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直升机激光扫描巡检作业工艺的研究

时间:2017-09-29 16:49来源:未知 作者:360期刊网 点击:

  直升机激光扫描巡检作业工艺的研究

  孙雁楠 汪骏

  (华北电力大学 北京 1 02206)

  摘要:激光扫描技术,通过激光发射与接收并利用全球定位系统以及惯性导航系统,可快速获取被检测对象的空问数据,再现输电线路本体及通道走廊的三维信息。本文结合项目研究,介绍了激光扫描邂检工艺的原理.作业方案以及作业实际应用效果。

  关键词:激光扫描 三堆 输电线路

  中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)02(b)-0001-01

  电力能源作为我国国民经济发展的核心性、枢纽性能源,有着举足轻重的地位和作用,中国经济又好又快的发展,必然需要伴随着电力能源的又快又好发展的支撑,而在其中输电体系更发挥着中心性的作用。输电线路的科学化、高效化运营与管理,愈来愈成为一项极具挑战性的工作。直升机激光扫描巡检作业是提高线路运行维护的一项重要技术措施,在国外,其已作为一项成熟的技术广泛应用于输电线路运行维护工作中。

  1直升机激光扫描巡检作业

  直升机激光扫描巡检作业是以直升机为平台,在其基础上搭载激光扫描三维成像系统进行巡检作业。其关键技术问题主要包括:激光扫描巡检系统的集成、巡检作业飞行方案的研究和巡检数据的专业应用。

  1.1激光扫描巡检系统的集成

  由于目前我国电网运维的难点在于对复杂的线路走廊周围环境地势地貌的宏观掌握和导线与建筑物、植被的安全距离的确定。这就要求我们在进行直升机激光扫描作业获取的数据需符合以下几点:(1)能够进行导线与不同地物之间距离精确检测的点云数据;(2)能够反映线路走廊等周边地势地貌的影像数据*(3)能够提供测量时的线路运行条件和环境条件,便于工程分析的气象数据。根据上述要求,系统必须包括的设备有激光扫描器、高清照相机、气象传感器、惯性导航仪等。

  1.2巡检作业飞行方案的研究

  (1)点云数据对飞行状态的要求。利用直升机激光扫描技术输电线路导线距离分析的时候,首先导线的点云数据需要有足够的点,以便精确地定义导线垂曲线。其次输电线路周围的物体的点云必须足够多,以便定义和输电线路周围有关的物体的形状和位置,满足必要的分析精度要求。但是物体的点密度要求是随着物体的不同类型而变化。在进行直升机激光数据采集作业时,由于激光扫描器的发射频率和扫描角是固定的,因此点云的密度值就和直升机的飞行高度和飞行速度密切相关。

  在实践中一般满足电网工程分析的点密度的范围如下。

  密度l:输电线路正下方的物体(不同工况下导线摆动范围)△1=16到25IIl2。

  密度2:输电线路周围的物体△2-4到8m2。

  根据点云密度的要求,直升机的飞行高度要在150m以下,飞行速度为80km/h时,才能保证上述规定的点云密度值的要求。(2)影像数据对飞行状态的要求。影像数据的主要用途是进一步精确解释点云数据的构成,首先要设定照相机快门的曝光速度,使之与直升机的飞行速度相匹配,由于拍摄的相片像素要大于10cm以便精确地解释点云,同时要满足影象重叠要求,因此直升机的飞行高度一般控制在100m~200m。(3)气象数据对飞行状态的要求。自然界中,由于风和温度随着高等变化较大。因此,气象传感器在采集超过输电线路以上200 m的数据时,很难真实地反映输电线路所处高度的具体气象数据。所以气象数据采集时要求低空飞行,用以获得能代表采集时的输电线路周围的气象数据。(4)采集航带宽度对飞行状态的要求。目前我国输电线路走廊的运维半径一般在线路中心线两侧各加50m,即100m宽度作为线路运维范围。直升机扫描航带的宽度和直升机的飞行高度一般呈0.8:1的比例关系,即飞行高度100m,覆盖宽度大约80m。这时,直升机在输电线路之上跑偏的误差小,数据边际清晰。采集覆盖100m的宽度的数据时要求相对应的飞行高度大概为125m。综合考虑点云数据、影像数据、气象数据以及采集航带宽度的采集要求,在直升机飞行安全要求的基础上,项目组最终确定了直升机激光扫描的作业方式:直升机在数据采集时以线路中心线附近作为采集数据位置,飞行速度60~80km/h,飞行高度125m—150m。

  2直升机激光扫描巡检作业实际应用

  近日,应用直升机激光扫描系统进行了激光巡检试飞作业,采集的点云数据经过预处理后,地表以上的点云形成铁塔、导线、植被、交叉跨越物、建筑物、铁路公路、桥梁等不同类型的点云数据;地表点云通过TIN处理形成可供工程分析的DEM。采集的影像数据通过处理形成可供观看的正射影像数据(DOM),采集的气象信息在导入系统后为各种距离的测量提供依据。经过预处理后的点云数据、DEM、DOM在导入项目组自行开发的输电线路三维可视化管理与分析系统后,生成可供浏览的输电线路三维场景,可以通过不同角度对输电线路及走廊内的各种建筑物、交叉跨越、地形植被等进行全方位的浏览;也可以实现导线对地表、植被、建筑物、交叉跨越的距离检测;同时也可录入线路台帐,根据检测的各种安全距离情况,编辑修改台帐里的危险点信息,实现线路台帐三维可视立体化管理。

  3直升机激光扫描巡检作业效益分析

  直升机激光扫描巡检作业将直升机与激光扫描成像设备相结合,通过检测点云距离,获取危险点、相间距等信息,打破了传统的人工测量方法,为输电线路的距离测量提供一种全新、高精度的测量方法,提高电网运行安全稳定性。

  通过输电线路设备三维浏览,我们可以对成百上千公里的线路走廊进行全方位、多角度的立体观察,及时发现危险树木,地形变化及滑坡隐患,减少电网发生事故的风险,提升电力线路安全运行管理水平。通过自动检测相间距离,能够正确指导检修人员进行相间间隔棒的安装,避免了停电人工测量所造成的各种距离误差以及因停电所造成各种经济效益损失。通过自动检测危险点的功能,指导运维人员对有潜在威胁的建筑施工和植被等进行有针对性的巡视和砍伐,降低外协工作的难度和尽量减少树木砍伐,避免导致所经地区农作物、经济作物、林木损坏而出现的青苗赔偿、环境破坏等问题的发生,符合当前创建和谐社会、建设节能环保型国家的需求。

  参考文献

  [1]邵允临,曹晋恩,尚大伟,直升机巡检华北电网超高压输电线路[J],中国电力,2003,7(4):39—42.

  [2]赵鹏,邓春,袁亦超.应用直升飞机巡检输电线路[J].华北电力技术,2002,10(3):3~5.

  [3]林志和,超高压输电线路采用直升机巡线的探讨[J].福建电力与电工,2004,4(3):20~22.

  [4]邱国新,在直升飞机上应用红外热像技术巡视检测高压输电线路设备的回顾[J].广东电力,2005,3(3):73~75.

  [5]张柯,周朝阳,李海峰,等.直升机作业在我国特高压电网中的应用前景分析[J].河南电力,2006,1(3):18—19,22.

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