在障礙物。電力導(dǎo)線通道障礙物快速巡檢思路如圖1所示。

2 導(dǎo)線通道障礙物識別算法

2.1? ? 基于Hough變換的導(dǎo)線通道電線識別

鑒于光線遮擋、設(shè)備自身等因素，會引起激光點(diǎn)云噪聲量大，所以原始點(diǎn)云需要經(jīng)過降噪處理才可作為有效的數(shù)據(jù)使用。基于最小二乘原理計算噪聲點(diǎn)的距離最小值，預(yù)先設(shè)置一個距離閾值，將大于閾值的部分視為噪聲點(diǎn)，將其刪除[3]。

接下來采用二維圖像特征提取算法識別導(dǎo)線通道中的電線，所以需要將去噪處理后的三維導(dǎo)線通道點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維圖像模式。定義一個二維圖像命名為（Xmax-Xmin）×（Ymax-Ymin），其中，圖像水平向區(qū)域界限為Xmin、Xmax，垂直向區(qū)域界限為Ymin、Ymax。為獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平面位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，需歸一化三維點(diǎn)云坐標(biāo)，將灰度值設(shè)為255。另外，將點(diǎn)云的平面坐標(biāo)信息同步到動態(tài)數(shù)組內(nèi)，為后期查詢坐標(biāo)信息提供便利。平面（a，b）點(diǎn)歸一化的方法與結(jié)果：

2.2? ? 通道障礙物識別與檢測

一般而言，電線包含的激光點(diǎn)約在幾千個左右，而植被、樹木等其他可能性障礙物的激光點(diǎn)規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)十萬甚至百萬個。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是可以對比點(diǎn)之間的距離，所以計算電線與其他物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)距離即可判斷導(dǎo)線通道上是否存在障礙物[4]。此處引入“空間檢索結(jié)構(gòu)BDtree”，為檢索到導(dǎo)線通道附近的樹木等物體構(gòu)建空間檢索結(jié)構(gòu)BDtree，對電線激光點(diǎn)云實(shí)施遍歷操作，尋找是否有存在“危險距離”之內(nèi)的物體，如果有，則視為電力導(dǎo)線通道的障礙物，如在“危險距離”之外則可忽略。電力巡檢管理人員在計算機(jī)端即可查看導(dǎo)線通道提取結(jié)果以及通道障礙物巡檢結(jié)果，進(jìn)而做出是否到場維修的決策。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)導(dǎo)線通道障礙物自主巡檢模式得到了廣泛運(yùn)用，如何提高巡檢過程中障礙物目標(biāo)檢測的精度十分關(guān)鍵。本文設(shè)計的電力導(dǎo)線通道障礙物巡檢方案主要有兩點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）利用激光雷達(dá)系統(tǒng)采集目標(biāo)物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以獲得目標(biāo)物的準(zhǔn)確位置，通過對比物體間的距離判斷導(dǎo)線通道的障礙物情況。

（2）將三維激光點(diǎn)云轉(zhuǎn)換至二維平面坐標(biāo)中，利用擅長提取直線的Hough變換法提取電線信息，降低了大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)算的難度，提高了運(yùn)算效率。但本文提出的方案仍存在一些不足之處，需要在未來的研究中持續(xù)改進(jìn)，例如點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪應(yīng)更加細(xì)化、高效，以減少噪聲點(diǎn)對電線信息等提取的干擾。

[參考文獻(xiàn)]

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