机载激光点云输电线路巡检关键技术研究EI北大核心CSCD

输电线路作为电网系统的重要组成部分,承载着国民生产和生活所需电力能源的运输命脉,对其运行状态安全巡检及风险监测一直是电网运营管理部门关注的重点。机载激光雷达(light detection and ranging)能够快速获取高精度、高密度的输电线路三维空间信息——点云数据,弥补了传统人工地面巡检效率低下、精度不高的缺陷,已成为输电线路智能化巡检研究的新型技术手段。尽管国内外学者开展了大量的激光雷达电力巡检工程试验和理论研究并取得了显著的进展,但相关研究仍存在算法普适性不够高、信息挖掘和应用不够全面等问题。因此,论文聚焦激光点云输电线精细提取、激光点云输电线模型重建、输电线工况模拟和状态监测等关键技术开展研究。主要研究内容和结论如下。     

无人机输电线路测量点云自动分类与快速巡检

本文基于无人机激光点云数据进行输电线路特征对象的分类提取与快速巡检,首先对多无人机平台通过空中测量的手段获取得到的数据进行了对比分析,然后针对固定翼无人机激光点云数据进行杆塔、导线、植被和地面的自动分类与提取,并进行导线修复,最后得到当前工况安全距离检测报告.结果 表明,固定翼无人机激光雷达系统一方面可以进行输电线路快速巡检,精准地判别输电线路危险点;另一方面可以为自动驾驶精细化巡检作业提供基础航线点云数据,具有较高的实际应用价值.     

输电线路风偏模拟分析系统研究

采用激光点云、数据高程、高清影像等技术,构建了输电线路工况模拟分析模型,设计开发了输电线路风偏模拟分析系统。在系统中实时集成第三方环境参数,通过输电线路风偏工况模拟分析,对超过安全阈值的输电线路进行定位、预警和预报,为输电线路的自动化巡检和隐患智能预警分析提供了技术支撑和科学决策依据。     

多系统融合精密单点定位在机载雷达电力线巡检中的应用

通过无人机搭载激光雷达(LiDAR)测量系统进行电力线巡检实验,提出了一种基于多系统精密单点定位(PPP)的机载LiDAR电力线巡检方法,重点分析了基站差分、单系统PPP、多系统融合PPP三种处理策略生成POS数据的方法,并利用江苏省中北部采集的机载雷达数据及人工布设的控制点结果进行验证. 实验结果表明:三种方法得到的POS数据均方根误差(RMSE)均在0.016 m以内,与单系统PPP相比,多系统PPP在高程方向提高了12%,在东(E)方向提高了21%,在北(N)方向提高了17%,文中提出的方法生成三维(3D)点云数据精度较高,生成的点云数据精度满足精细电力线巡检的要求.      

基于激光点云的架空线路工况模拟研究与应用

通过激光雷达设备获取的输电线路通道高精度三维激光点云,可获取输电通道内地物的实时状态,对于通道环境的实时监测意义重大;但目前利用激光点云数据进行不同气象条件下导线弧垂状态模拟的研究仍较少.基于此,结合架空导线的力学分析、几何分析,详细阐述了利用激光点云数据进行工况模拟的原理与方法;选取某植被茂密区500 kV输电线路进...     

无人机低空摄影构建影像点云的线路巡检方法

针对当前架空输电线路人工巡检方法存在的劳动强度大、条件艰苦、危险性高且效率低等问题,提出了一种基于无人机低空摄影构建影像点云的输电线路巡检方法。首先阐述了总体技术路线,研究了架空线路无人机影像拍摄方法、航线敷设方法及山区变高飞行航高设计方法,然后利用影像数据进行电力线量测及重建、线路通道场景三维重建以及架空线路障碍物探测,通过试验案例详细对本文方法进行精度分析。试验结果证明,该方法仅依靠低成本设备即可实现可靠的线路巡检,大大降低了现有输电线路的巡检成本,提升树障检测的质量和效率,能保证线路安全运维。     

