一种输电线路杆塔健康状态评估方法与流程

1.本发明提供了一种输电线路杆塔健康状态评估方法，属于杆塔健康状态评估技术领域。


背景技术：

2.输电线路杆塔是用来支撑和架空导线、避雷线和其他附件的塔架结构，使得导线与导线、导线与杆塔、导线与避雷线之间、导线对地面或交叉跨越物保持规定的安全距离的高耸式结构。它们的结构特点是各种塔型均属空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，材料一般使用q235（a3f）和q345（16mn）两种，杆件间连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成一个组合件，因此热镀锌防腐、运输和施工架设极为方便。对于呼高在60m以下的铁塔，在铁塔的其中一根主材上设置脚钉，以方便施工作业人员登塔作业。
3.采空区易造成地表沉降，使杆塔基础产生不均沉移，引起杆塔倾斜、变形、扭转。传统监测方法采用经纬仪对杆塔进行人工测量，耗费耗时耗力，且测量结果误差大，也有一些采用激光点云进行监测的技术方案，如申请号202010611089.0公开的基于激光点云的杆塔特征点自动识别及倾斜参数自动测量方法，但是其仅能实现杆塔倾斜的测量，无法对杆塔变形、扭转进行测量；如申请号202011341001.4公开的一种输电杆塔结构健康状态监测评估方法及系统，但是其主要是对杆塔的损伤进行识别的，对于杆塔的倾斜、扭转、形变无法实现全面的监测。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有对于杆塔监测误差大或不全面的问题，提出了一种输电线路杆塔健康状态评估方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种输电线路杆塔健康状态评估方法，包括如下步骤：s1：采集输电线路杆塔整体的激光点云数据；s2：数据预处理：坐标系变换，将原始点云数据进行坐标系转换；s3：杆塔提取和识别：根据转换后的坐标系，采用球心寻找法识别出杆塔上所有的点；s4：对杆塔的点云数据进行分析，提取杆塔倾斜、扭转、形变特征。
6.所述步骤s2中坐标系转换的步骤如下：在四个塔基的相同部位分别取四个基准点a1、a2、a3、a4，四个基准点位于同一平面内，以四个基准点的中心点为原点，x轴为顺线路方向，y轴为横线路方向，z轴垂直于x、y轴组成的平面竖直向上，将原始点云数据进行坐标系转换。
7.所述步骤s3中杆塔提取和识别的步骤如下：分别以四个基准点a1、a2、a3、a4为球心，以对角线的半径为做球，在球面包围的点
云数据中，找出距离圆心最远的四个点a5、a6、a7、a8，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8组成的六面体与四个球体包围的点，即为提取的杆塔点云数据，按照以上方法以a5、a6、a7、a8为球心，以对角线的半径为做球，获取杆塔所有的点。
8.在选择距离球心最远的点云时，当存在点a（4n+1）与xz平面距离时大于点a（4n-3）与xz平面距离情况时，优先选择距离xz平面最远的点，不存在上述情况时，优先选择距离xy平面最远的点。
9.所述步骤s4中杆塔倾斜分析的步骤如下：在塔基取做平面与杆塔在四个塔腿形成四个交点a1、a2、a3、a4，求出四个点的中心点o，以o点做垂直于地面的直线o-o’，以d为间距，将o-o’分割为o1-o2、o2-o3
……
，分别过o1、o2、
……
做平面与塔身交点a5、a6、a7、a8、
……
，求出o-o’与a
5-a6，a
6-a7、a
7-a8、a
8-a5的距离d1、d2、d3、d4，则o2点杆塔向顺线路方向、横线路方向偏移距离为（d1-d3）/2、（d2-d5）/2。
10.所述步骤s4中杆塔扭转分析的步骤如下：根据上述a5、a6、a7、a8与a1、a2、a3、a4进行对比，计算a
1-a3与a
5-a7、a
2-a4与a
6-a8的夹角，即可求出第一段杆塔的扭转角度，依次类推即可求出第二段、第三段的扭转角度。
