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摘要：进入21世纪以来，我国科技水平发展迅速，无人机激光雷达技术被广泛应用在输电线路通道巡检中。无人机技术发展日新月异，利用先进的无人机搭载激光雷达对输电线路通道进行巡检，采用点云数据技术，对输电线路通道物征物进行提取，可以实现输电线路的真实三维重建，恢复输电通道的沿线地表形态、地表附着物、线路杆塔三维位置和模型，进而实现对建筑物、植被、交叉跨越物的距离测量，实现线路资产管理，为输电线路管理决策提供有力支撑。
关键词：无人机;激光雷达技术;输电线路;通道巡检;应用
引言
随着经济建设水平的不断提升，以及城市化建设规模的不断扩大推动下，我国的电力行业得到了快速的发展。尤其在大量现代科学技术推动下，和信息技术以及网络技术的应用，使得大量的电子电器产品涌入人们的生活，同时工业生产也逐渐实现了自动化和智能化，为电力系统带来了极大的压力。在这些因素推动下，电力行业也逐渐实现了现代化科学技术的应用，无人机技术就是电力行业利用先进技术进行输电线路通道巡检的设备与技术之一。本篇文章主要针对无人机激光雷达技术的功能以及在输电线路通道巡检当中的实际应用进行研究和分析。
1、电力无人机概述
根据无人机的机体结构，通常可将无人机分为无人直升机、多旋翼无人机和固定翼无人机三类。目前在电力巡检中都有应用，但由于三种无人机的性能特点存在较大差异，其所承担的巡检任务也有所侧重。无人直升机与传统直升机类似，但由操控人员在地面站进行操控，是早期电网无人机巡检试验方案之一。由于无人直升机体积较大，操控难度较高，存在与电力设施碰撞产生严重后果的潜在风险，且成本较高，目前已较少应用在电力巡检领域。多旋翼无人机由多个旋翼产生升力，通过改变各个旋翼的转速控制飞行器的姿态，具有小巧灵活、垂直起降、精准悬停的优点，但机动性和飞行高度较低，负载较小，续航时间短。因此，在架空线路巡检中，多旋翼无人机通常负责小范围精细作业，或杆塔精细化建模等任务。固定翼无人机依靠螺旋桨或涡轮发动机提供前进动力，由机翼与空气的相对运动产生升力，其巡航速度快，续航时间长，但起降需要跑道，且无法悬停。在架空线路巡检中，固定翼通常负责大范围、有较高航程要求的任务。除此之外，还有结合固定翼与多旋翼的复合翼无人机，兼具垂直起降、精准悬停与巡航速度快的优点，在灾后应急等恶劣复杂环境的应用场景中极具潜力，但在电力巡检领域尚未有大范围落地应用。从功能来说，无人机在电力巡检中所扮演的角色主要为遥感承载平台。
2、输电巡检存在的问题
现在城乡各处的电力网是保障电力传输的基础设施。我国电网建设规模已跃居世界首位，在我国多变的气候条件与复杂的地形地貌的情况下，保障中国超大规模的网络运行是一个艰巨的任务。
目前，电网巡检主要是人巡+机巡模式，人工巡检人力成本过高，对巡检工人来说，危险系数也较高。巡检人员需要携带专业设备深入高山峡谷，甚至深山老林，爬上几十米高的铁塔，开展电网巡检工作，碰上恶劣天气，依然要坚持在巡检一线，在巡检过程中，一旦发生高空坠落或触电等意外事故，后果不堪设想。机巡模式改变了以往人工巡检的费时费力，但是飞手的培养需要时间与成本，加上每个飞手的操作技术问题，“炸机率”也一直居高不下。而且每个飞手的拍照距离、拍照角度与每基塔的拍照位置等人工误差问题，也使得机巡模式成本过高。
巡检班组人员通过使用无人机提高巡检效率，但是新的工作方式也带来了新的挑战。巡检人员需要长时间控制无人机飞行，这对于基层班组人员的无人機操作技能要求可不低。“炸机”“撞塔”等事故的发生也随着机巡业务的扩大而与日俱增。同一条线路在两个技术熟练度不同的飞手飞过以后也可能产生迥异的巡视结论。行业迫切需要更加智能、更加安全、更加可控的巡检作业方式。降低无人机操作门槛，降低人员经验对于巡检工作的影响，进一步提升机巡作业效率，是各个供电人不断追求的目标。
3、无人机激光雷达技术在输电线路通道巡检中的应用
3.1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。
3.2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。
