基于3D激光扫描点云的输电线路通道情况分析

基于3D激光扫描点云的输电线路通道情况分析

樊长海,何宁安,韩竹平,陈尚发

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局，广西 南宁 530028）

【摘要】保证输电线路通道安全是输电运检专业的重点工作之一。输电线路的人工巡查可以检测出大多数的安全隐患，但由于线路通道环境复杂多变，树障覆盖率高，人工巡查会产生盲点和视线偏差，严重时发生树与导线净空距离不足引起掉闸事故。因此，本文利用激光扫描技术对通道进行风险排查和分析，并以广西某500kV线路为例，该线路通道内的桉树覆盖率高，容易引起输电线路对树放电造成跳闸，成为线路隐患的一个“顽疾”。因此本文对输电通道环境进行分析，利用点云进行了树障及交叉跨越安全距离分析，对线路通道的隐患进行了详细的剖析，为树障和重要交叉跨越的治理工作提供了依据。

关键词：输电线路；激光扫描；通道隐患

Analysis of transmission line channel condition based on 3D laser scanning point cloud

Fan Changhai, He Ningan, Han Zhuping, Chen Shangfa

(Nanning Bureau of Ultra-High Voltage Transmission Company, China Southern Power Grid Co., LTD., Nanning 530028, China)

【 Abstract 】 To ensure the safety of transmission line channel is one of the key work of transmission operation inspection specialty. Manual inspection of transmission lines can detect most of the hidden security risks. However, due to the complex and changeable environment of line channels and high coverage of tree barriers, manual inspection will produce blind spots and line of sight deviation. In serious cases, insufficient headroom distance between trees and wires will lead to switching accidents. Therefore, this paper uses laser scanning technology to investigate and analyze the risks of the channel, and takes a 500kV line in Guangxi as an example. The eucalyptus trees in the line channel have a high coverage rate, which is easy to cause the transmission line to cause tripping of the tree discharge, which has become a "stubborn disease" of the line hidden danger. Therefore, this paper analyzes the environment of the transmission channel, analyzes the safe distance of tree barrier and cross crossing by using point cloud, and analyzes the hidden dangers of the line channel in detail, which provides a basis for the governance of tree barrier and important cross crossing.

Key words: transmission line; Laser scanning; Channel hidden trouble

0.引言

与传统的测量技术相比较，3D激光扫描能够快速准确的为用户提供准确的地貌资料，特别是以测量与绘图的一体化建设，实现了一种“所见即所得”的良好人机互动体验，从而得到了社会的普遍重视和肯定。本论文基于此，对基于3D激光扫描点云的输电线路通道情况进行了分析。

1.基于3D激光扫描点云的输电线路通道现状分析

随着社会经济的快速发展，各个区域对电力的需求量每年都在增长。因此，电力系统的安全是全社会工作的重中之重。对输电线路安全运行的危害有树障、外力破坏、飘挂物等，树障的安全隐患可以控制，可以在事故发生的早期进行消除。但是，由于线路周围的环境日益复杂，导线与树木的间距也变得很难确定。因此，有必要寻求一种快速、准确、全面地反映线路通道的技术。

激光扫描技术是一种以无接触、有源方式获得目标表面的三维致密点云的方法。这种技术可以获得大量的、不规则的空间分布的立体点云，这些点云的空间分布受到气候变化的限制，并且在全球变化、智慧城市、资源调查、环境监测和基础测绘等方面都有着举足轻重的地位。三维激光扫描仪在稳定性、精度和可操作性等各领域都有了很大的提高，特别是机载、车载和地面三维激光扫描仪的应用。

将激光扫描技术应用于输电杆塔和线路通道的建模工作，利用计算机可视化原理获取物体表面三维信息，从而对输电线路进行了电弧垂测量。利用三维激光雷达进行探测，可以克服常规探测技术在空间上定位准确性差、无法准确判定树障与输电线间距的缺陷。采用航空激光扫描仪采集输电线路和走廊周围地形的高精密立体坐标，然后根据坐标信息自动抽取输电线路，并根据输电线路到地表物体的间距，完成了输电线路的安全检测。该方法可以节省大量的人力、财力，在山地、山地等高压线上具有重要作用。

2.三维激光扫描技术基本原理

三维激光扫描系统包括：3D激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架和系统辅助系统。它的核心部件是一个3D激光扫描器，它包括激光发射器，接收器，时间计数器，电机控制可转动滤光器，控制板，微电脑，CCD相机，和其他的软件等构成三维扫描仪的测距和测角等系统。激光测距方法主要有基于测距法、相位测距法、激光三角法、脉冲-相位式测距法等四种类型。该方法利用测角器获得被测量目标的水平和垂直角度，从而得到被测量对象的空间位置。

三维激光扫描仪在记录激光点三维坐标的同时也会将激光点位置处物体的反射强度值记录下来，可以很方便地获取外部目标的颜色，扫描完成后，不但可以获得目标的立体坐标，还可以获得目标表面的反射率信息和色彩信息。因此，点云中不仅有X、Y、Z、Intensity，还有RGB的数据。点云数据的空间分布主要是线性点云，通过逐列（或列）的方法得到的三维点云图数据之间存在着某种结构上的联系。

