黃 隆 王 迪 趙 健

（中國電建集團貴州電力設(shè)計研究院有限公司，貴州貴陽550000）

0 引言

輸電線路常年暴露于野外，傳統(tǒng)人工巡檢方式依靠地面交通工具或徒步行走、利用普通儀器或肉眼來巡查。然而，很多長距離輸電線路分布在地形陡峭、自然環(huán)境惡劣的崇山峻嶺之間，導(dǎo)致傳統(tǒng)人工巡線強度大，工作條件艱苦，效率低，復(fù)巡周期長，巡檢數(shù)據(jù)準確率不高。如何尋求更優(yōu)的輸電線路運維方式，成了國內(nèi)外輸電線路運維人員共同面臨的一大難題[1]。

近年，隨著激光雷達技術(shù)和無人機技術(shù)的日益發(fā)展與成熟應(yīng)用，機載激光雷達技術(shù)能同時獲取輸電線路走廊影像及三維空間坐標信息，且具有測量精度高、全三維、自動化程度高、效率高、定位準確的特點[2-5]。特別是機載LiDAR的高頻率脈沖能部分地穿透植被，獲取高壓線下的地形信息，解決人工和傳統(tǒng)航測中存在植被遮擋的“盲區(qū)”問題，可全天候、全地域?qū)旊娋€路進行巡檢。

本文對基于激光點云的輸電線路安全距離分析、工況模擬分析、交跨分析、通道變化分析等開展研究，能夠?qū)崿F(xiàn)線路巡檢的高效、準確、安全及低投入。

1 安全距離分析

安全距離分析主要計算提取點云數(shù)據(jù)中電力線與植被、建筑物、公路等走廊地物之間的距離，并根據(jù)線路運行規(guī)程進行危險點判別與分析，及時發(fā)現(xiàn)電力線危險情況。通過計算得到危險點如圖1中圓圈內(nèi)所示（此處檢測到的為樹障危險點），并生成安全距離分析報告，如圖2所示，分析報告中包括線路信息、運行規(guī)程、圖例總表、桿塔信息、危險點明細表、危險點詳情等內(nèi)容。

圖1 安全距離分析結(jié)果

2 模擬工況分析

電力線在自然環(huán)境中大多以裸露形式存在，因此經(jīng)常會受到氣象條件等外界因素以及工況條件的影響，導(dǎo)線與地物的距離也在動態(tài)變化，靜態(tài)的數(shù)據(jù)不能及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險點，因而對各工況條件下的輸電線路進行模擬具有極大的意義，如圖3所示。

圖2 安全距離分析報告

圖3 模擬工況（20 mm覆冰）安全距離分析示意圖

從圖3可知，對實時電力線（紅色線）進行安全距離分析時，線路走廊內(nèi)沒有不符合安全距離的危險點，但當(dāng)達到20 mm覆冰時，電力線（藍色線）下方存在樹障危險點。因此，基于線路區(qū)域氣象參數(shù)及輸電走廊點云，運用架空輸電線路電線力學(xué)，模擬各工況條件下的輸電線路各類運行參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)信息模擬導(dǎo)線弧垂，依照電網(wǎng)運維標準規(guī)范，對模擬導(dǎo)線進行安全距離檢測，實現(xiàn)高溫、大風(fēng)、覆冰等典型工況下潛在危險點分析。

3 交叉跨越分析

為防止交叉跨越事故發(fā)生，對架空輸電線路交叉跨越距離進行測量尤其重要，本文將三維激光點云技術(shù)應(yīng)用于輸電線路交叉跨越分析，通過空間位置關(guān)系分析及拓撲分析實現(xiàn)交跨物類型、交跨點坐標、交跨距離等關(guān)鍵信息提取，并形成交叉跨越分析報告，如圖4所示，能有效輔助運維人員清晰獲知線路交跨情況。

圖4 交叉跨越分析結(jié)果

4 通道變化分析

輸電線路直接暴露在野外，桿塔及線路下方經(jīng)常出現(xiàn)新建違章建筑、余土堆積、塌方等現(xiàn)象；在植被茂密的線路走廊內(nèi)，樹木生長情況、前期樹障砍伐情況需要及時評估。基于高精度激光點云可直觀比對前后兩次巡檢時輸電走廊地物及地形地貌變化情況，分析影響輸電運行安全的新增建筑物、樹木及地質(zhì)問題等。

輸電通道變化檢測的思路為：采用時間維度進行對比，比較兩個時間維度之間的線路通道網(wǎng)格點云變化差異，提取變化參數(shù)，統(tǒng)計變化量，并在三維通道圖上進行標示，如分析影響輸電運行安全的新增建筑物、植被等。變化檢測結(jié)果示例如圖5所示。

圖5 輸電通道變化檢測結(jié)果

5 桿塔傾斜分析

當(dāng)輸電線路經(jīng)過煤炭開采區(qū)、軟土質(zhì)地區(qū)、山坡地等特殊地帶時，桿塔基礎(chǔ)會發(fā)生滑移、傾斜、沉降等現(xiàn)象，從而引起桿塔的傾斜。線路桿塔在整體吊裝時，吊點位置選取不合理也會引起桿塔的形變傾斜。桿塔的傾斜易造成輸電線路發(fā)生倒桿、電氣安全距離過小等缺陷，特別是在人口密集區(qū)、重要交叉跨越處，線路桿塔一旦發(fā)生倒塔，造成的后果將十分嚴重。

基于三維激光雷達實現(xiàn)桿塔傾斜度自動測量能很好地改善現(xiàn)有測量方法面臨的現(xiàn)場作業(yè)強度大、受地形限制等不足，本文采用圖6所示算法流程實現(xiàn)基于激光點云數(shù)據(jù)的桿塔傾斜分析。

圖6 桿塔傾斜分析算法流程

6 結(jié)語

機載激光LiDAR技術(shù)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用可以彌補人工巡檢與無人機圖像巡檢在通道安全距離等空間分析檢測方面的弊端，本文進行輸電線路激光點云應(yīng)用研究，實現(xiàn)三維場景下輸電線路安全距離分析、模擬工況分析、交叉跨越分析、通道變化分析、桿塔傾斜分析等巡檢應(yīng)用研究，可有效提高線路巡檢的效率、準確性、安全性，并大幅減少運維成本，降低輸電線路運行風(fēng)險，同時也能擴展應(yīng)用到基建數(shù)字化移交、線路工程驗收、輸電工程規(guī)劃等工作中，具有廣泛的推廣價值。本文技術(shù)成果自2018年以來，已在逾4 500 km線路應(yīng)用，取得了良好的效果及經(jīng)濟效益。