本發(fā)明涉及電網(wǎng)智能巡檢，具體涉及一種基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)和電網(wǎng)數(shù)字化的快速發(fā)展，電力巡檢行業(yè)迎來(lái)了需求與功能的升級(jí)。電網(wǎng)主架網(wǎng)干結(jié)構(gòu)逐漸完善，電網(wǎng)建設(shè)正加速向配網(wǎng)側(cè)輻射及整體電網(wǎng)數(shù)字化改造轉(zhuǎn)移。同時(shí)，大規(guī)模的智能電網(wǎng)建設(shè)使得存量運(yùn)營(yíng)的電力規(guī)模巨大，需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)化、智能化的維護(hù)和管理。此外，國(guó)內(nèi)電力能源結(jié)構(gòu)也在發(fā)生轉(zhuǎn)變，以風(fēng)電和光伏為核心的綠電市場(chǎng)建設(shè)持續(xù)增長(zhǎng)，這也對(duì)電力巡檢提出了更高的要求。

2、在這樣的背景下，電力巡檢的意義顯得尤為重要。電力巡檢能夠及時(shí)了解輸電桿塔、電力線(xiàn)的狀態(tài)及與自然植被、地物的三維關(guān)系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患問(wèn)題并進(jìn)行修復(fù)問(wèn)題，從而運(yùn)營(yíng)輸電桿塔、電力線(xiàn)的安全可靠性，減少機(jī)器故障，避免引起火災(zāi)、停電等事故。這不僅有助于保障電力設(shè)備的正常運(yùn)行，還能確保電力生產(chǎn)和供應(yīng)過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性，為工業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行和社會(huì)發(fā)展提供有力支撐隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電力巡檢正在逐步實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化。輕小型無(wú)人機(jī)技術(shù)快速更迭，為電力巡檢帶來(lái)了全新的解決方案。無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)能夠快速完成大范圍的巡檢任務(wù)，具有高效、靈活的特點(diǎn)。通過(guò)搭載激光雷達(dá)設(shè)備，無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線(xiàn)路走廊的高精度測(cè)量和建模，為電力巡檢提供詳細(xì)的三維地形地貌信息。通過(guò)輕小型無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)，可以快速獲取電力場(chǎng)景的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以生成樹(shù)障分析、弧垂分析、交跨分析等分析報(bào)告。針對(duì)報(bào)告中的隱患危險(xiǎn)區(qū)域再進(jìn)行人工實(shí)地核查。

3、然而分析報(bào)告生成流程繁瑣，主流方案需要從激光雷達(dá)系統(tǒng)中拷貝原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)解譯軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，生成可以查看及操作的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，錄入桿塔臺(tái)賬信息后，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割、分類(lèi)，最后通過(guò)軟件進(jìn)行工況分析，生成分析報(bào)告，計(jì)算機(jī)再連接打印裝置，打印生成紙質(zhì)版，裝訂入庫(kù)。整個(gè)流程需要大量繁瑣步驟，效率嚴(yán)重不足。

4、此外，特別的是，針對(duì)部分處于特殊區(qū)域的電網(wǎng)（如處于高原山區(qū)的高原電網(wǎng)、處于沙漠地區(qū)的大跨度高壓電網(wǎng)、處于海島區(qū)域的沿海電網(wǎng)，以及處于森林密集區(qū)域或大片山區(qū)的電網(wǎng)等），受其自然環(huán)境限制（如氣候及地形限制），導(dǎo)致其運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，存在較多的通信條件惡劣或遮擋物密集或自然災(zāi)害頻發(fā)的巡檢區(qū)域，巡檢難度較高，電網(wǎng)故障難以排查，這對(duì)巡檢準(zhǔn)確度提出了較高的要求；并且，處于惡劣環(huán)境中的電網(wǎng)，若出現(xiàn)故障問(wèn)題，在惡劣環(huán)境的催化下，其演變?yōu)榇笮途€(xiàn)路故障或火災(zāi)事故的幾率及速度均會(huì)更高，這對(duì)巡檢結(jié)果的反饋及時(shí)度提出了較高的要求。而現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)巡檢裝置還不能充分滿(mǎn)足上述要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電力巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，簡(jiǎn)化電網(wǎng)巡檢及數(shù)據(jù)分析報(bào)告生成流程，能夠大幅提升電網(wǎng)隱患核查效率，使得電網(wǎng)異常能夠被更早排查、更快消除，有助于降低電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下基礎(chǔ)方案。

