基于三維激光掃描技術(shù)的輸電通道隱患排查效率分析

孔 韜，蘇 毅，李小來，王偉東，楊世強(qiáng)

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

輸電走廊內(nèi)的超高樹障距線路凈空距離不足時(shí)，易引起跳閘等責(zé)任性事故，精準(zhǔn)掌握輸電通道內(nèi)的樹障，是輸電運(yùn)維人員的重點(diǎn)和難點(diǎn)工作。傳統(tǒng)的樹障檢測通常是基于人工巡查的方式實(shí)現(xiàn)，輸電運(yùn)維人員到現(xiàn)場測量輸電線路到樹木的距離并記錄下來，一旦超過安全距離，則視為存在樹障隱患［1-2］。隨著無人機(jī)、激光等技術(shù)的逐步成熟，在無人機(jī)上搭載激光設(shè)備，可以準(zhǔn)確測量導(dǎo)線到導(dǎo)線下方地物的距離。人工巡視、激光掃描兩種樹障排查方法如表1所示。

表1 人工、激光樹障排查簡介Table 1 Introduction to manual and laser tree barrier troubleshooting

目前已有學(xué)者基于激光雷達(dá)開展了樹障檢測研究［3］。毛強(qiáng)提出基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的輸電線路樹障檢測方案，該方案可以有效檢測出樹障點(diǎn)，但并未提及巡視效率［4］。阮峻等提出基于固定翼無人機(jī)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的輸電線路三維建模和樹障分析方法，但并未與人工巡視進(jìn)行對比，利用大數(shù)據(jù)驗(yàn)證激光掃描的優(yōu)勢［5］。

隨著輸電行業(yè)的發(fā)展，無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛［6-30］，已有不少學(xué)者對無人機(jī)激光掃描排查輸電通道隱患進(jìn)行了研究，但并未有實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)驗(yàn)證激光掃描樹障在效率、精準(zhǔn)度、經(jīng)濟(jì)性等方面優(yōu)于人工巡視，有必要對其進(jìn)行分析。本文以500 kV峽都線為例進(jìn)行分析，500 kV峽都線（三峽右岸電廠-宜都換流站）分為一二三回線路平行排列，多分布于山區(qū)。一回123 基桿塔，全長59 km；二回125 基桿塔，全長58.7 km；三回137基桿塔，全長59.9 km，線路走向如圖1所示。

圖1 500 kV峽都一回線路走向圖Fig.1 500 kV Xiadu primary circuit route

對于人工巡檢和激光掃描，從工作成本、準(zhǔn)確度（凈空、面積、位置）等角度進(jìn)行定量分析。

1 人工、激光排查隱患成本對比

1.1 總體巡視情況分析

本文選取500 kV 峽都線2020 年人工全線排查通道隱患數(shù)據(jù)，與2021年激光掃描排查通道隱患數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)來源進(jìn)行分析，如表2 所示。對總體巡視情況的數(shù)據(jù)分析，其意義在于探討使用無人機(jī)排查樹障是否能夠降低人力成本、降低車輛使用頻次，本文以此兩組數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行分析，完成全線樹障排查的總體情況圖，如圖2所示。

表2 樹障隱患排查數(shù)據(jù)來源情況Table 2 Data source of tree barrier troubleshooting

圖2 500 kV峽都線樹障排查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Fig.2 Statistical data of tree barrier troubleshooting of 500 kV Xiadu line

由圖2 可知，激光掃描的出勤總?cè)藬?shù)降低為人工巡視出勤人數(shù)的18.1%，用車總數(shù)降為人工出勤數(shù)的35.7%，完成整條線路的樹障排查工作，人均出勤天數(shù)降為人工排查的71.4%，平均用工量（出勤人數(shù)），降為人工巡視的25%，平均用車量降為人工巡視的50%。

由此可知，完成同樣的工作，使用無人機(jī)激光掃描樹障可以減少用工、用車總量。

2.2 單次巡視情況分析

本文隨機(jī)分別抽取某一日人工樹障排查、激光掃描的工作任務(wù)進(jìn)行分析，判斷其用工成本，分析單次巡視情況的意義在于，無人機(jī)激光掃描是否增加了運(yùn)維人員的單日工作量，巡視任務(wù)如表3所示。

表3 某日樹障隱患排查工作任務(wù)表Table 3 Troubleshooting tasks of tree barrier hazards on a certain day

對此兩組巡視任務(wù)及巡視數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，開展激光掃描，室外作業(yè)時(shí)間減少了34%，但室內(nèi)工作時(shí)長增加了5倍，工作總耗時(shí)增加了9.1%，總體來說，工作強(qiáng)度有所下降，無人機(jī)激光掃描單次樹障排查檔數(shù)增加為人工巡視的4.25倍，巡視效率提升387%。

圖3 500 kV峽都線單日樹障排查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 Statistical diagram of single day tree barrier troubleshooting data of 500 kV Xiadu line

由分析可知，使用無人機(jī)掃描樹障，作業(yè)人員工作單日總耗時(shí)稍有增加，但室外總耗時(shí)卻有減少，在提高工作效率的同時(shí)，使用無人機(jī)排查樹障，不會(huì)增加單個(gè)作業(yè)人員單日工作強(qiáng)度。