3.点云数据获取与处理

3.1数据获取

三维扫描数据获取主要包括资料搜集和实地考察、控制方案设计、扫描方案设计和现场扫描过程等。扫描控制方案主要为外业扫描服务，它包括两个目标：一是在不同的控制座标间进行转换；二是实现不同视角，实现多个角度的融合，特别是在两个不连通的情况下，在两个不同的位置上进行了多个数据的融合。扫描方案包括控制网、扫描设备选择、站点布置图、扫描顺序、扫描位置扫描的扫描浓度等。扫描装置的最大扫描范围、角度分辨率和点位精度、扫描速度、激光安全登记和反射率等。

3.2数据处理

3.2.1点云去噪

点云的去噪是点云预处理中的一个重要环节，其目的就是要消除无关物体，获得“干净”的点云。在作业过程中，最普遍存在的噪音是：环境噪声和目标噪声等。在实际的数据处理中，通常会根据不同的尺度对其进行滤波，先对其进行序列化，消除了背景噪音，减少分析的的范围和数据量，最后消除目标的噪音。

3.2.2点云拼接

由于扫描仪扫描视距的限制，一般不能一次进行外业扫描工作，必须设置多个观测站点，对扫描对象进行多角度的交叉扫描。这就要求把多个测量站点的数据进行拼接，形成一个便于内部加工的整体全景或若干块图形，即点云的拼接，云的拼接是通过获取2个或多个标靶的中为位置进行。应用TopoDOT、EPS等点云数据处理系统，将平面或球形物体以计算机自动辨识方法进行有效的拼接，不能进行人工定位的，则需要人工判断。

3.2.3坐标配准

扫描站点是三维激光扫描仪在一个固定的位置上进行扫描所获取的全部点云数据及相关的控制数据。在扫描仪使用过程中，仪器是固定的，每一台扫描仪上的数据都是由各个扫描仪为中心的局部坐标系单站数据，而这些站点则是进行点云配准的基础单元。

配准方式包括逐站配准与整体配准2类，每个站的分类就是对两个邻近的站进行连续的匹配和融合，最终形成一个完整的数据模型。

整体配准的方式就是以某一站为基础，通过对各站之间的空间转换进行求解，从而获得各站与站点之间的对应关系，从而达到一次对齐的目的。

3.2.4点云抽稀（Generation）

点云抽稀一般采用的方法有：系统抽稀、基于格网的抽稀、基于TIN的抽稀、坡度抽稀和基于流动的抽稀等。

依据所获得的资料和项目规模，在进行元素抽取之前，需要进行平滑、切割等多种工序。

4.基于点云数据处理的输电通道环境分析

4.1点云数据处理

通常情况下，激光扫描产生的数据并不能用来进行直接分析，先对数据进行解析处理，然后通过坐标和投影变换，将其转化为las为后缀的文件，然后将其输入到云端系统中，进行分类和无人机航线规划。为了便于识别点云数据，对已分类完毕的点云数据采用不同颜色代表不同类型。

4.2通道环境分析

通过对已完成的数据进行危险点分析，可以自动筛选出线路穿越细节和实时运行状态的详细信息，通过500kV间齿线的实例对其进行分析，分析后的交叉跨越情况和实时工况安全距离分析的结果如表1、表2所示。

4.2.1交叉跨越明细

从交叉跨越明细表中可以看出，跨越具体的杆塔区间、坐标、跨越物类型、跨越物间距等数据，数据真实、具体、全面，为“三跨”线路的统计、核实和整改工作奠定了基础。

4.2.2线路实时隐患

表2给出线路实时工况安全距离分析通道隐患，它主要是针对500kV间齿线管道存在的隐患进行的，从表中可以看到，与线路不满足安全距离的有3处树木隐患以及1处建筑隐患，所有的树木隐患都位于线侧，净空间距为3~4m，该数据检测时间为1月，在春夏木材生长旺盛期间，应对这几处重点关注，及时排除隐患；建筑施工中存在的隐患主要为道路检测或照明装置，通常不会对电力系统的正常运转造成危害，但不能达到一定的安全范围，需要不断地注意。

以下对35kV间齿线#0003~#0004段的树隐患进行了细致的剖析，并对其正视图、侧视图和顶视图进行了对比，结果表明，危险点与#0004#塔的间齿线3号线与危险树之间的净间距为3.23m，不符合安全规范。#0001~0002号和#0009~#0010号的危险也是一样的，巡查的时候要密切注意，并及时解决。

表1交叉跨越明细表

表2实时工况安全距离分析通道隐患列表

5.结束语

通过上述分析，利用点云数据进行通道环境分析，能够全面、准确地显示出各路段和各区域的交跨情况和隐患情况，为各运行组线路资料整理和“三跨”的治理工作提供了依据，为各运行单位的巡检工作提供了重要的参考依据。

参考文献

[1]胡磊，彭劲松，叶波，等.3D激光扫描技术在地质灾害应急测绘中的应用[J].测绘通报，2017，45（9）：154-155.

[2]彭昊，徐敬海，倪绍强.地面3D激光扫描技术在变电站精细测量中的应用[J].测绘通报，2017，69（12）：14-15.

作者简介：樊长海（1989） 男，工程师，本科，研究方向为输变电智能技术，1034005678@qq.com。

          何宁安（1989）男，工程师，本科，研究方向为输变电智能技术

          韩竹平（1986）男，工程师，本科，研究方向为输变电智能技术

          陈尚发（1994）男，助理工程师，本科，研究方向为输变电智能技术