无人机载LiDAR系统在电力线巡检中的应用

直升机载LiDAR由于投入成本高及人员风险大,导致其在电力线巡检应用受到一定限制。随着无人机平台在电力线巡检的成功应用及LiDAR设备的小型化,促使无人机载LiDAR集成技术逐步成熟,弥补了直升机平台的不足。无人直升机搭载LiDAR系统通过获取高精度三维点云数据,进行线路模型重建和危险点检测等。本文利用瑞士产的Dragon-50无人直升机和美国GL-70 LiDAR设备进行系统集成,对山东邹川线500 k V进行了巡检飞行,成功获取了激光点云数据,达到了预期效果,为无人机载LiDAR系统在电力巡检应用的推广提供了参考依据。     

激光雷达在输电线路巡检中的关键技术及应用

介绍了激光雷达在输电线路巡检中的关键技术,总结了点云精细分类和三维重建的方法并探讨了未来研究方向,归纳了激光雷达在线路巡检中的具体应用,可为相关行业提供参考.     

基于PDA的电力设施数据采集与线路巡检系统的设计与实现

电力设施的数据采集是实现电力系统信息化管理的基础,输电线路巡检管理是有效保证输电线路及其设备安全的一项基础工作。文中将嵌入式电子地图与GPS、PDA等集成为一个系统,设计开发了基于PDA的电力设施数据采集与线路巡检系统,该系统采用模块化的设计思想,使程序具有可移植性,增强了程序的使用价值。实际应用表明该系统可有效满足巡检工作的要求。     

特高压输电线路通道三维可视化系统的实现

智能巡检技术的飞速发展可有效提高直升机、无人机、机器人及各类智能终端巡检高压输电线路的运维水平、提高工作效率、减小劳动强度.本文利用智能终端平台搭载的激光雷达扫描系统获取特高压输电线路上的激光雷达点云和光学影像数据,在激光扫描技术、三维可视化术及大数据分析等技术融合的基础上,在三维全景平台上融合航检数据,建立输电线路通道管控系统,全面提升输电通道的管理水平.     

基于精密单点定位技术的机载POS定位精度分析

首先介绍了POS系统定位原理和精密单点定位的原理、数学模型,然后结合湖南某区六架次直升机航摄获得的惯导轨迹数据,对精密单点定位与多基站事后差分解算结果进行比较及定位精度分析,结果表明:精密单点定位相对于多基站事后差分定位在水平方向、高程方向可分别达到10 cm左右的相对精度。可为困难地区无基站航摄提供有益参考。     

Real-time registration of airborne laser data with sub-decimeter accuracy

This paper presents a methodology for the precise registering of airborne laser data directly in flight with an accuracy that is sufficient for the majority of derived products, such as digital terrain models. We first present the strategy that integrates GPS/INS/LiDAR data for generating laser point clouds directly in flight and analyzes their accuracy. The latter requires the implementation of a functional covariance propagation on-line for all the system components (i.e. trajectory, laser, system calibration) to which influences of scanning geometry are added at the end of a flight line. The study of scanning geometry necessitates the classification of vegetation and coarse estimation of the terrain normal. This is achieved by a method that we formerly proposed for off-line quality analysis. The second part of the paper focuses on the positioning component. In high resolution scanning performed close to the terrain, the absolute accuracy of the resulting point cloud depends mainly on the quality of the trajectory which is related to the type of GPS solution (e.g. absolute positioning, DGPS, RTK). To reach sub-decimeter accuracy for the point cloud in the real-time, an RTK-GPS solution is needed. This requires the establishment of a communication link for the transmission of GPS corrections (or measurements). We analyze the usability of RTK-GPS/ALS acquired during several flights using different communication methods in the particular context of helicopter based missions. We focus mainly on the exploitation of nation-wide reference GNSS networks and confirm experimentally that the real-time registration of airborne laser data is feasible with sub-decimeter accuracy. Such quality is sufficient not only for a wide range of applications, but it also opens new opportunities for monitoring missions that require a short reaction time. Finally, we concentrate on situations when the phase and code corrections cannot be transmitted, and the quality of the differential carrier-phase positioning needs to be predicted. We validate the previously introduced indicators of positioning quality by simulated degradation of the input data.     

