一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法与流程

本发明涉及电力系统监控技术领域，特别涉及一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法。

背景技术：

输电线路弧垂是线路安全运行的主要指标，线路运行负荷和周围环境的变化都会造成线路弧垂的变化。当架空线受到应力过大时，线路弧垂减小，杆塔受力增大，易于引起断线事故，架空线的安全系数降低；而架空线受到应力过小则会使弧垂增加，不仅需要加高杆塔造成浪费，而且容易使导线因风摆和覆冰下垂等原因引起事故发生，危及人身安全。因此，在架空输电线路运行中，常常需要测量架空输电线路的弧垂大小，保证架空输电线路弧垂的大小处于设计规定的范围内。

目前测量输电线路弧垂的方法有：(1)经纬仪测角法；(2)通过图像分辨测量弧垂；(3)通过应力测量弧垂。这些测量方法或者存在需要测量的数据过多、测量过程繁琐的问题，或者是通过人工观测测量，存在测量精度较低，测量方法适用性差等问题。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法，解决如何能够快速、精确的测量导线弧垂，减小人工测量的工作量，提高工作效率的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列的设计结构以及设计方案：一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法，首先扫描输电线路，获得输电线路的激光点云数据；然后对获得的激光点云数据进行预处理，并进行数据分类，分离出两两相邻杆塔之间的点云分类数据作为一个单独的输电线路的点云数据；并从两两相邻杆塔之间的点云分类数据中获取任一两相邻杆塔之间的线路的两个挂点a和b的点云数据，连接挂点a和b之间，得到挂点模拟直线l；最后分两相邻杆塔高度相同和高度不同两者情况计算出该相邻杆塔之间的线路的弧垂数值。

进一步地，通过输电线路激光点云数据，结合计算机技术测量导线弧垂，所述输电线路弧垂精确测量方法包括如下步骤：

步骤1：扫描输电线路，获得输电线路的激光点云数据；

步骤2：对步骤1获得的数据进行预处理，并进行数据分类，分离出两两相邻杆塔之间的点云分类数据作为一个单独的输电线路的点云数据；

步骤3：从步骤2的所述两两相邻杆塔之间的点云分类数据中获取任一两相邻杆塔之间的线路的两个挂点a和b的点云数据，连接挂点a和b之间，得到挂点模拟直线l；

步骤4：当两相邻杆塔高度相同时，挂点模拟直线l与该相邻杆塔之间输电线路的导线最低点之间的距离为该相邻杆塔之间的线路的弧垂数值；而当两相邻杆塔高度不同时，首先在两相邻杆塔之间的水平面上间隔一定距离分别取若干点，将这些点在竖直方向向上延伸成虚拟线，所述虚拟线会与该相邻杆塔之间输电线路的导线及挂点模拟直线l分别相交，然后分别计算出各个交点的坐标值(x，y，z)，最后，将同一条虚拟线上的所述挂点模拟直线l上的值与与之相对应的所述输电线路的导线上的值进行逐一比较计算，获得的最大差值即为该相邻杆塔之间的线路的弧垂数值。

进一步地，所述水平面为两相邻杆塔之间的水准平面。

进一步地，步骤1中使用激光雷达设备对输电线路进行扫描。

进一步地，所述两个挂点a和b之间的连线为直线。

本发明提出的一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法，只需要扫描出杆塔之间输电线路的导线及杆塔点云数据，无论任何地形环境，都可快速计算出导线弧垂数值，不但计算精度高，同时避免了繁重的工作量。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：(1)传统的经纬仪测角法、通过图像分辨测量弧垂、通过应力测量弧垂测量过程非常繁琐复杂，不容易掌握，且需要处理的数据量大，非常耗时耗力，而本发明只需要导线和杆塔点云数据，即可快速完成弧垂计算，去除了繁琐的操作过程；(2)激光雷达点云数据精度和分辨率高，因此避免了传统方法因设备和人为因素造成的误差，大大提高了计算结果精度；(3)传统的测量方法受地形和环境等因素影响大，存在着适用性差的问题，而激光雷达则适用于各种环境，即便对于地形复杂的山区等环境，仍然可以进行扫描采集点云数据，适用范围广；(4)同时本发明还可以最大的保证人身安全和节约成本。

附图说明

图1是本发明方法实施例1的杆塔示意图。

图2是本发明方法实施例2的杆塔示意图。

其中图中标记为，1-地面；2-甲塔；3-乙塔；4-水平面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例中，甲塔2和乙塔3为两相邻塔杆，a为甲塔2上的导线挂点，b为乙塔3上的导线挂点，l为导线挂点a与导线挂点b之间的挂点模拟直线l，地面1为实际地面，zmax为相邻杆塔甲塔2和乙塔3之间的线路的弧垂数值，水平面4为甲塔2与乙塔3之间的水准平面，c1、c2、c3…cn为虚拟线与甲塔2和乙塔3之间输电线路的导线之间的交点，d1、d2、d3…dn为虚拟线与挂点模拟直线l之间的交点，g1、g2、g3…gn为水平面4上间隔某一相同距离的点，其中，n为相应点的个数。

本发明的基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法，首先，使用激光雷达设备对输电线路进行扫描，将扫描获得的输电线路的激光点云数据经过定塔、分块、分类等预处理工作，再经过人工交互，修改错误的分类，完成精细分类，分离出两两相邻杆塔之间的点云分类数据作为一个单独的输电线路的点云数据。

其次，通过上述获得的点云数据可识别出绝缘子串和导线，从而可确定两相邻塔杆的挂点，如确定了甲塔2和乙塔3为两相邻塔杆，确定了甲塔2上的导线挂点a，乙塔3上的导线挂点b，并可获得导线挂点a和导线挂点b的(x，y，z)信息。

然后，将导线挂点a与导线挂点b用直线连接起来，生成模拟连接直线l。

之后，分两种情况对弧垂进行计算。

实施例1

如图1所示，在平原地区，甲塔2和乙塔3高度相同，甲塔2和乙塔3都设置在地面1上，模拟连接直线l上任意点的高程值与导线挂点a和导线挂点b的高程值均相等，此时只需要计算甲塔2和乙塔3之间导线最低点的高程值与导线挂点a和/或导线挂点b的高程值之间的差值，即可得出甲塔2和乙塔3之间的线路的弧垂数值。

假设，导线挂点a和导线挂点b的高程值为t，甲塔2和乙塔3之间导线最低点的高程值为p，将t与p求差计算获取zmax，即为甲塔2和乙塔3之间的线路的弧垂数值。

实施例2

如图2所示，当处于山区地形时，甲塔2和乙塔3高度不同。

首先在甲塔2和乙塔3之间的水平面4上间隔一米的距离分别取点，甲塔2和乙塔3之间水平距离为20米，分别定义为g1、g2、g3…g20。

然后将g1、g2、g3…g20点在竖直方向上向上延伸生成20条虚拟线。所述虚拟线首先与甲塔2和乙塔3之间输电线路的导线相交，对应的交点分别为c1、c2、c3…c20，然后所述虚拟线再分别与挂点模拟直线l相交，对应的交点分别为d1、d2、d3…d20。接着，根据各点的点云数据，分别计算出c1、c2、c3…c20的(x，y，z)值、d1、d2、d3…d20的(x，y，z)值和g1、g2、g3…g20的(x，y，z)值。

最后，将d1、d2、d3…d20点对应的(x，y，z)值与c1、c2、c3…c20点对应的(x，y，z)逐一计算比较，获得的最大差值zmax即为甲塔2和乙塔3之间的线路的弧垂数值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。