3.3激光雷达探测技术
激光雷达探测技术是向探测对象发射激光信号，激光信号将探测对象的信息反射回来后，与原来的发射信号进行对比分析，经过处理以后可以获得探测对象的位置、距离、方位、速度及形状等参数。激光雷达技术使用激光束进行探测，可以获得很高的分辨率，并同时跟踪多个目标，速度分辨率可以达到10m/s以内。激光雷达探测技术的隐蔽性好、抗干扰能力强，激光发射系统的口径比较小，可接受区域比较小，所以其他干扰信号不容易进入接收机。激光雷达探测器可以实现零高度工作，即便距离比较近的物体也可以实现探测。激光雷达探测系统使用的设备体积小、质量轻，适合无人机线路巡视要求。激光雷达探测技术可以获取高精度、高密度云空间数据信息，并利用高分辨率的数码相机进行摄影，然后利用计算机软件提取相机的数据信息，建立三维模型，然后发现电力线路故障位置、距离和方向，提高线路巡检的工作效率和质量，不需要巡检人员一一对线路进行巡检，就可以完成巡检的工作任务。
结语
综上分析，无人机激光雷达技术数据精度高，无论地形、树高、杆塔模型、电线弧垂及交叉跨越，都可以最大限度实现电网在电脑中的数字化再现。不仅能够获取线路缺陷，且能对缺陷的位置进行准确的空间定位，确定线路与走廊地物的空间关系，传统影像信息无法获得这类信息;可以检测线路间、线路与地面、线路与邻近植被的距离，确定建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范，并进行输电线路磁场干扰分析和安全范围等分析;配置符合运行规程的检测参数，全自动进行危险地物（特别是树木、交叉跨越）检查、报警，并输出检测结果表，为沿线的植被管理、植被生长预测、制订植被砍伐计划提供依据;结合在杆塔上安装的温度、湿度、风速、覆冰下弧垂变化等监控设备传回的数据，可以在三维数字化电网基础上进行各种电力分析，为输电线路管理决策提供有力支撑。
参考文献
[1]陈景尚.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].科技创新与应用，2019，（2）：158-159.
[2]李 根，潘 镇.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].建筑工程技术与设计，2019，（5）：2738.
关键词：无人机;激光雷达技术;输电线路;通道巡检;应用
引言
随着经济建设水平的不断提升，以及城市化建设规模的不断扩大推动下，我国的电力行业得到了快速的发展。尤其在大量现代科学技术推动下，和信息技术以及网络技术的应用，使得大量的电子电器产品涌入人们的生活，同时工业生产也逐渐实现了自动化和智能化，为电力系统带来了极大的压力。在这些因素推动下，电力行业也逐渐实现了现代化科学技术的应用，无人机技术就是电力行业利用先进技术进行输电线路通道巡检的设备与技术之一。本篇文章主要针对无人机激光雷达技术的功能以及在输电线路通道巡检当中的实际应用进行研究和分析。
1、电力无人机概述
根据无人机的机体结构，通常可将无人机分为无人直升机、多旋翼无人机和固定翼无人机三类。目前在电力巡检中都有应用，但由于三种无人机的性能特点存在较大差异，其所承担的巡检任务也有所侧重。无人直升机与传统直升机类似，但由操控人员在地面站进行操控，是早期电网无人机巡检试验方案之一。由于无人直升机体积较大，操控难度较高，存在与电力设施碰撞产生严重后果的潜在风险，且成本较高，目前已较少应用在电力巡检领域。多旋翼无人机由多个旋翼产生升力，通过改变各个旋翼的转速控制飞行器的姿态，具有小巧灵活、垂直起降、精准悬停的优点，但机动性和飞行高度较低，负载较小，续航时间短。因此，在架空线路巡检中，多旋翼无人机通常负责小范围精细作业，或杆塔精细化建模等任务。固定翼无人机依靠螺旋桨或涡轮发动机提供前进动力，由机翼与空气的相对运动产生升力，其巡航速度快，续航时间长，但起降需要跑道，且无法悬停。在架空线路巡检中，固定翼通常负责大范围、有较高航程要求的任务。除此之外，还有结合固定翼与多旋翼的复合翼无人机，兼具垂直起降、精准悬停与巡航速度快的优点，在灾后应急等恶劣复杂环境的应用场景中极具潜力，但在电力巡检领域尚未有大范围落地应用。从功能来说，无人机在电力巡检中所扮演的角色主要为遥感承载平台。