2 人工、激光排查隱患準(zhǔn)確度對比

2.1 數(shù)據(jù)報(bào)告對比分析

本節(jié)對人工巡視樹障統(tǒng)計(jì)表與激光掃描樹障報(bào)告進(jìn)行對比，通過對比得出結(jié)論。在對500 kV峽都線開展人工排查輸電通道隱患工作中，宜昌運(yùn)維分部輸電運(yùn)維四班共計(jì)發(fā)現(xiàn)、核實(shí)樹障154處，記錄資料（部分）截圖如圖4所示。

圖4 500 kV峽都線人工巡視樹障統(tǒng)計(jì)表截圖Fig.4 Screenshot of manual inspection tree barrier statistics of 500 kV Xiadu line

在對500 kV峽都線開展無人機(jī)激光掃描后，宜昌運(yùn)維分部無人機(jī)巡檢作業(yè)班共計(jì)發(fā)現(xiàn)、核實(shí)樹障281處（如圖5），發(fā)現(xiàn)人工未發(fā)現(xiàn)樹障156處，均位于大檔距中央等難以觀察位置，記錄資料示意圖如圖5所示。

圖5 500 kV峽都線激光掃描數(shù)據(jù)截圖Fig.5 Screenshot of laser scanning data of 500 kV Xiadu line

通過圖4、圖5對比可知，圖4中使用文字來描述樹障位置，而圖5中利用示意圖和坐標(biāo)點(diǎn)來表示樹障位置，客觀來說，利用示意圖來表示更加清晰，但對于樹障畝數(shù)、樹障種類，圖5中無定量表示，據(jù)調(diào)查，激光掃描截圖中雖沒有樹障畝數(shù)，但報(bào)告表格中有具體畝數(shù)。

2.2 人工、激光排查遺漏率對比分析

本節(jié)對人工、激光排查線路通道發(fā)現(xiàn)樹障數(shù)量進(jìn)行對比，對比結(jié)果如圖6所示。

圖6 500 kV峽都線人工、激光排查樹障數(shù)量情況Fig.6 Number of manual and laser troubleshooting tree barriers on 500 kV Xiadu line

經(jīng)峽都線全線核實(shí)對比，由圖6可知，激光發(fā)現(xiàn)樹障數(shù)量比人工發(fā)現(xiàn)樹障多82.5%，激光未發(fā)現(xiàn)樹障占比僅為5.7%，激光掃描出多處人工未發(fā)現(xiàn)樹障，相對于人工，可排除更多隱患。如圖7所示，橫坐標(biāo)為峽都一回桿塔號，縱坐標(biāo)、圖中數(shù)值均為樹障凈空，人工未發(fā)現(xiàn)7 m以下樹障1處。由分析可知，激光排查樹障遺漏率更低。

圖7 500 kV峽都一回人工未發(fā)現(xiàn)共計(jì)59處樹障凈空距離列舉圖Fig.7 List of clearance distances of 59 tree barriers not found manually in the primary circuit of 500 kV Xiadu

2.3 人工、激光掃描數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性分析

對于樹障的準(zhǔn)確性，最好的判斷方式是對比最小凈空距離，500 kV峽都線通道隱患排查中，人工、激光均發(fā)現(xiàn)的樹障有138處，圖8展示峽都一回線激光、人工測量的最小凈空距離對比情況，圖9 展示人工凈空減去激光凈空取得的差值，即人工、激光排查誤差。

圖8 500 kV峽都一回激光、人工發(fā)現(xiàn)樹障凈空對比圖Fig.8 Comparison of clearance of 500 kV Xiadu primary laser and artificial tree barrier

由圖9可知，人工與激光掃描數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，兩者平均誤差為1.24 m，激光掃描樹障凈空距離小于人工的為28處，占比為73.7%。通過分析可知，激光測距準(zhǔn)確性更高。

圖9 500 kV峽都一回激光、人工發(fā)現(xiàn)樹障凈空誤差情況圖Fig.9 Clearance error of 500 kV Xiadu primary laser and artificial tree barrier

3 非定量因素分析

除定量分析數(shù)據(jù)外，由于工作模式不同，其他因素很難定量分析，根據(jù)宜昌運(yùn)維分部調(diào)研結(jié)果，對兩種樹障隱患排查方式的工作模式進(jìn)行主觀調(diào)查分析，分析結(jié)果如表4 所示。通過綜合分析，使用激光掃描樹障工作模式更受歡迎。

表4 激光、人工排查樹障隱患情況對比調(diào)查表Table 4 Comparison questionnaire of laser and manual troubleshooting of tree barrier hazards

4 結(jié)語

經(jīng)全文數(shù)據(jù)分析，使用激光掃描替代人工排查樹障，在降低樹障隱患排查遺漏率的同時(shí)，不會(huì)增加人工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)能提高樹障凈空準(zhǔn)確率，提升運(yùn)維人員巡視安全性，可進(jìn)一步減少責(zé)任性跳閘發(fā)生的幾率。

本文所選取案例位于山區(qū)，不同地形數(shù)據(jù)有所差異，有必要選取不同地形線路運(yùn)維數(shù)據(jù)，進(jìn)一步考慮樹障倒伏、風(fēng)偏、生長、氣溫、樹種等動(dòng)態(tài)工況，得出更全面的結(jié)論，下一步，將分析自主巡檢、仿線飛行、紅外測溫等數(shù)據(jù)形成綜合報(bào)告。