基于无人机监测的特高压输电线路放电预警方法技术

一种基于无人机监测的特高压输电线路放电预警方法，利用无人机拍摄目标测量区域的航空影像，生成三维点云和数字模型后，输出对应的数字正射影像DOM和数字表面模型DSM，利用基于数字模型的障碍物高度提取方法和基于点云信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值，根据障碍物高度值、获取的地面基准数据来验证障碍物高度值精度，将精度最高的障碍物高度值作为最终障碍物高度计算值，对交直流输电线路和障碍物进行建模，通过基于有限元法的计算，确定输电线路和障碍物之间的最小安全距离，根据最终障碍物高度计算值、输电线路的高度值和最小安全距离值，产生对应的输电线路放电预警信息，使电力检修人员根据输电线路放电预警信息对输电线路作出相应处理。预警信息对输电线路作出相应处理。预警信息对输电线路作出相应处理。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机监测的特高压输电线路放电预警方法


[0001]本专利技术涉及无人机监测及高电压工程领域，尤其是涉及一种基于无人机监测的特高压输电线路放电预警方法。

技术介绍

[0002]在输电线路的安全运行中，过高的障碍物会对电网的安全运行造成威胁，引发跳闸、放电等事故,因此快速、准确的对输电走廊中的障碍物高度进行估测能够提早发现输电线路运行隐患，对于保障电力供应具有重要意义。
[0003]当前测量障碍物高度的方式可以分为传统测量和遥感反演等方法。传统的高度测量主要依赖人工使用测高仪或者激光测距仪等来进行，人力成本较高，工作效率低，且测量精度受仪器质量和人为因素等影响。而现阶段的遥感反演技术，如正在发展中的极化干涉合成孔径雷达反演技术(Pol
‑
InSAR)虽能够大面积反演障碍物高度，但是大部分都还处于实验阶段，实际应用中精度方面不够高；机载激光雷达和地基雷达等能够较为精确的提取障碍物高度，但其成本较高，大范围测定一般需要多次采集,机载激光雷达会造成高昂的费用。而近年来兴起的无人机遥感具有低成本、高分辨率、操作便捷、采集周期灵活等特点，在地形测绘、农业生产等领域已有较为广泛应用。目前利用无人机提取地面障碍物高度的方法主要分为基于数字模型的提取和基于点云提取两种。因此需要对这两种主流的无人机提取树高方法进行有效的精度验证使其满足要求。
[0004]此外，在输电线路安全运行方面，国内有关标准在确定架空线路与障碍物的最小安全距离时，多以最大过电压间隙来考虑。近年来，因注意到在强电场下出现了由于障碍物过高导致输电线路发生放电事故的的现象，一些国内的标准和文献开始将电场效应也作为确定架空线路与障碍物最小安全距离的依据。国外一般也以满足送电线路的安全运行来确定架空线路与障碍物的最小安全距离。由于我国是世界上第一个研究、建设特高压工程的国家，国外没有该电压等级线路与障碍物之间距离的规定。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种基于无人机监测的特高压输电线路放电预警方法，利用该方法来及时实现对输电线路放电的预警。
[0006]一种基于无人机监测的特高压输电线路放电预警方法，包括以下步骤：
[0007]地面基准数据获取：利用全站仪对目标测量区域内不同障碍物的高度进行测量；
[0008]无人机航片数据获取与处理：利用无人机拍摄目标测量区域的航空影像，采用软件对航空影像进行处理，生成三维点云和数字模型后，输出对应的数字正射影像DOM和数字表面模型DSM；
[0009]障碍物高度值计算：分别利用基于数字模型的障碍物高度提取方法和基于点云信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值；
[0010]确定最终障碍物高度计算值：根据障碍物高度值、获取的地面基准数据来验证障
碍物高度值精度，并将精度最高的障碍物高度值作为最终障碍物高度计算值；
[0011]输电线路最小安全距离值计算：对不同电压等级下的交直流输电线路和选取的目标障碍物进行建模，通过基于有限元法的计算，确定输电线路和目标障碍物之间的最小安全距离值；
[0012]输电线路放电预警：根据与目标障碍物对应的最终障碍物高度计算值、输电线路的高度值和最小安全距离值，产生对应的输电线路放电预警信息，以使电力检修人员根据输电线路放电预警信息对输电线路作出相应处理。
[0013]由上述技术方案可知，本申请利用全站仪对目标测量区域内障碍物高度进行测量，在进行测量的同时区分障碍物种类以获得地面基准数据，利用利用无人机拍摄目标测量区域的航空影像，采用软件对航空影像进行处理，生成三维点云和数字模型后，输出对应的数字正射影像DOM和数字表面模型DSM，分别利用基于数字模型的障碍物高度提取方法和基于点云信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值，根据障碍物高度值、获取的地面基准数据来验证障碍物高度值精度，并将精度最高的障碍物高度值作为最终障碍物高度计算值，对不同电压等级下的交直流输电线路和障碍物进行建模，通过基于有限元法的计算，确定输电线路和障碍物之间的最小安全距离值，根据最终障碍物高度计算值、输电线路的高度值和最小安全距离值，产生对应的输电线路放电预警信息，以使电力检修人员根据输电线路放电预警信息对输电线路作出相应处理，极大的减小了巡视成本。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的流程图。
[0015]图2是本专利技术实施例中以测量区内数字地表模型DSM减去数字高程模型DEM相减得到的数字模型。
[0016]图3是本专利技术实施例中通过对CHM进行圆形邻域分析得到的树木顶点提取结果图。
[0017]图4是本专利技术实施例中的树木障碍物的点云图。
[0018]图5是本专利技术实施例中以基于CHM的树木障碍物高度提取值与全站仪测量的真值进行比较的精度对比图。
[0019]图6是本专利技术实施例中以基于CHM的树木障碍物提取值与全站仪测量的真值进行比较的绝对误差图。