3、方案一

4、基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，包括無(wú)人機(jī)，所述無(wú)人機(jī)上設(shè)有激光雷達(dá)、影像模塊、通訊模塊和數(shù)據(jù)分析模塊；所述無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航線(xiàn)執(zhí)行巡檢任務(wù)；所述激光雷達(dá)用于采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述影像模塊用于采集圖像數(shù)據(jù)；

5、所述通訊模塊與云端處理中心建立通信連接；所述通訊模塊用于將無(wú)人機(jī)的原始軌跡數(shù)據(jù)上傳至云端處理中心，并接收自云端處理中心回傳的post軌跡數(shù)據(jù)，并再傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊；

6、所述數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)嵌入有實(shí)時(shí)工況分析算法，且所述數(shù)據(jù)分析模塊的每秒數(shù)據(jù)處理量大于無(wú)人機(jī)的采集數(shù)據(jù)量，所述實(shí)時(shí)工況分析算法為多線(xiàn)程算法；所述實(shí)時(shí)工況分析算法包括：基于post軌跡數(shù)據(jù)，解譯點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并為點(diǎn)云數(shù)據(jù)賦色；同時(shí)，進(jìn)行點(diǎn)云分類(lèi)，并基于點(diǎn)云分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行工況分析，并將工況分析結(jié)果輸出為工況分析報(bào)告。

7、方案二

8、基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析方法，采用如方案一所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，進(jìn)行電網(wǎng)巡檢及電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析。

9、本發(fā)明的工作原理及優(yōu)點(diǎn)在于：

10、本方案通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)及其激光雷達(dá)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單改進(jìn)，能夠使得常規(guī)僅用作采集任務(wù)的無(wú)人機(jī)，能夠同步執(zhí)行采集任務(wù)與分析任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，從根源上簡(jiǎn)化電網(wǎng)巡檢及數(shù)據(jù)分析報(bào)告生成流程，能夠大幅提升電網(wǎng)隱患核查效率，使得電網(wǎng)異常能夠被更早排查、更快消除，有助于降低電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

11、特別的是，本方案克服了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法在飛行過(guò)程中完成實(shí)時(shí)工況分析的技術(shù)難點(diǎn)。具體地，一是，在現(xiàn)有技術(shù)方案中，無(wú)人機(jī)所采集到的原始數(shù)據(jù)無(wú)法直接用于工況分析，需要解析、轉(zhuǎn)換等處理后才能進(jìn)行解算。二是，在現(xiàn)有技術(shù)方案中，受到硬件限制，飛行軌跡與點(diǎn)云數(shù)據(jù)解算無(wú)法做到多線(xiàn)程實(shí)時(shí)解譯，需采集完成后首先完成飛行軌跡解譯，再基于飛行軌跡解譯pos數(shù)據(jù)后，再在工作站中進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)解譯與數(shù)據(jù)分析報(bào)告生成等操作（即需要計(jì)算機(jī)搭載專(zhuān)用解析軟件對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯后，方可進(jìn)行工況分析），整體流程無(wú)法多線(xiàn)程同步于數(shù)據(jù)采集進(jìn)行。

12、針對(duì)于此，第一，本方案通過(guò)設(shè)置通訊模塊，聯(lián)合云端處理中心能夠?qū)o(wú)人機(jī)所采集到的原始軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到工況分析所需的post軌跡數(shù)據(jù)，以發(fā)送到數(shù)據(jù)分析模塊中進(jìn)行實(shí)時(shí)解譯。通過(guò)云端數(shù)據(jù)互聯(lián)，避免了傳統(tǒng)的基于完整數(shù)據(jù)拷貝——特定軟件分析的繁瑣流程，為實(shí)時(shí)工況分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。第二，本方案通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)分析模塊，集成微型計(jì)算機(jī)并在其中嵌入實(shí)時(shí)工況分析算法，并使得數(shù)據(jù)分析模塊的每秒數(shù)據(jù)處理量大于無(wú)人機(jī)的采集數(shù)據(jù)量，可確保數(shù)據(jù)一旦被獲取，就能即時(shí)進(jìn)入處理流程，無(wú)延遲反饋，具備實(shí)時(shí)性。并且，其中，實(shí)時(shí)工況分析算法為多線(xiàn)程算法，能夠同步處理多線(xiàn)程任務(wù)，采用并行計(jì)算框架處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，每一步都可在獨(dú)立線(xiàn)程中運(yùn)行，大大縮短了從原始數(shù)據(jù)到可用信息的轉(zhuǎn)化時(shí)間，達(dá)到實(shí)時(shí)工況分析效果的同時(shí)，還能夠滿(mǎn)足不同的工況分析報(bào)告制定需求，高效完成不同類(lèi)型工況分析報(bào)告的生成。

