基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法与流程

1.本发明涉及基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法。


背景技术：

2.目前，输电线路档距测量主要使用经纬仪或全站仪，通过近似测量的方法测得档距，该方法主要存在以下问题：
3.1.测量精度不足
4.使用经纬仪或全站仪测量得到的数据，经过弧垂公式计算得到的弧垂大小是一个近似值，对于大档距的线路，该弧垂与设计弧垂大小误差可达1米；而对于小档距(如200米以下的孤立档)线路，弧垂大小非常小，无法使用经纬仪或全站仪进行测量，故使用人工爬塔挂设驰度板进行测量，完全依靠人力目测，费时费力，测量误差非常大。
5.2.测量条件要求高
6.目前经纬仪或全站仪进行弧垂测量主要使用档端法、档外法和档内法，受地形影响大，严重影响到测量效率；对于复杂地形无法进行档端法测量时，需要使用档外法和档内法进行测量，不仅测量、计算方法复杂，而且误差进一步变大。
7.3.智能化程度不高
8.随着无人机在输电线路中的普及应用，无人机将在以后的验收工作中得到更广泛的应用，弧垂测量作为验收工作中的重要一环，一直采用的是经纬仪或全站仪进行人工测量方法，受人员素质影响大，因此需要提高弧垂测量的智能化，实现弧垂的无人机测量工作。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，能够有效解决现有输电线路弧垂测量精度不足的问题。
10.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，包括以下步骤：
11.步骤一、确定需要测量的两座电缆杆塔；
12.步骤二、利用搭载三维激光点云扫描仪的无人机，对两座杆塔及两座杆塔之间的输电线路进行三维激光扫描，得到相应点云数据；
13.步骤三、利用步骤二中的点云数据，进行三维重建，得到输电线路模型；
14.步骤四、将步骤三中得到的输电线路模型导入几何画板进行分析，以一端的杆塔的相挂点作为原点，建立坐标系，测量出另一个上相挂点的横坐标，选取档距中点，测量弧垂大小；
15.步骤五、从步骤四中几何画板上测量出，水平档距l、两个杆塔相挂点横纵坐标的长度d和几何画板上弧垂长度h，则实际弧垂长度f＝l*h/d。
16.优选的，在步骤二获得相应点云数据后，需要对点云数据噪声去除、数据精简、平
滑处理和数据配准。
17.优选的，所述步骤三中，用三角网格法对点云数据进行三维重建。
18.与现有技术相比，本发明的优点是：
19.1.提高弧垂测量精确度
20.使用无人机激光点云模型测量方法针对大档距线路测量弧垂误差仅为10cm左右，大大小于经纬仪或全站仪接近40cm的测量数据误差，提升了弧垂测量精度；同时，针对小档距的线路人工爬塔挂设驰度板，本测量方法能更准确地测出弧垂大小，克服了小档距线路无法使用经纬仪或全站仪测量的难题。
21.2.测量方便，无需复杂计算
22.无需携带沉重的仪器设备寻找合适的观测位置，可以直接在山脚起飞进行激光扫描，省时省力，在提高精确性的同时降低了工作强度，提高了工作效率；无需复杂计算公式，只需分析模型图片，进行简单的乘除计算即可得到准确的弧垂大小。
23.3.提高输电线路智能化水平
24.提高了输电线路智能化水平，填补了人工进行弧垂测量这一不足之处，探索出一个无人机工作新的发展方向，为输电线路智能化打下夯实基础。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，包括以下步骤：
27.步骤一、确定需要测量的两座电缆杆塔；
28.步骤二、利用搭载三维激光点云扫描仪的无人机，对两座杆塔及两座杆塔之间的输电线路进行三维激光扫描，得到相应点云数据；获得相应点云数据后，需要对点云数据噪声去除、数据精简、平滑处理和数据配准；
29.步骤三、利用步骤二中的点云数据，用三角网格法对点云数据进行三维重建，得到输电线路模型；
30.步骤四、将步骤三中得到的输电线路模型导入几何画板进行分析，以一端的杆塔的相挂点作为原点，建立坐标系，测量出另一个上相挂点的横坐标，选取档距中点，测量弧垂大小；
31.步骤五、从步骤四中几何画板上可以测量出，水平档距l、两个杆塔相挂点横纵坐标的长度d和几何画板上弧垂长度h，则实际弧垂长度f＝l*h/d。
32.在具体应用中，例如根据测量得到的数据：水平档距l＝704.29米，两个杆塔相挂点横纵坐标的长度d＝1.3967米，几何画板弧垂长度h＝0.0695米。根据计算公式计算几何画板单位长度x:
33.x＝l/d＝704.29/1.3967＝504.25
34.根据测量计算得到的数据：单位长度x＝504.25，几何画板测得弧垂长度h＝0.0695米。根据计算公式计算实际弧垂f：
35.f＝x*h＝504.25*0.0695＝35.045米，
36.因此，通过分析测得该档弧垂f为35.045米。
37.使用经纬仪现场进行实测，得到弧垂大小为35.33米；计算设计弧垂结果为34.94米；三维建模计算得弧垂35.045米。经纬仪误差为39cm，三维建模误差为11cm，三维建模精确性优于经纬仪。
38.相较于传统的经纬仪或全站仪测量弧垂，使用无人机激光点云模型测量方法针对大档距线路测量弧垂误差仅为10cm左右，大大小于经纬仪或全站仪接近40cm的测量数据误差，提升了弧垂测量精度；同时，针对小档距的线路人工爬塔挂设驰度板，本测量方法能更准确地测出弧垂大小，克服了小档距线路无法使用经纬仪或全站仪测量的难题。
39.无需携带沉重的仪器设备寻找合适的观测位置，可以直接在山脚起飞进行激光扫描，省时省力，在提高精确性的同时降低了工作强度，提高了工作效率；无需复杂计算公式，只需分析模型图片，进行简单的乘除计算即可得到准确的弧垂大小。
40.提高了输电线路智能化水平，填补了人工进行弧垂测量这一不足之处，探索出一个无人机工作新的发展方向，为输电线路智能化打下夯实基础。
41.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。


