一種基于激光雷達(dá)的輸電線路智能預(yù)警評估方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的輸電線路運(yùn)行維護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光雷達(dá)的輸 電線路智能預(yù)警評估方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)行輸電線路的運(yùn)檢管理模式是常規(guī)的人工作業(yè)方式，不僅勞動強(qiáng)度大、工作條 件艱苦，而且勞動效率低，特別是在對山區(qū)和跨越大江大河的輸電線路的巡查，以及在冰 災(zāi)、水災(zāi)、地震、滑坡、夜晚期間等電網(wǎng)緊急故障和異常氣候條件下，線路維護(hù)人員要依靠地 面交通工具或徒步行走、利用普通儀器或肉眼來巡線檢查、處理設(shè)備缺陷，所花時間長、人 力成本高、危險性高?，F(xiàn)有線路巡檢工作還存在以下問題：智能巡檢裝置缺乏，傳統(tǒng)巡檢效 率低；巡檢信息反饋不及時，應(yīng)急響應(yīng)手段缺乏；存在巡檢盲區(qū)；巡檢信息管理自動化程度 低。在當(dāng)今智能電網(wǎng)急速發(fā)展過程中，急需高效率的輸電線路巡檢方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于激光雷達(dá)的輸電線路智能預(yù)警評估方 法，包括：
[0004] 步驟1、輸電線路信息獲取。
[0005] 步驟2、輸電線路三維圖形建模。
[0006] 步驟3、數(shù)據(jù)分析和判斷。
[0007] 步驟4、預(yù)警及輸電線路安全評估。
[0008] 步驟1所述信息的獲取方法為：利用直升機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)獲取激光雷達(dá) 點云和光學(xué)影像數(shù)據(jù)。
[0009] 步驟2所述三維圖形建模為：根據(jù)步驟1所得參數(shù)對點云進(jìn)行處理，形成實際桿 塔、線路弧垂、線路周圍地質(zhì)及障礙物形貌的三維圖像；還可以結(jié)合光學(xué)影像數(shù)據(jù)形成實景 圖像。
[0010] 步驟3所述數(shù)據(jù)分析包括如下步驟：
[0011] (1)根據(jù)基本信息、線路信息、氣象信息和掃描信息形成最大工況計算信息。
[0012] (2)根據(jù)地質(zhì)形貌選擇狀態(tài)方程。
[0013] (3)根據(jù)最大工況信息和狀態(tài)方程計算導(dǎo)線各弧垂的最低點應(yīng)力。
[0014] (4)根據(jù)最低點應(yīng)力計算各點弧垂、各點應(yīng)力和風(fēng)偏角。
[0015] (5)根據(jù)各點弧垂形成安全輸電線路。
[0016] (6)根據(jù)安全輸電線路和預(yù)設(shè)的安全距離形成凈空走廊。
[0017] 步驟⑴所述：
[0018] 基本信息主要包括：安全系數(shù)Kc、年平系數(shù)Kp、破斷拉力系數(shù)。
[0019] 線路信息主要包括：電壓等級、導(dǎo)線型號、線徑、截面積、線重、彈性系數(shù)、破斷拉 力、溫度伸長系數(shù)。
[0020] 氣象信息主要包括：典型氣象和掃描作業(yè)氣象。
[0021] 掃描信息主要包括：掛點、檔距、每檔弧垂最低點位置。
[0022] 進(jìn)一步的，懸掛于兩懸掛點間的一檔導(dǎo)線，當(dāng)氣象條件發(fā)生變化，其線長隨之變 化，進(jìn)而引起應(yīng)力、弧垂變化。步驟（3)所述最低點應(yīng)力可以通過狀態(tài)方程求解。
[0024] 式中η下標(biāo)表示已知狀態(tài)，m下標(biāo)表示待求狀態(tài)。當(dāng)已知一種狀態(tài)時的應(yīng)力可利 用狀態(tài)方程求出其他狀態(tài)的應(yīng)力。導(dǎo)線的彈性系數(shù)E由廠家試驗提供數(shù)據(jù)。導(dǎo)線的溫度線 膨脹系數(shù)α由廠家試驗提供數(shù)據(jù)。
[0025] 進(jìn)一步的，當(dāng)懸掛點不等高，但高差Δ h < 10% 1時，狀態(tài)方程采用上述方程，其計 算精度可以滿足工程要求。若懸掛點高差A(yù)h > 10% 1時，則應(yīng)考慮高差影響，其狀態(tài)方程 如下：
