无人机倾斜摄影与激光雷达技术在配电线路自动巡检中的应用研究

无人机倾斜摄影与激光雷达技术在配电

线路自动巡检中的应用研究

发《中国电业》2021年

摘要：由于配网线路分布广泛，特别是农村地区，给配电线路巡检带来很大的困难，另外由于设备老化和通道植被等影响，配电线路时常引起跳闸和安全事故，本文根据利用无人机倾斜摄影测量和激光雷达技术设计了一套适用于配电线路（10kV）的自动巡检方案，并在具体的实验中进行应用，结果表明该方法能有效的应用于配电线路无人机自动巡检作业中。

关键词：无人机倾斜摄影、激光雷达技术、配电线路巡检

0、引言

由于配网线路分布广泛，大部分地处于农村或者偏远山区，电杆长期暴露在野外、风吹日晒、时间长了会产生绝缘子开裂、金具生锈、腐蚀等损坏，再加上线路通道植被生长、违章搭建也实有发生，这些问题如果不及时发现消除，就会带来跳闸和安全隐患。传统的巡检模式主要是依靠人工巡检方式，这种方式存在工作条件艰苦、强度大、工作效率低，数据不直观、危险复杂地区人员难以到达等问题。

近年来，随着测绘科学特别是无人机航测技术的不断发展，机载激光雷达和无人机倾斜摄影测量技术已经广泛运用于测绘和建筑领域，无人机倾斜摄影测量技术可以从不同方向获取地物的影像信息和构建地物的三维实景模型，机载激光雷达技术可以精确的获取地面线路走廊的高精度三维点云信息，且具有测量精度高、全三维、自动化程度高、效率高、定位准确的特点，本文通过将倾斜摄影测量与激光雷达技术结合，通过对航线合理的规划设计，实现无人机对配电线路的自动巡检，实验表明这种方法可大大提高配电线路的巡检的工作效率，确保了用电安全，尽量的建设线路跳闸和安全事故的发生[1-3]。

1.

技术路线

无人机电力线巡检内容主要包括：引流线有无断股；杆塔有无损坏、变形、

紧固金具松脱等；绝缘子有无开裂、破损、污秽、异物悬挂；导线有无断股、异

物悬挂；地面通道环境有无在规定范围建筑房屋和超范围生长的植物等。

（1）在第一次巡线过程中，采用机载激光雷达技术，通过对点云进行去噪、滤波、分类处理后，获取地面高精度数字高程模型；在第二次的飞行中，利用激

光雷达变高仿地飞行模式，获取配电线路电杆和导线的激光点云模型数据；

（2）在今后的日常巡检作业中，根据激光雷达获取的高精度地面点云数据，规划好飞行航线、采用倾斜摄影变高飞行测量技术，获取线路的影像信息和路径

通道点云数据；

（3）通过第二次激光雷达获取的导线点云数据与日常巡检的通道点云数据

进行联合分析，判断是否有新建地物的情况，植被生长高度分析、净空距离分析，绝缘子和金具损坏情况等，生成通道隐患分析报告。

2、实验案例

配电线路特点是点多、线长、面广，电网的运行维护工作任务十分艰巨，配

网无人机巡检作业流程和主网类似，配网无人机巡检相比高压主网来说杆塔和导

线更细，点云提取的难度更高，本实验测区选取成都周边配网10kV为案列，。

（1）激光雷达获取导线和高精度DEM点云

由于配网导线较细，采用倾斜摄影获取的点云精度和密度无法满足巡检需求，通过采用激光雷达技术，通过第一次飞行获取高精度的数字高程模型，第二次飞

行根据数字高程模型通过仿地飞行的模式，飞行高度设置为50米，用来获取电

杆和导线的点云数据。

10kV线路激光点云数据

（2）无人机倾斜摄影测量获取配网通道点云影像数据

巡视线路的通道情况和缺陷隐患，采用专门为配网设计的精细化巡视飞行模式，配合倾斜摄影5镜头，可获取杆塔和通道的高分辨率影像信息，根据高精度DEM模型规划相对地面50m航高的变高飞行模式，通过航线规划和无人机携带的RTK功能，设置固定的飞行轨迹，通过对飞行轨迹设计自动飞行任务，今后的巡检中可以根据飞行轨迹进行自动巡视，对杆塔特定位置进行拍照。

在地形高差较大区域，为保证地面分辨率满足实际生产工作的需求，一般需采用仿地飞行，本次试验采用倾斜摄影测量获取影像数量近8000张，经过数据处理得到高精度地表点云数据。通过量取导线点云与地表密集点云数据，可以达到解决线路通道隐患的目的，方便及时发现通道隐患。

无人机野外航飞

倾斜摄影地表点云模型

（3）点云联合分析

将激光雷达获取的导线点云与倾斜摄影获得的地表点云进行联合分析，可以综合利用两种不同技术的优点，生成点云效果如下图。

配网线路激光点云加载通道点云数据

（4）巡视线路设备缺陷

通过杆塔精细化巡视模式采集的影像，可以清晰的看到杆塔金具、绝缘子等的缺陷信息，采用杆塔精细化巡视模式，贴近杆塔拍摄影像效果如下图

贴近飞行拍摄的配电线路电杆影像

（5）巡视线路通道隐患

巡视通道隐患主要关注两个方面：1.导线对植被的最短距离；2.导线对建筑物的最小距离。为解决以上问题，需得到地表及导线的密集点云数据。将配网导线激光点云数据加载到地面点云数据中，精确量测导线距离树木、建筑等的空间距离，方便运维人员了解线路通道情况和通道清理，对某配网工程导线激光点云数据加载到通道点云中，可量取导线到地面最近距离、导线距离房屋距离等通道隐患信息并生成报表。

激光点云分析配网通道情况

3、效益分析

本文采用无人机倾斜摄影与激光雷达技术联合作业模式，实验表明，通过利用无人机航线和自动巡线作业模式，能获取配网线路和通道的高精度点云信息，能用于配网线路的日常巡检工作，在完成前两次巡线任务规划后，可通过设置无人机机槽和固定航线自动巡检作业模式，可有效提高了后期电力维护和巡检人员的工作效率，相较传统人工作业模式，该无人机自动巡线模式降低了巡线人员的劳动强度，减少人员投入，有着很好的应用前景。

参考资料：

[1] 黄隆王迪赵健机载激光LiDAR技术在输电线路巡检工作中的应用研究[J].电气工程与自动化,2020(36):5-6.

[2] 彭炽刚基于激光雷达点云数据的输电线路巡检航线自动规划方法[J].电子设计工程,2021(3):22-25.

[3] 马高峰郭瑞隆王文敏倾斜摄影测量在农村房地一体确权中的应

用,[J].测绘标准化,2021(9):106-108.

作者简介：

王琦（1986-），男，汉族，硕士研究生，高级工程师，主要从事电力工程勘测设计