机载激光点云中高压电塔自动识别方法

提出了一种基于格网特征的机载激光点云高压电塔自动识别方法。首先对机载激光点云数据进行滤波去噪处理;然后对点云数据进行规则格网化特征分析获得高压电塔粗识别区域;最后对粗识别区域进行外接邻域网格线性特征悬空点集检测以确定电塔识别结果,并以分层切片法分析获取电塔平面中心坐标。采用大型无人机实际线路巡检获取的机载点云数据对本文算法进行验证,试验结果表明本算法可实现高压电塔的快速自动识别,对无人机电力巡检智能诊断具有一定的促进作用。     

利用卷积神经网络进行绝缘子自动定位

提出一种基于二值化赋范梯度特征和卷积神经网络的航空影像绝缘子自动定位方法。首先利用二值化赋范梯度分类器提取绝缘子候选窗口,而后利用卷积神经网络算法进行精细识别,获得包含绝缘子目标的窗口集,最后对高重叠度窗口集进行加权迭代合并得到最终绝缘子定位结果。采用广东电网大型无人机实际线路巡检获取的可见光影像对自动定位算法进行验证,实验结果表明,在复杂背景下绝缘子整体回调率为90.5%,定位精度为92%,证明该方法能够对复杂背景下可见光影像中的绝缘子进行有效识别定位,且算法通用性较强,可适应不同背景的可见光影像。     

面向Z-5无人直升机航测的测绘质量检查体系及实证

基于无人直升机开展应急测绘具有重要意义,但目前缺乏针对无人直升机航摄系统的测绘质量检查体系及量化指标。本文提出基于Z-5无人直升机及配套航摄系统的测绘质量检查体系,包含数字航空摄影成果检查、空三加密成果检查和数字正射影像成果检查,并明确重要指标的量化数据。通过实际飞行验证,结果表明,Z-5无人直升机航摄系统能够满足应急测绘精度要求,其中4项内容可以进一步提高量化指标阈值,满足更为精准的无人机测绘要求。     

无人机倾斜摄影测量土方计算及精度评定

无人机倾斜摄影技术的不断发展为土方测量中存在的受地形限制,费时耗力等问题提供了解决途径。本文详细阐述了结合PhotoScan软件进行无人机倾斜摄影土方计算的方法,介绍了点云分类方法与非地面点高程值修正方法。通过对地面控制点、点云分类方法和非地面点高程等因素进行分析,提出了地面控制点布设优化三原则,并利用RTK土方计算结果对无人机倾斜摄影测量土方计算结果进行精度分析。结果表明：利用无人机倾斜摄影技术进行土方计算,不仅能够简化内外业工作流程,降低生产成本,同时,通过对地面控制点布设、点云分类方法和非地面点高程改进方法等影响因素进行优化,还能够在一定程度上提高土方计算的精度。     

多尺度特征和马尔可夫随机场模型的电力线场景点云分类法

及时、准确地监测电力线安全可以预防危险情况的发生。本文以机载点云为研究对象,提出了一种基于随机森林后验概率的马尔可夫随机场模型,用于电力线场景的点云分类。首先结合空间金字塔理论构建多尺度视觉分类特征以此描述空间点及其邻域的几何形状信息;接着利用随机森林分类器描述观测数据的概率分布,基于马尔可夫随机场模型建立顾及上下文信息的先验概率,从而构建一个多标记能量函数;最后利用多标记图割技术最小化能量函数完成分类标签优化。利用直升机巡线系统和小型无人机巡线系统获取的LiDAR点云数据来验证本文提出的模型。试验结果表明,该模型能够有效地分类场景中的电塔、电力线和植被且总分类正确率得到98%以上。与其他分类方法相比,本文提出的模型总体精度更高,尤其是电塔的分类优势明显。     

无人车平台激光点云中线特征提取

随着无人平台的应用越来越广泛,由激光点云提取线特征构建高精度特征地图已成为研究的重点。本文基于深度图像中的二维线特征,提出了一种新的几何模型对其进行优化,得到准确的三维线特征,并使用贝叶斯滤波对多帧结果进行融合,提高了三维再线特征的精度和准确率。     

基于移动基准站的舰船系统试验数据处理方法研究

针对舰船系统试验基准数据处理利用GNSS定位数据通过固定基准站差分解算后再获得相对关系解算的不足,分析该方法面临的难题及难以满足远距离大航区试验的现实问题,提出基于载波相位实时动态差分处理的移动基准站解算方法。在研究GNSS差分定位原理基础上,结合经典载波相位双差方法,通过单历元实时差分,建立无固定基准站的相对数据解算模型。基于采集的实测数据,分析基线解算精度,验证所提出方法在舰船系统试验基准数据处理中的可行性和质量效果。