[0027] 式中：穸為導(dǎo)線懸掛點高差角。
[0028] 進(jìn)一步的，狀態(tài)方程中的檔距為耐張段的代表檔距，其值按下式計算：
[0030] 進(jìn)一步的，步驟（4)所述導(dǎo)線上各點應(yīng)力計算：導(dǎo)線上各點的應(yīng)力是不相等的，但 它們的水平分量均相等，且等于導(dǎo)線最低點的應(yīng)力以σ c表示，其值最大不得大于最大使用 應(yīng)力，任意點應(yīng)力計算公式如下：
[0032] 其中，最大懸點應(yīng)力比最低點應(yīng)力大10%。
[0033] 進(jìn)一步的，步驟（4)所述各點的弧垂可表示為：
[0035] 式中l(wèi)a、Ib為導(dǎo)線任一點D (x，y)到懸掛點A、B的水平距離。
[0036] 進(jìn)一步的，步驟（4)所述風(fēng)偏角的計算公式為：
[0038] 式中：Gh為絕緣子串及附件的風(fēng)壓，單位N ;GV為絕緣子串及附件的重量，單位N ; Wh為電線風(fēng)力，單位N ;WV為電線自重，單位N。
[0039] 步驟3所述數(shù)據(jù)判斷可以是：
[0040] 根據(jù)三維圖像及國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)內(nèi)輸電線路運(yùn)行安全規(guī)程關(guān)于安全距離的規(guī)定， 判斷輸電線路在當(dāng)前工況下與障礙物的距離是否符合安全距離要求。
[0041] 根據(jù)三維圖像及國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)內(nèi)輸電線路運(yùn)行安全規(guī)程關(guān)于安全距離的規(guī)定， 模擬判斷輸電線路在最大工況下安全距離是否符合要求。
[0042] 步驟3所述數(shù)據(jù)判斷還可以包括：擬合當(dāng)前輸電線路，分析當(dāng)前輸電線路是否超 出安全輸電線路范圍；判斷最低點應(yīng)力是否超出最大使用應(yīng)力；判斷最大懸點應(yīng)力是否超 出安全范圍；判斷絕緣子的風(fēng)偏角是否超出安全范圍；判斷是否有異物入侵凈空走廊。
[0043] 步驟4所述預(yù)警和輸電線路安全評估方法包括：
[0044] 預(yù)警：當(dāng)步驟3得出當(dāng)前輸電線路處于不安全狀態(tài)時于三維圖像上做出預(yù)警提 示，達(dá)到警報值時發(fā)出警報。
[0045] 輸電線路安全評估方法為：結(jié)合步驟2所得三維圖形，采用步驟3數(shù)據(jù)分析和判斷 方法模擬極端氣候條件下輸電線路是否滿足安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)模擬結(jié)果形成評估報告。
[0046] 優(yōu)選的，該方法適用于超高壓或高壓輸電線路巡檢
[0047] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于激光雷達(dá)的輸電線路智能預(yù)警評估系統(tǒng)，包 括：
[0048] 輸電線路信息獲取單元：采用直升機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)獲取激光雷達(dá)點云和 光學(xué)影像數(shù)據(jù)。
[0049] 數(shù)據(jù)處理單元：包括數(shù)據(jù)分析判斷模塊和模擬模塊。
[0050] 數(shù)據(jù)儲存單元：包括實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫。
[0051] 反饋單元：包括三維圖像反饋、線路安全預(yù)警、線路安全評估報告。
[0052] 所述數(shù)據(jù)分析判斷模塊包括：
[0053] 實時數(shù)據(jù)分析：將獲取的激光雷達(dá)點云和光學(xué)影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維地貌、三維線 路圖像ig息。
[0054] 線路信息分析：調(diào)取實時數(shù)據(jù)分析部分得到的數(shù)據(jù)和基本信息、線路信息、氣象信 息和掃描信息數(shù)據(jù)形成最大工況計算信息；根據(jù)最大工況計算信息計算導(dǎo)線最低點應(yīng)力； 根據(jù)導(dǎo)線最低點應(yīng)力計算各點弧垂、各點應(yīng)力和風(fēng)偏角；根據(jù)各點弧垂形成安全輸電線路。
