一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，涉及以采用光学方法为特征的计量设备用于计量长度、宽度或厚度技术领域。包括以下步骤：获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据；对所述导线点云数据进行数据处理，建立导线坐标系，提取出导线特征点数据；基于所述导线坐标系建立所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程；基于所述导线特征点数据采用非线性最小二乘法拟合求解出所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程。本发明专利技术精度高，且可以计算任意位置处的导线弧垂。

A high precision method for sag detection of overhead transmission line

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法
本专利技术涉及以采用光学方法为特征的计量设备用于计量长度、宽度或厚度
，尤其涉及一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法。
技术介绍
弧垂是指在平坦地面上，相邻两基电杆上导线悬挂高度相同时，导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。在架空输电线路施工放样、工程验收、运维和增容评估等工作中，导线弧垂是必须考虑的重要因素，弧垂过小，输电导线的拉应力就大，导线振动现象加剧，安全系数减小，导线强度要求提高；弧垂过大，导线对地或对交跨物安全距离变小，需要加高塔架以确保安全，此时势必增加工程投资。因此在实际电力工程建设、运维、改造工作中，经常需要对导线弧垂进行测量,以确保导线弧垂满足要求，从而保证输电线路安全运行。常规导线弧垂测量通常采用经纬仪或全站仪进行测量，测量时首先需要选择合适的测量站点架设测量仪器，然后肉眼瞄准输电导线上的观测点获取测量数据，通过计算获得导线弧垂值。测量站点的不同选择对应着三种弧垂测量方法：档端法、档内法、档外法，此三种方法对观测场地、视线、角度等条件均要求较高，对于地处高山峻岭、沟壑纵横等复杂环境地区的架空输电导线弧垂往往很难进行测量。而且上述方法通常只能获得导线最低点处的概略弧垂。同时由于输电导线受风荷振动导致瞄准难度大，测量精度低，因此测量作业往往强度大、效率低。公开号为CN109458936A的中国专利技术“一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法”提供了一种基于激光点云数据的输电线路弧垂精确测量方法，包括首先扫描输电线路，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。该专利技术方法可快速、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。该方法精度不高，且未公开如何具体的计算出该相邻杆塔之间的线路的弧垂数值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种精度高，可以获得导线任意位置的弧垂的高精度的架空输电导线弧垂检测方法。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，包括以下步骤：S1.获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据；S2.对所述导线点云数据进行数据处理，建立导线坐标系，提取出导线特征点数据；S3.基于所述导线坐标系建立所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程；S4.基于所述导线特征点数据采用非线性最小二乘法拟合求解出所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程。进一步地，所述步骤S1中采用三维激光扫描仪获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据。进一步地，所述步骤S1中采用三维激光扫描仪和免棱镜全站仪获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据。进一步地，所述步骤S1中还包括以下步骤：架设免棱镜全站仪获取两个悬挂点及两个标靶的坐标；架设三维激光扫描仪进行扫描，扫描时先获取两个标靶坐标，再进行全景扫描获取所述架空输电导线的导线点云数据。进一步地，所述步骤S2中所述数据处理包括点云数据配准、降噪、抽稀、图像数据处理和彩色点云制作。进一步地，所述步骤S2中建立导线坐标系为以其中一个悬挂点为坐标原点，以水平方向为x轴，以铅直向上为y轴。进一步地，所述悬链线方程为所述弧垂方程为其中，σ0为导线上各点应力的水平分量，γ为作用于该导线的荷载，H为两悬挂点高差，L为两悬挂点档距，a为坐标原点的悬挂点到导线最低点的水平距离，h为坐标原点的悬挂点到导线最低点高差值。