11.所述步骤s4中杆塔形变分析采用领域范围重心比较法，具体步骤如下：选取历史数据作为基准，取杆塔上的任一点x，以该点为圆心，以r为半径画球，求出球形内部点的形心a，在测量数据内取与历史基准数据相同的点x’，同样以r为半径画球，求出球形内部点的形心b，比较a与b的位置信息，确定该处变形情况。
12.本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的输电线路杆塔健康状态评估方法属于数字化监测方法，对采空区输电杆塔的倾斜、变形、扭转状态进行评价。而激光点云数据具有三维空间位置信息，利用采集的输电线路激光点云数据，通过走廊划分、滤波和分类技术，快速实现输电杆塔的状态评价，能够对杆塔的倾斜、变形、扭转同时进行分析，对杆塔的健康状态进行全面评估。
附图说明
13.下面结合附图对本发明做进一步说明：图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
14.如图1所示，本发明采用激光点云数据具有三维空间位置信息，利用采集的输电线路激光点云数据，通过走廊划分、滤波和分类技术，快速实现输电杆塔的状态评价。具体步骤如下。
15.一种输电线路杆塔健康状态评估方法，包括如下步骤：s1：采集输电线路杆塔整体的激光点云数据；s2：数据预处理：坐标系变换，将原始点云数据进行坐标系转换；s3：杆塔提取和识别：根据转换后的坐标系，采用球心寻找法识别处杆塔上所有的点；s4：对杆塔的点云数据进行分析，提取杆塔倾斜、扭转、形变特征。
16.所述步骤s2中坐标系转换的步骤如下：
在四个塔基的相同部位分别取四个基准点a1、a2、a3、a4，四个基准点位于同一平面内，以四个基准点的中心点为原点，x轴为顺线路方向，y轴为横线路方向，z轴垂直于x、y轴组成的平面竖直向上，将原始点云数据进行坐标系转换。
17.所述步骤s3中杆塔提取和识别的步骤如下：分别以四个基准点a1、a2、a3、a4为球心，以对角线的半径为做球，在球面包围的点云数据中，找出距离圆心最远的四个点a5、a6、a7、a8，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8组成的六面体与四个球体包围的点，即为提取的杆塔点云数据，按照以上方法以a5、a6、a7、a8为球心，以对角线的半径为做球，获取杆塔所有的点。
18.在选择距离球心最远的点云时，当存在点a（4n+1）与xz平面距离时大于点a（4n-3）与xz平面距离情况时，优先选择距离xz平面最远的点，不存在上述情况时，优先选择距离xy平面最远的点。
19.所述步骤s4中杆塔倾斜分析的步骤如下：在塔基取做平面与杆塔在四个塔腿形成四个交点a1、a2、a3、a4，求出四个点的中心点o，以o点做垂直于地面的直线o-o’，以d为间距，将o-o’分割为o1-o2、o2-o3
……
，分别过o1、o2、
……
做平面与塔身交点a5、a6、a7、a8、
……
，求出o-o’与a
5-a6，a
6-a7、a
7-a8、a
8-a5的距离d1、d2、d3、d4，则o2点杆塔向顺线路方向、横线路方向偏移距离为（d1-d3）/2、（d2-d5）/2。
20.所述步骤s4中杆塔扭转分析的步骤如下：根据上述a5、a6、a7、a8与a1、a2、a3、a4进行对比，计算a
1-a3与a
5-a7、a
2-a4与a
6-a8的夹角，即可求出第一段杆塔的扭转角度，依次类推即可求出第二段、第三段的扭转角度。
21.所述步骤s4中杆塔形变分析采用领域范围重心比较法，具体步骤如下：选取历史数据作为基准，取杆塔上的任一点x，以该点为圆心，以r为半径画球，求出球形内部点的形心a，在测量数据内取与历史基准数据相同的点x’，同样以r为半径画球，求出球形内部点的形心b，比较a与b的位置信息，确定该处变形情况。
22.本发明对于输电线路杆塔的点云数据可以通过无人机搭载激光雷达获取，也可以通过人工手持激光雷达获取，对于获取的激光雷达的数量根据实际应用可以进行调整，选择点云数量适中的，且在进行分析之前需要对点云数据进行预处理，剔除异常值。
23.关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
24.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。