技術(shù)特征：

1.基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，包括無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述無(wú)人機(jī)上設(shè)有激光雷達(dá)、影像模塊、通訊模塊和數(shù)據(jù)分析模塊；所述無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航線(xiàn)執(zhí)行巡檢任務(wù)；所述激光雷達(dá)用于采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述影像模塊用于采集圖像數(shù)據(jù)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，所述云端處理中心在接收到原始軌跡數(shù)據(jù)后，進(jìn)行軌跡解析，同時(shí)將解析完成的軌跡數(shù)據(jù)以*post格式文件返回至通訊模塊，進(jìn)而完成post軌跡數(shù)據(jù)的回傳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，所述基于post軌跡數(shù)據(jù)，解譯點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并為點(diǎn)云數(shù)據(jù)賦色，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，在對(duì)影像模塊中采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，參照下式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，在進(jìn)行點(diǎn)云分類(lèi)前，還預(yù)先進(jìn)行點(diǎn)云去噪；所述點(diǎn)云去噪包括采用多元統(tǒng)計(jì)離群點(diǎn)檢測(cè)算法進(jìn)行去噪處理；所述多元統(tǒng)計(jì)離群點(diǎn)檢測(cè)算法的計(jì)算式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，在進(jìn)行點(diǎn)云分類(lèi)時(shí)，基于隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)分類(lèi)，通過(guò)原始訓(xùn)練集對(duì)特征進(jìn)行訓(xùn)練，投票決定最優(yōu)分類(lèi)策略；所述原始訓(xùn)練集包括預(yù)分類(lèi)并標(biāo)記的數(shù)據(jù)塊及線(xiàn)路對(duì)應(yīng)的桿塔臺(tái)賬信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，在進(jìn)行點(diǎn)云分類(lèi)時(shí)，基于飛行軌跡進(jìn)行分段，每飛行10米生成一個(gè)數(shù)據(jù)塊；以數(shù)據(jù)塊和桿塔臺(tái)賬坐標(biāo)作為隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入；所述桿塔臺(tái)賬坐標(biāo)包括桿塔的經(jīng)緯度坐標(biāo)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，所述工況分析報(bào)告包括實(shí)時(shí)工況樹(shù)障分析報(bào)告、實(shí)時(shí)工況樹(shù)傾倒分析報(bào)告、實(shí)時(shí)工況弧垂分析報(bào)告、實(shí)時(shí)工況交跨分析報(bào)告、實(shí)時(shí)工況下導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離分析報(bào)告、工況風(fēng)偏模擬報(bào)告、實(shí)時(shí)工況相間距分析報(bào)告、實(shí)時(shí)工況超高分析報(bào)告、工況覆冰分析報(bào)告。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，其特征在于，在實(shí)時(shí)工況樹(shù)傾倒分析報(bào)告中，通過(guò)識(shí)別單棵樹(shù)木，模擬樹(shù)木倒伏過(guò)程，計(jì)算樹(shù)木在倒伏過(guò)程中與電力線(xiàn)、絕緣子、下導(dǎo)線(xiàn)、引流線(xiàn)之間的安全距離，以形成報(bào)告；

10.基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析裝置，進(jìn)行電網(wǎng)巡檢及電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電網(wǎng)智能巡檢技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況分析方法及裝置，包括無(wú)人機(jī)，所述無(wú)人機(jī)上設(shè)有激光雷達(dá)、影像模塊、通訊模塊和數(shù)據(jù)分析模塊；所述無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航線(xiàn)執(zhí)行巡檢任務(wù)；所述激光雷達(dá)用于采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述影像模塊用于采集圖像數(shù)據(jù)；所述通訊模塊用于將無(wú)人機(jī)的原始軌跡數(shù)據(jù)上傳至云端處理中心，并接收自云端處理中心回傳的PosT軌跡數(shù)據(jù)，并再傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊；所述數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)嵌入有實(shí)時(shí)工況分析算法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)電力巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，簡(jiǎn)化電網(wǎng)巡檢及數(shù)據(jù)分析報(bào)告生成流程，能夠大幅提升電網(wǎng)隱患核查效率，使得電網(wǎng)異常能夠被更早排查、更快消除，有助于降低電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：杜永永,熊杰,李倩竹,黃宇航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21