进一步地，所述步骤S4中，采用非线性最小二乘信赖域迭代算法拟合求解出所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术采用三维激光扫描仪和免棱镜全站仪获取架空输电导线的点云数据，对测量环境要求底，适应的工作环境范围更广；工作人员外业测量工作方式较为简单，可在输电导线档中间任意设站；工作人员外业强度小，无需肉眼瞄准输电导线，避免因导线振动而瞄不准的情况；作业方法先进，测量效率高；2.本专利技术获取了测量周期内不同瞬时点的导线点云数据，采用非线性最小二乘法拟合求解，对风力等因素导致导线振动带来的误差影响具有一定的削弱作用，测量精度高；数据获取精度高，计算数学模型严谨，保证所得的输电导线弧垂精度高；3.本专利技术构建了导线的悬链线方程和弧垂方程，可以计算任意位置处的导线弧垂，测量密度大，应用范围广，可以在输电线路施工放样、工程验收、安全运维、增容评估、导线力学研究等工作中广泛使用。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术方法流程示意图；图2为本专利技术外业测量示意图；图3为本专利技术点云数据获取示意图；图4为本专利技术点云数据示意图；图5为本专利技术弧垂计算流程示意图；图6为本专利技术输电导线示意图；图7为本专利技术导线微元受力图示意图；图8a为本专利技术悬链线方程拟合示意图；图8b为本专利技术悬链线方程残差示意图；图9为本专利技术导线弧垂函数示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。实施例：如图1-9所示为一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，包括以下步骤：S1.采用三维激光扫描仪或采用三维激光扫描仪和免棱镜全站仪获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据。对于短测程三维激光扫描仪，可采用与免棱镜全站仪结合的方法进行测量，对于长测程的三维激光扫描仪则无需免棱镜全站仪，只需三维激光扫描仪即可。是否需要免棱镜全站仪以三维激光扫描仪能否一站获得输电导线档最低点导线及悬挂点点云数据为判断依据。对于短测程三维激光扫描仪，外业情况如附图2所示，首先架设免棱镜全站仪获取悬挂点A、B及标靶t1、t2的坐标，再架设三维激光扫描仪进行扫描。扫描时先获取标靶t1、t2坐标并存至测站，再进行全景扫描以获取输电导线点云数据。免棱镜全站仪的作用是获取悬挂点坐标，并以免棱镜全站仪的坐标系作为三维激光扫描仪的坐标系。测量时准确记录气象参数，包括温度、风速、气压、湿度等。架空输电导线点云数据采集是通过三维激光扫描仪对需要检测弧垂的导线档进行三维扫描测量，获取输电导线及导线悬挂点的三维空间数据。点云数据采集流程包括作业准备、控制测量、扫描站及靶标布测、点云数据采集、纹理图像采集、外业数据检查、数据导出备份等。S2.对所述导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，其特征在于:包括以下步骤：/nS1.获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据；/nS2.对所述导线点云数据进行数据处理，建立导线坐标系，提取出导线特征点数据；/nS3.基于所述导线坐标系建立所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程；/nS4.基于所述导线特征点数据采用非线性最小二乘法拟合求解出所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，其特征在于:包括以下步骤：
S1.获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据；
S2.对所述导线点云数据进行数据处理，建立导线坐标系，提取出导线特征点数据；
S3.基于所述导线坐标系建立所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程；
S4.基于所述导线特征点数据采用非线性最小二乘法拟合求解出所述架空输电导线的悬链线方程和所述架空输电导线的弧垂方程。


2.根据权利要求1所述的一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，其特征在于:所述步骤S1中采用三维激光扫描仪获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据。


3.根据权利要求1所述的一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，其特征在于:所述步骤S1中采用三维激光扫描仪和免棱镜全站仪获取一条所述架空输电导线在测量周期内不同瞬时点的导线点云数据。


4.根据权利要求3所述的一种高精度的架空输电导线弧垂检测方法，其特征在于:所述步骤S1中还包括以下步骤：
架设免棱镜全站仪获取两个悬挂点及两个标靶的坐标；
架设三维激光扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁永生，何金铭，张健，田景忠，蔺永强，
申请(专利权)人：内蒙古蒙能建设工程监理有限责任公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15