激光雷达在输电线路巡线中的应用

激光雷达在输电线路巡线中的应用
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摘要：随着我国经济建设的快速发展，用电需求高速增长，对电网建设的需
求日益强烈，电网规模的快速扩张给电力巡检带来极大的挑战。

对已经建成的输
电线路定期进行巡检，及时发现和排除线路走廊中的安全隐患，确保电力的安全
输送，已成为电网运营维护管理部门的一项重要工作.
关键词：激光雷达；输电线路巡线；应用
引言
激光雷达巡线可以更高效、便捷地发现输电线路走廊内的线路故障和安全隐患，这是传统人工巡线作业所不具备的，激光雷达技术正逐渐成为输电线路优化
设计、保障输电线路安全可靠运行的新手段。

本文以激光雷达扫描系统在线路巡
线为例进行阐述，从整个作业流程上，包含外业数据采集，内业数据处理、危险
点安全距离快速检测，建筑物、植被、交叉跨越的净空距离分析，其巡检数据的
有效性和准确性满足于输电线路维护的要求。

激光雷达巡线飞行周期短，获取信
息丰富，缩减了线路巡线的工作周期和人力的投入，提升了巡线工作效率，提高
了线路维护单位的经济效益。

1激光雷达在输电线路巡线中的意义
当前在电力系统当中输电线路通道巡检。

过程中所使用的无人机通过激光雷
达系统的巡线采集和电力沿线的激光点云处理，能够真实的反应出电力线的沿线
地表形态和地形地貌，技术人员通过无人机激光雷达技术所回传的参数数据进行
相关地表环境合同到实际情况的立体呈现，使其能够了解输电线路设备设施的运
行情况和结构信息，并准确的发现输电线路设备运行状态的异常情况和安全隐患，并及时的采取相应的处理措施，避免输电线路走廊中受到跨越物的影响造成线路
的故障危险。

而且目前电力系统当中输电线路通道巡检所应用的无人机激光雷达
技术能够实现泄漏资产的有效管理，并与智能电网进行技术链接，实现电力系统
输电线路运行稳定性和安全性的提升。

2激光雷达在输电线路巡线中的应用
2.1在输电线路通道地物点云分类中的应用分析
在电网当中，输电线路通道是十分重要的组成环节，而其内部所含有的地形
地貌以及地标物电塔挂线点位置，是输电线路通道点云分类中的主要监测数据，
其是影响输电线路运行稳定性与安全性的重点观察对象。

无人机激光雷达技术在
实际的应用中，需要依靠多次反复的飞行巡检来获取原始点云，主要的目的在于
将输电线通道内的所存在的所有地物目标和地表附着物进行点云的分类和相关数
据的记录，尤其要针对不同类型的地物进行激光点的分离，确保能够依据滤波分
类将原始点云进行准确的地面点和非地面点的精确活粉，配合地面的激光点能够
形成差值和构网，进而实现地面通道的三维数字模型，其中要注意的是要重点对
多次飞行任务的数据比对，确保数据的精确和真实。

2.2三维模型的建立
输电线路走通道三维重建，即输电线路本体建模是输电线路安全分析的基础。

实时三维电力巡线地理信息系统的建立为线路的安全运行提供了决策支持。

在系
统数据制作中，需要对采集的遥感数据进行处理和分析。

由于系统数据每隔一段
时间需要重新采集和更新，所以，必须实时三维重建出电力线通道地表模型及地
物模型，包括DEM、电力线、电力塔及周围的植被等。

该系统中应集成输电线路
通道影像、电力线三维拓扑数据、输电线路通道中植被类型数据等，比如电力线
安全缓冲区分析、电力线在最大弧垂下与地面的最小距离、电力线在最大弧垂或
风偏情况下与周围树木之间的距离等。

目前，除了DEM等可自动重建外，通道内
的很多地物主要还是依赖人工勾绘和第三方软件，比如AutoCAD、3DMax等。

2.3数据预处理应用
激光雷达采集到的原始数据包括地面基站全球定位系统(globalpositioningsystem，GPS)观测数据、机载系统GPS数据和惯性测量单元
(inertiameasurementunit，IMU)数据，即定位定姿系统(positonandorientationsystem，POS)数据、激光测距数据和影像数据；对原始
数据进行处理生成三维点云数据。