[0055] 線路安全分析：擬合當(dāng)前輸電線路，分析當(dāng)前輸電線路是否超出安全輸電線路范 圍；判斷最低點應(yīng)力是否超出最大使用應(yīng)力；判斷最大懸點應(yīng)力是否超出安全范圍；判斷 絕緣子的風(fēng)偏角是否超出安全范圍；判斷是否有異物入侵凈空走廊。
[0056] 所述模擬模塊通過數(shù)據(jù)分析模塊模擬極端氣候條件下輸電線路是否滿足國家和 行業(yè)內(nèi)輸電線路安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)模擬結(jié)果形成評估報告；或通過數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)安 全輸電線路及國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)內(nèi)輸電線路運(yùn)行安全規(guī)程關(guān)于安全距離的規(guī)定模擬輸電線 路凈空走廊，形成當(dāng)前輸電線路凈空走廊入侵及安全距離分析報告。
[0057] 所述線路安全預(yù)警分為兩級預(yù)警機(jī)制，其中：第一級預(yù)警為警告級，對可能出現(xiàn)危 險運(yùn)行的線路于三維線路圖像上進(jìn)行突出標(biāo)記；第二級預(yù)警為報警級，對已經(jīng)出現(xiàn)危險運(yùn) 行的線路于三維線路圖像上進(jìn)行強(qiáng)制突出顯示并發(fā)出警報。
[0058] 優(yōu)選的，該系統(tǒng)適用于超高壓或高壓輸電線路巡檢。
[0059] 本發(fā)明提供的一種基于激光雷達(dá)的輸電線路智能預(yù)警評估方法和系統(tǒng)具有如下 優(yōu)點：
[0060] 1.機(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)是一種集激光測距技術(shù)、高精度全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS)技術(shù)和高動態(tài)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System， INS)技術(shù)于一體的系統(tǒng)。結(jié)合建成的區(qū)域GPS連續(xù)跟蹤站，機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)可以直接采 集線路走廊高精度激光點云和高分辨率航空影像，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可以獲取高精度的輸電線 路走廊的三維地形地貌以及走廊中的地物空間信息，包括桿塔、掛線點位置、電線弧垂、樹 木、建筑物等。
[0061] 2.利用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)獲取的高精度三維數(shù)據(jù)，通過快速精準(zhǔn)的分析和判斷及 時發(fā)現(xiàn)和消除輸電線路隱患，提高巡檢的效率、節(jié)省巡檢成本、提高電網(wǎng)管理水平。
[0062] 3.擬合安全線路技術(shù)的運(yùn)用不僅可以快速準(zhǔn)確的判斷當(dāng)前線路存在的隱患，還可 以模擬調(diào)整線路，為消除該隱患提供可行的模擬方案，極大的節(jié)約了輸電線路管理成本。
[0063] 4.自動進(jìn)行的安全評估，以極端氣象條件為分析基礎(chǔ)，以保障輸電線路在非極端 氣象條件下的安全連續(xù)運(yùn)行。
【附圖說明】
[0064] 圖1是基于激光雷達(dá)的輸電線路智能預(yù)警評估方法的流程圖；
[0065] 圖2是基于激光雷達(dá)的輸電線路智能預(yù)警評估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0066] 實施實例
[0067] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn) 一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并