[0020]图7是本专利技术实施例中基于两种方法提取的树木障碍物高度与与全站仪测量的真值进行比较的总体精度对比图。
[0021]图8是本专利技术基于有限元仿真计算直流离子流场的步骤流程图。
[0022]图9是本专利技术基于仿真得出的电场强度计算结果确定目标障碍物与输电线路最小安全距离的流程图。
具体实施方式
[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本申请的技术方案作进一步具体的说明。这有助于公众理解本专利技术，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本专利技术技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本专利技术的技术方案所限定的保护范围。
[0024]一种基于无人机监测的输电线路放电预警方法，包括以下步骤：
[0025]地面基准数据获取：利用全站仪对目标测量区域内障碍物高度进行测量，在进行测量的同时区分障碍物种类。在本步骤中，全站仪使用尼康全站仪(
±
(2+2ppm
×
D)mm)，用悬高测量的方法从不同方向测量并记录，最后取平均值作为实测高度；在进行测量的时候需要对障碍物进行分类，障碍物分类包括但不限于树木或是建筑物，为方便说明，后续以树木障碍物为例进行说明。
[0026]无人机航片数据获取与处理：利用无人机拍摄目标测量区域的航空影像，采用软件对航空影像进行处理，生成三维点云和数字模型后，输出对应的数字正射影像DOM和数字表面模型DSM。在本步骤中，所用无人机型号为大疆PHANTOM4RTK，搭载一体化云台相机；影像采集时间为下午,天气状况为晴天，微风，为了能够生成足够的点云密度提高提取的精度，设置实验的飞行高度为80m，航向重叠率为85％，旁向重叠率为75％，并用载波相位差分技术RTK测量航片控制点坐标；采用Pix4D软件处理航拍影像，由于光照，风向气流等因素会影响航摄效果，导致影像产生信息缺失和几何畸变，因此在处理前先检查并剔除无效影像，接下来使用Pix4D软件对航拍影像进行处理，首先使用之前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机监测的输电线路放电预警方法，包括以下步骤：地面基准数据获取：利用全站仪对目标测量区域内不同障碍物的高度进行测量；无人机航片数据获取与处理：利用无人机拍摄目标测量区域的航空影像，采用软件对航空影像进行处理，生成三维点云和数字模型后，输出对应的数字正射影像DOM和数字表面模型DSM；障碍物高度值计算：分别利用基于数字模型的障碍物高度提取方法和基于点云信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值；确定最终障碍物高度计算值：根据障碍物高度值、获取的地面基准数据来验证障碍物高度值精度，并将精度最高的障碍物高度值作为最终障碍物高度计算值；输电线路最小安全距离值计算：对不同电压等级下的交直流输电线路和选取的目标障碍物进行建模，通过基于有限元法的计算，确定输电线路和目标障碍物之间的最小安全距离值；输电线路放电预警：根据与目标障碍物对应的最终障碍物高度计算值、输电线路的高度值和最小安全距离值，产生对应的输电线路放电预警信息，以使电力检修人员根据输电线路放电预警信息对输电线路作出相应处理。2.根据权利要求1所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法，其特征在于：“利用基于数字模型的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值”具体为：将测量区内数字地表模型DSM及数字高程模型DEM相减得到用于反应障碍物高度的变化的数字模型，通过对数字模型进行邻域分析计算得到障碍物高度值，根据障碍物的特征，使用圆形邻域来进行分析，焦点统计得到邻域内的最大值为待定顶点，结合正射影像图删去错误的“顶点”后将障碍物的高度信息提取出来以获得第一障碍物高度值。3.根据权利要求1所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法，其特征在于：“利用点云信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值”具体为：首先对三维点云进行滤波去噪，以防止孤立噪声点影响提取结果；圈定预定的范围提取出目标障碍物的点云，范围里包括地面点云和障碍物点云，并且尽可能排除其他无关物体的干扰，为提取所需障碍物高度做准备；根据点云高度值的数量分布将地面点云和障碍物点云区分开，使用地面点云的平均值来代替高程，取障碍物点云最高点作为障碍物顶点，最后减去地面高程即为所测障碍物的第二障碍物高度值。4.根据权利要求3所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法，其特征在于：选择利用点云信息的障碍物高度提取方法获取对应第二障碍物高度值作为最终障碍物高度计算值。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法，其特征在于：“输电线路最小安全距离值计算：对不同电压等级下的交直流输电线路和障碍物进行建模，通过基于有限元法的计算，确定输电线路和障碍物之间的最小安全距离值”的步骤具体为：建立三维高压输电线路仿真模型，利用有限元软件进行求解计算，计算交流输电线路下方、不同类型的且指定了输入高度值及输入位置值的目标障碍物的表面的最大的电场强度；根据障碍...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝金鹏，杨凯，王博，伍弘，房子祎，吴波，王羽，潘元进，刘威峰，李泽成，马云龙，田天，闫振华，张庆平，江伟民，周秀，田禄，云明轩，沙伟燕，黄达，张昊琛，马飞越，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：