一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法与流程

本发明涉及输电辅助，具体涉及一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法。

背景技术：

1、高压线路运行维护是构建坚强电力智能物联网的重要一环，直接影响到电网可靠性。高压线路线路长，经过区域地形复杂，当线路出现随机性故障时，依靠传统的人工运维方法，难以快速获得故障点，需要建立高效的运维方法，提高高压线路的运维效率，尤其是故障自主发现方面。

2、无人飞行器的快速发展，使得搭载数据扫描设备及在线处理设备成为可能，考虑通过结合时间、气流、空间等因素，即时得到高压线路杆塔及导地线的模型，在线获得无人飞行器的相对运动轨迹，结合人工智能算法，实时对高压线路进行运维，及时发现异常情况，提高高压线路的运行可靠性。

3、现有技术的缺陷和不足：

4、目前高压线路出现故障后，需要快速找到故障点，传统的运维方式主要依靠人工检查，这种方法时间长，工作效率低下。

5、近年来引入了无人机对高压线路进行运维，但仍旧需要仍人工操作，受到人为、环境因素影响大。虽然解决了远距离步行问题，一定程度上提高了工作效率，但仍旧需要大量的后期工作，且无法实时得到结果。

6、利用三维建模建立精细化巡检模型，也只能对线路杆塔进行运维，在运维过程中只能利用前期建立的航线，适应性差。当杆塔因外界因素导致位置将会出现随机性扰动，前期建立的飞行轨迹随之失效。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，依据数字孪生技术得到模型，结合气流、气温、湿度等因素，分析空间中各个目标点的受力情况，预测高线线路的位移，得到无人飞行器的相对飞行轨迹。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，具体步骤如下：

4、step1、建立环境数字孪生模型；利用无人飞行器搭载激光扫描雷达对所属区域进行扫描，结合环境照片，进而重构rgb数字孪生模型，便于识别模型中物体；

5、step2、通过受力分析，进而得到物体移动速度；利用step1建立的三维模型，结合气流、温度、湿度，获得空间中的杆塔和导地线的受力函数，得到目标物体移动速度；

6、step3、计算得到目标物体的振动幅度；利用step2计算得到的目标移动速度，预测目标运动方向和轨迹，得到目标随时间振动幅度；

7、step4、获得无人飞行器的运动轨迹；利用step1模型及step3振动函数，得到目标物体的移动轨迹；

8、step5、采集图像数据，并分析识别结果；利用无人飞行器搭载的图像采集设备均匀且连续的获得数据，利用深度学习和机器学习方法对采集的数据进行分析；辨识高压线路异常位置，对识别的结果进一步分析，最后将图像、经纬度进行回传。

9、上述的step2的具体步骤为：

10、利用step1建立的模型[x,y,z]：

11、

12、结合气流f、温度t环温、湿度s、红外设备测得的目标温度t，获得空间中的杆塔和导地线的受力函数f，f0是目标自身内部所受到的作用力，λ是一定范围内导线随温度变化的系数，最后利用受力函数，得到目标物体移动速度v：

13、

14、上述的step3中，利用step2获得的目标移动速度v，得到目标振动幅度f4(χ,t)随时间的变化规律：

15、f4(χ,t)＝f3(v,t)。

16、上述的step4中，假设当前无人飞行器位置为[xi,yi,zi]，利用step1模型及step3振动函数，得到与目标物体距离最近的位置[xp,yq,zr]：

17、

18、结合空间移动方向ξ，得到移动轨迹f5(xp,yq,zr,ξ,t)。

19、上述的step5中，利用无人飞行器搭载的图像采集设备均匀且连续的获得数据，利用深度学习、机器学习等方法对采集的数据进行分析，由于经过人工智能算法识别的结果是一个初步结果，产生的为rgb图像，需要对结果进行验证，辨识高压线路异常位置：

20、假设图像自身和尺度空间分别为i(x,y)和l(x,u,σ)，σ为尺度空间坐标，经过卷积计，那么尺度空间计算公式为：

21、

22、图像分层计算公式为：o＝[log2min(m,n)]-3，m、n为图像的长和宽，利用o创建图像金字塔，利用高斯差分公式进行计算：

23、

24、对于检测到的极值点x0(x0,y0,z0)t，做三元二阶泰勒展开：

25、

26、则对应的极值点：

27、

28、计算出的极值点存在噪声，需要将其去除，γ为经验值：

29、

30、在得到每个极值点后，统计以该特征点所在的高斯图像的尺度的1.5倍为半径的圆内的所有的像素的梯度方向及其梯度幅值，确认图像的方向性，最后与系统内的基础数据进行比对，将识别率高于80％的数据纳入正确识别的范围。

31、本发明提供的一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，具有如下有益效果：

32、(1)解决了依靠人工寻找高压线路故障的盲目性，利用无人飞行器所建立的运维系统提高了工作效率，并解决了目标移动的随机性问题。

33、(2)在数字孪生模型中利用人工智能方法进行辨识，即时获得结果，有效解决传统方法中需要前期建立模型及后期逐步识别的问题。

技术特征：

1.一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，其特征在于，所述的step2的具体步骤为：

3.根据权利要求2中所述的一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，其特征在于，所述的step3中，利用step2获得的目标移动速度v，得到目标振动幅度f4(χ,t)随时间的变化规律：

4.根据权利要求3中所述的一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，其特征在于，所述的step4中，假设当前无人飞行器位置为[xi,yi,zi]，利用step1模型及step3振动函数，得到与目标物体距离最近的位置[xp,yq,zr]：

5.根据权利要求4中所述的一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，其特征在于，所述的step5中，利用无人飞行器搭载的图像采集设备均匀且连续的获得数据，利用深度学习、机器学习等方法对采集的数据进行分析，由于经过人工智能算法识别的结果是一个初步结果，产生的为rgb图像，需要对结果进行验证，辨识高压线路异常位置：

技术总结
一种基于数字孪生技术的高压线路智能运维方法，包括：Step1、建立环境数字孪生模型；Step2、通过受力分析，进而得到物体移动速度；Step3、计算得到目标物体的振动幅度；Step4、获得无人飞行器的运动轨迹；Step5、采集图像数据，并分析识别结果；最后将图像、经纬度进行回传。解决了依靠人工寻找高压线路故障的盲目性，利用无人飞行器所建立的运维系统提高了工作效率，并解决了目标移动的随机性问题。在数字孪生模型中利用人工智能方法进行辨识，即时获得结果，有效解决传统方法中需要前期建立模型及后期逐步识别的问题。

技术研发人员：龚俊,卞小霞,文宗滈,刘阳,夏钰杰,赵丹洋
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20