2、输电巡检存在的问题
现在城乡各处的电力网是保障电力传输的基础设施。我国电网建设规模已跃居世界首位，在我国多变的气候条件与复杂的地形地貌的情况下，保障中国超大规模的网络运行是一个艰巨的任务。
目前，电网巡检主要是人巡+机巡模式，人工巡检人力成本过高，对巡检工人来说，危险系数也较高。巡检人员需要携带专业设备深入高山峡谷，甚至深山老林，爬上几十米高的铁塔，开展电网巡检工作，碰上恶劣天气，依然要坚持在巡检一线，在巡检过程中，一旦发生高空坠落或触电等意外事故，后果不堪设想。机巡模式改变了以往人工巡检的费时费力，但是飞手的培养需要时间与成本，加上每个飞手的操作技术问题，“炸机率”也一直居高不下。而且每个飞手的拍照距离、拍照角度与每基塔的拍照位置等人工误差问题，也使得机巡模式成本过高。
巡检班组人员通过使用无人机提高巡检效率，但是新的工作方式也带来了新的挑战。巡检人员需要长时间控制无人机飞行，这对于基层班组人员的无人機操作技能要求可不低。“炸机”“撞塔”等事故的发生也随着机巡业务的扩大而与日俱增。同一条线路在两个技术熟练度不同的飞手飞过以后也可能产生迥异的巡视结论。行业迫切需要更加智能、更加安全、更加可控的巡检作业方式。降低无人机操作门槛，降低人员经验对于巡检工作的影响，进一步提升机巡作业效率，是各个供电人不断追求的目标。
3、无人机激光雷达技术在输电线路通道巡检中的应用
3.1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。
3.2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。
3.3激光雷达探测技术
激光雷达探测技术是向探测对象发射激光信号，激光信号将探测对象的信息反射回来后，与原来的发射信号进行对比分析，经过处理以后可以获得探测对象的位置、距离、方位、速度及形状等参数。激光雷达技术使用激光束进行探测，可以获得很高的分辨率，并同时跟踪多个目标，速度分辨率可以达到10m/s以内。激光雷达探测技术的隐蔽性好、抗干扰能力强，激光发射系统的口径比较小，可接受区域比较小，所以其他干扰信号不容易进入接收机。激光雷达探测器可以实现零高度工作，即便距离比较近的物体也可以实现探测。激光雷达探测系统使用的设备体积小、质量轻，适合无人机线路巡视要求。激光雷达探测技术可以获取高精度、高密度云空间数据信息，并利用高分辨率的数码相机进行摄影，然后利用计算机软件提取相机的数据信息，建立三维模型，然后发现电力线路故障位置、距离和方向，提高线路巡检的工作效率和质量，不需要巡检人员一一对线路进行巡检，就可以完成巡检的工作任务。
结语
综上分析，无人机激光雷达技术数据精度高，无论地形、树高、杆塔模型、电线弧垂及交叉跨越，都可以最大限度实现电网在电脑中的数字化再现。不仅能够获取线路缺陷，且能对缺陷的位置进行准确的空间定位，确定线路与走廊地物的空间关系，传统影像信息无法获得这类信息;可以检测线路间、线路与地面、线路与邻近植被的距离，确定建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范，并进行输电线路磁场干扰分析和安全范围等分析;配置符合运行规程的检测参数，全自动进行危险地物（特别是树木、交叉跨越）检查、报警，并输出检测结果表，为沿线的植被管理、植被生长预测、制订植被砍伐计划提供依据;结合在杆塔上安装的温度、湿度、风速、覆冰下弧垂变化等监控设备传回的数据，可以在三维数字化电网基础上进行各种电力分析，为输电线路管理决策提供有力支撑。
参考文献
[1]陈景尚.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].科技创新与应用，2019，（2）：158-159.
[2]李 根，潘 镇.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].建筑工程技术与设计，2019，（5）：2738.