将原始POS数据分离计算，提取机载GPS数据、IMU姿态数据和辅助传感器数据。

将提取的机载GPS数据与地面GPS基站采集的
数据进行差分解算和拟合，修正机载GPS观测值，得到曝光摄影机投影中心正确
的GPS定位坐标。

然后将精确的GPS定位数据、IMU姿态数据和辅助传感器数据
联合解算、集成，得到精确的6个外方位元素和平滑最佳估计航迹点数据。

设置
大气校正、角度校正、扫描仪改正、定位定姿偏移以及高程偏差等参数，得到激
光点云数据。

对点云数据进行粗差探测，剔除高程异常点及独立点；运用校验参
数对姿态角和高程偏移量进行校正，修正IMU和激光扫描仪相对姿态导致的微小
变化；进行一定角度的重叠区裁剪以保证得到密度均匀的激光点区域和精度较高
的点云。

本工程共布设4个基站，间距约10km，布设在飞行覆盖区域内，数据预
处理完成后，采用控制点检查的方式检查点云数据的精度。

根据轨迹数据预处理，GPS卫星观测情况良好，轨迹平面位置精度优于3cm,高程精度5cm，姿态角侧滚
角和俯仰角优于3‰，航向角为13‰，满足电力巡线轨迹精度的要求。

2.4无人机激光雷达技术的应用分析
这一技术最早的研究是在上个世纪90年代中后期，其主要的原理在于利用GPS定位与激光测距技术的搭配使用，可以实现快速、精确的对地面物体进行高
精度三维坐标的测量和获取，其具有更加精准的测量水平，同时对于地物坐标的
获取也更加快速，很多测绘行业都选择使用机载激光雷达扫描技术进行地面地形
地貌的扫描和勘测。

在电力系统的输电线路巡检工作中，利用机载激光雷达扫描
技术对输电线路沿线的地形和空间环境进行数据的参数采集并回传后，使其形成
三维的空间立体结构，其主要的应用原理在于激光雷达技术能够针对地形当中的
附着物进行全方位的物体反射强度信息的获取，并从激光点云数据中去除掉地物
回波点，提取数字高程模型，进而形成三维立体模型，让技术人员能够通过这些
参数数据所建立的三维立体模型，掌握输电线路通道的实际环境情况和空间的关系，借此来判断输电线路的实际运行状态。

2.5激光雷达数据的滤波
从激光数据点云中提取数字表面高程模型（DTM/DEM），需要将其中的地物
数据脚点去掉，这就是所谓的“激光雷达数据的滤波”。

如果要进行地物提取和
建筑物的三维重建，就需要对激光脚点数据点云进行分类（分割），区分植被数
据点和人工地物点，以提取数据点云系列，这就是所谓的“激光雷达数据分类”。

针对电力线点的提取工作，也是先通过滤波分离地面点与地物点，然后使用分类
方法分离植被点与电力线点。

滤波和分类是机载激光雷达数据处理的关键。

一般
而言，激光点云数据滤波的处理时间大约占全部时间的60%～80%，滤波算法的质
量直接决定着DEM的质量。

目前，已经有不少国内外学者研究了激光点云数据的
滤波和分类方法。

结语
激光雷达技术弥补了传统摄影测量对输电线路巡检的不足，利用机载激光雷
达测量技术对线路走廊进行数据采集、存储、精细分类和三维建模，可以对线路
安全问题隐患和异常进行分析。

为了充分发挥激光雷达技术的优势，应从软硬件
设备研发、算法优化、系统优化管理等各个环节进行完善，随着激光雷达技术与
相关技术进一步的结合，使获取电网相关环境信息速度更快、成本更低、精度更高，使输电线路运行维护从人工化向数字化、智能化进一步迈进。

参考文献
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防科学技术大学,2020
[2]张广弟.分布式环境下海量空间数据的存储和并行查询技术研究[D].江西:江西理工大学,2021
[3]郭瑞.分布式环境下MongoDB对激光点云数据的存储和处理研究[D].北京:北京工业大学,2022
作者简介：徐志坚（1992-1），男，民族：汉族，籍贯：湖北通山，工程师，硕士研究生，主要从事输电线路运维检修工作。