基于3D激光掃描點云的輸電線路通道情況分析

焦政國，馬立博，聶鵬高，孫政樑，黃子恩

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司輸電運行中心，北京 豐臺 100068）

輸電線路安全運行是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要要素之一，隨著我國社會、經(jīng)濟等方面飛速發(fā)展，各地區(qū)對電力供應(yīng)的需求也是逐年攀升，特別是北京地區(qū)，政治供電任務(wù)頻繁，因此，維護輸電線路安全是輸電運行專業(yè)的重點工作。影響輸電線路運行的隱患主要可分為3 類，分別為異物、施工和樹木隱患，其中樹木隱患可控性較高，可在隱患形成初期進行排查并解決，但隨著時間的推移，輸電線路周邊環(huán)境也越來越復(fù)雜，給線路巡視工作帶來困難，特別是線路與樹木之間的距離難以判斷。為此，尋找一種能夠快速、準(zhǔn)確、全面反映線路通道環(huán)境的技術(shù)是必須的。

激光掃描（Light detection and ranging）技術(shù)是一種非接觸主動式快速獲取物體表面三維密集點云的技術(shù)，已成為高時空分辨率三維對地觀測的一種主要手段[1]。該技術(shù)可直接獲取具有三維坐標(biāo)一定屬性（反射強度等）的海量、不規(guī)則空間分布的三維點云，而且受天氣影響小，同時具有一定的穿透性，在全球變化、智慧城市、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、基礎(chǔ)測繪等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用[2]。經(jīng)過20多年的發(fā)展，三維激光掃描硬件在穩(wěn)定性、精度、易操作性等方面取得了長足的進步，尤其是在機載、車載、地面三維激光掃描方面進展顯著[3]。

將激光掃描技術(shù)應(yīng)用于輸電桿塔和線路建模工作，產(chǎn)生的點云數(shù)據(jù)使用計算機視覺理論獲取物體表面三維信息，實現(xiàn)輸電線路弧垂量測[4]。使用三維激光雷達測量技術(shù)可以彌補傳統(tǒng)巡線技術(shù)空間定位精度低，難以精確判斷輸電線路走廊地物到輸電線之間距離的局限性[5-6]。通過機載激光掃描系統(tǒng)獲取輸電線路及其走廊環(huán)境內(nèi)的地表物高精度三維坐標(biāo)，利用這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)對輸電線進行自動提取，并計算輸電線與地表物距離，從而實現(xiàn)輸電線路通道安全距離診斷。同時，也可節(jié)約人工巡檢所需大量人力和物力，對于丘陵或山區(qū)的架空線路來說意義尤為重大[10]。

1 基于點云數(shù)據(jù)處理的輸電通道環(huán)境分析

1.1 點云數(shù)據(jù)處理

一般來說，激光掃描生成的數(shù)據(jù)不能直接用于分析，先對數(shù)據(jù)進行解析處理，再經(jīng)過坐標(biāo)和投影轉(zhuǎn)換后形成以las 為后綴的文件，將該文件導(dǎo)入點云分析軟件后方可進行分類和無人機航線規(guī)劃。圖1 給出的是分類完成的點云數(shù)據(jù)，為方便分辨點云數(shù)據(jù)，采用不同顏色代表不同類型，如圖2所示。

圖2 不同顏色代表分類類型

1.2 通道環(huán)境分析

對已完成分類的數(shù)據(jù)進行項目危險點分析，可以自動篩選出線路交叉跨越明細以及實時工況安全距離明細，本文以110 kV間齒線為例，對此進行分析，分析完畢后的交叉跨越明細和實時工況安全距離分析通道隱患結(jié)果如表1、表2所示。

表1 交叉跨越明細表

表2 實時工況安全距離分析通道隱患列表

1.2.1 交叉跨越明細

從交叉跨越明細表中可以看出，該線路存在交叉跨越的具體桿塔區(qū)間、坐標(biāo)點、跨越物類型以及與跨越物之間的距離，此數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、真實、具體、全面，為統(tǒng)計、核實和整改“三跨”線路工作提供重要依據(jù)。

圖3 #0003～#0004正視圖

圖4 #0003～#0004側(cè)視圖

圖5 #0003～#0004俯視圖

1.2.2 線路實時隱患

表2給出線路實時工況安全距離分析通道隱患，該表主要針對110 kV間齒線通道隱患，從表中可以看出，與線路不滿足安全距離的有3 處樹木隱患以及1 處建筑隱患，樹木隱患均在線側(cè)處，凈空距離在3～4 m 之間，該數(shù)據(jù)檢測時間為1 月，因此在春夏樹木生長旺盛期間應(yīng)對這幾處重點關(guān)注，及時消除隱患；建筑隱患主要為道路檢測或照明裝置，一般來說對線路運行不會構(gòu)成威脅，但是不滿足安全距離，應(yīng)持續(xù)關(guān)注隱患點。

表2 損耗與電容量試驗情況

下面以35 kV 間齒線#0003～#0004 段落的樹木隱患進行詳細分析，圖3～5分別給出了該段線路隱患的正視圖、側(cè)視圖以及俯視圖，可以看出隱患點距離#0004 塔比較近，且間齒線三線與隱患樹凈空距離為3.23 m，不滿足安全規(guī)程。#0001～#0002 和#0009～#0010 兩處隱患情況與之類似，巡視人員在巡視過程中須對此處隱患關(guān)注并及時處理。

2 結(jié)束語

通過上述分析，基于點云數(shù)據(jù)分析的通道環(huán)境，能夠全面、精準(zhǔn)地展示線路及保護區(qū)的交跨情況和隱患情況，為運行班組線路資料梳理工作以及“三跨”管理工作提供數(shù)據(jù)支撐，為運行人員巡視工作提供工作重點，防患于未然，避免掉閘事故。