技术特征：
1.基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、确定需要测量的两座电缆杆塔；步骤二、利用搭载三维激光点云扫描仪的无人机，对两座杆塔及两座杆塔之间的输电线路进行三维激光扫描，得到相应点云数据；步骤三、利用步骤二中的点云数据，建立三维重建，得到输电线路模型；步骤四、将步骤三中得到的输电线路模型导入几何画板进行分析，以一端的杆塔的相挂点作为原点，建立坐标系，测量出另一个上相挂点的横坐标，选取档距中点，测量弧垂大小；步骤五、从步骤四中几何画板上测量出，水平档距l、两个杆塔相挂点横纵坐标的长度d和几何画板上弧垂长度h，则实际弧垂长度f＝l*h/d。2.如权利要求1所述的基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，其特征在于：在步骤二获得相应点云数据后，需要对点云数据噪声去除、数据精简、平滑处理和数据配准。3.如权利要求1所述的基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，其特征在于：所述步骤三中，用三角网格法对点云数据进行三维重建。

技术总结
本发明公开了基于无人机激光点云模型的输电线路弧垂测量方法，包括以下步骤：确定需要测量的两座电缆杆塔；利用搭载三维激光点云扫描仪的无人机，对两座杆塔及两座杆塔之间的输电线路进行三维激光扫描，得到相应点云数据；利用点云数据，进行三维重建，得到输电线路模型；将输电线路模型导入几何画板进行分析，以一端的杆塔的相挂点作为原点，建立坐标系，测量出另一个上相挂点的横坐标，选取档距中点，测量弧垂大小；从几何画板上可以测量出，水平档距L、两个杆塔相挂点横纵坐标的长度D和几何画板上弧垂长度H，则实际弧垂长度f＝L*H/D。本发明的优点是：提高弧垂测量精确度，测量方便无需复杂计算，提高输电线路智能化水平。提高输电线路智能化水平。


技术研发人员：史锦阁 石玉峰 魏亚楠 谈欢欢 夏传帮 杨雷 蔡起要 吴德智 沈国欣 朱振远 翁志坚 张瑩 郑浩 闻君 姚晨希
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司 国网浙江省电力有限公司温州供电公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/4/26