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電力: 在三維虛擬環境中監測1200公里輸電線路

在三維虛擬環境中監測1200公里輸電線路 是怎樣的“黑科技”能做到?

在輸電線路的運維中,對輸電線路周圍環境進行監測是一項重要的工作,如檢查是否有超高樹木,違章建筑、違章施工,以及有滑坡危險的地形等等。


相對于傳統人工方法,無人機以其安全性、高空“無死角”等優勢,在如今的輸電線路運維管理中起著非常重要的作用。

 

南方電網超高壓輸電公司昆明局2017年至今,使用無人機拍攝輸電線路影像,然后使用Pix4D軟件對影像進行處理,完成線路通道的三維重建,進而在三維場景中對通道內物體進行測量、評估和分析。

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△ 電力通道常見監測類型:超高樹木/違章建筑

 


從空中采集影像



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南方電網超高壓輸電公司昆明局的陶工,近幾年來一直從事無人機電力線巡檢工作,包括前期數據采集,數據處理和最后的應用分析。

 

陶工告訴我們,現在電力線往往建設在一些偏遠地區,有時候是高大的山丘,有時候則是懸崖峭壁,這使得傳統人工巡檢變得越來越困難。而且人在地面上走,視線會受上方樹木的遮擋,看不到空中電力線的全貌。而這些限制,恰恰催生了無人機巡檢的發展——無人機受地形限制較小,可以輕松上升到高空,對電力設施做到一覽無遺。

 

如今,陶工團隊使用多旋翼無人機,對云南境內超過1200公里的超高壓線路進行定期巡檢。

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△ 無人機影像采集的航線規劃


陶工說,“我們一天的工作量在15-20公里左右。拍攝電力線,需要注意一些拍攝參數——拍攝工作做好了,之后的數據處理部分就基本不需要人工干預了。”

 

比如飛行高度的控制,飛得太高會在爬升時耗用太多電量,影響實際拍攝時間;飛得太低則增加任務完成時長,并且由于電力設備本身也有一定高度,無人機的飛行高度需要預留一個安全距離。所以理想的飛行高度一般控制在150-200米之間(相對地面高度),這樣的高度也是經過計算后得到的,以保證影像中一個像素所代表的大小是小于導線寬度的。

 

由于電力線狹長的特征,飛行航線通常設置為4,重疊度為航向85%旁向90%


飛行完成以后,需要檢查一下照片質量,首先要看下有無曝光過度或不足的情況發生;其次,要看下照片上的電線有無被山上云霧遮擋。如果只有少量照片上的電線被遮擋,則不需要進行補拍,因為電線形態規律,可以后期靠其他照片上的電線模擬出缺失部分。

 


從影像到三維模型



如前所述,在無人機影像采集時控制好各項參數,并確認影像沒有問題后,數據處理就基本不需要人工干預了。所以工作人員每天晚上把數據導入到電腦,使用Pix4Dmapper進行自動處理,次日就能獲得所需要的成果,包括三維點云和正射影像鑲嵌圖。

 

對于電力通道的三維重建,精度要求優于0.5米即可。經過陶工團隊的驗證,最終三維點云精度優于0.5米,正射影像精度高于0.1米,均符合要求,并且這個精度不需要布設控制點即可達到。


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△ 輸電線路以及周圍環境以三維點云的方式呈現

 

當被問起為什么選擇Pix4D時,陶工說道:“我也了解并試用過市場上的一些其他軟件,但從成果精度軟件易用性硬件需求等方面考慮,Pix4D是最為合適的。”

 


在虛擬模型中分析真實世界



得到輸電線路通道的二維地圖和三維模型之后,工作人員會在這些成果之上進行一些測量和分析。

 

最常見的如樹障分析:超高樹木會引起放電,測量樹木與導線之間的距離后,需對不符合安全距離的樹木進行砍伐;類似的還有違章建筑分析,不符合安全距離的建筑也需要做妥善處置。


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△ 樹障分析

 

地形分析:對于建有桿塔的山坡,工作人員會根據三維模型評估其是否容易產生滑坡、滑坡量有多大;是否容易遭受雷擊,如鋪設接地網,分析該如何走線。

 

風偏校核:導線在自然風的影響下會擺動到不同的空間位置,通過模擬導線擺動的情況,再結合三維地形,可以計算出導線在不同位置時與地物間的距離關系。



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在陶工和整個團隊的不斷探索中,輸電線路監測的評估與分析工作已日漸成熟。“當然這也離不開無人機攝影測量技術的發展與無人機成本的不斷降低”陶工說,未來我們還想實現導線、桿塔的自動識別,以及電力設施與其他物體間距離的自動計算,讓整項工作變得更智能化,更簡單快捷。”


小羊,我們探測到你已超過電力線安全距離 圖片

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