(中国南方电网超高压输电公司柳州局)
摘要:在整个输电线路的基本安全保障中巡检是非常重要的一个环节，但是实际输电线路巡检工作具备大量的工作量，要想针对整个巡检过程进行统一和系统化管理难度比较大，针对这个状况，文章在研究过程中对书店线路的相关信息进行整合，并充分针对输电线路无人机巡检管理模式进行探讨，从而为实现输电线路巡检的可视化高效管理提供了一定的借鉴作用，同时也能够为输电线路实现可视化巡检应用提供一定的参考。
关键词：输电线路；可视化；可视化
输电线路是电力系统的重要组成部分,由于长期暴露在自然环境中,不仅要承受正常机械载荷和电力负荷,还要经受污秽、雷击、强风、洪水、滑坡、沉陷、地震和鸟害等外界因素的危害。这些因素会使线路上各元件逐渐老化、疲劳,如不及时发现和消除这些潜在隐患,则可能由量变发展到质变,并最终发展成各种严重故障,对电力系统的安全运行构成严重威胁。人工巡视效率低，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，所花时间长、人力成本高、困难大，难以满足现阶段大规模电网建设对于电力巡检的迫切需求；而载人直升机巡视由于成本过于高昂，只适用于小范围精确巡视，难以大规模推广，另外，局部区域也开始推广无人机巡视，但基本都停留在巡视拍照，人工判断海量照片，发现问题，工作量大，效率也低。在这种条件下研发了智能电力巡检系统，弥补了传统监测手段的不足，提高了电力系统的巡视效果
１系统架构设计可视化管理系统
对输电线路巡检数据进行管理面临较多的技术难点，系统设计需要满足项目管理和可视化等多方面的需要。在数据方面，输电线路巡检数据量庞大，类型多，主要包括传感器状态数据、点云数据、影像、数字高程模型、数字表面模型、3D模型数据、线路隐患诊断的缺陷数据等。首先，可视化管理系统需要对海量、多源的数据进行统筹处理，以实现对线路缺陷的协同分析，并管理各类巡检诊断结果。其次，需整合不同的数据处理模块，以实现不同类型数据的转换和衔接，满足结果输出的多样化需要。根据上述分析，从数据服务层、内部处理层和分析表示层３个层次对输电线路巡检可视化管理系统的逻辑架构进行划分[1]。
２系统功能设计输电线路可视化管理系统
以设备的运行检测为着眼点，侧重于设备的运维与线路可视化管理，可根据定位信息浏览实际杆塔线路图或根据相应的巡检点、巡检线路、定位信息进行查询分析；可基于高精度点云数据对输电线路本体建模与可视化，准确模拟输电线路及走廊内的设施、地形地貌等3D信息，并可对其进行3D操作、量测、图－属互动查询和编辑。可视化管理系统需处理的数据主要有可见光影像数据、点云数据、红外数据和可见光视频数据。系统中预先对各类数据建立了统一模型协同管理，集成了针对激光点云、红外视频、可见光的智能诊断模块和3D查询与浏览的管理模块，系统根据数据源的不同，通过３个不同模块分别显示数据，3D数据浏览包括3D点云数据浏览和3D模型可视化浏览，包括对配准和处理好的点云的快速可视化，以及3D模型仿真与浏览。根据应用需求分析，将基于平面图的操作和3D浏览操作集成在系统中，使对象（电力线、杆塔等）操作能够关联2D图形和3D模型，并采用八叉树索引结构，以适应2D、3D场景下的对象查询和编辑等操作。可视化操作包括信息查询浏览（按对象浏览、按位置浏览、按对象查询、按位置查询和按航迹实时监控飞行与漫游）以及距离测量、面积测量和高程测量等数据量测功能。查询管理包括安全距离故障信息3D展示、可见光故障信息3D展示、红外故障信息3D展示[2]。
３关键技术
3.１工程数据管理
输电线路无人机巡检原始数据包括可见光影像、红外视频、激光点云和可见光视频数据，以及定位与定姿（Positioning And Orientationsystem，POS）数据。本文采用文件管理模式，工程文件记载了该工程的根目录及巡检信息。对于以电子文档或文件夹形式保存的巡线资料库存在查询困难、数据冗余、版本不一致等一系列不利于项目管理的问题。
该可视化管理系统在新建工程时，由管理系统自动生成名为“Inspection”数据库和“Powerline”数据表，并通过设置路径参数和相关管理信息元数据提交给系统，将工程信息存入表中，解决了数据冗余等项目管理难题[3]。
3.2点云索引构建与可视化
针对海量3D激光点云高效管理与快速智能化处理的挑战，建立了一种融合内外存调度以及空间覆盖密度的多级动态索引机制，突破了物理内存对显示数据量的限制。提出了多线程分时加载策略，采用OpenGL提供的缓冲区对象加速点云渲染，加快了激光点云数据外存到内存的实时传输与绘制，确保仅需加载浏览点云数据到内存，从而实现海量点云数据的快速可视化；实现了基于可变3D体元的空间索引，有效克服了固定3D体元大小导致空白节点和查询效率低的缺陷，奠定了TIB级点云高效统一管理的技术基础。海量数据组织管理方案如图５所示。基于组织管理方案对视场范围内的数据进行动态调度实现对海量激光点云数据与地形数据的实时可视化。
3.3多源数据协同处理
采用基于可见光、红外、激光数据融合的诊断方法，可以弥补单一数据进行诊断的不足，发挥每种数据的优势，提高诊断精度，为巡检诊断系统提供一种全新的可靠的技术手段。基于无人机输电线路巡检的点云数据、红外数据、可见光影像数据、POS等数据需要在时间和空间上解决相互不一致性问题。不同数据经诊断获得的故障信息不同，因而可能出现如同一座杆塔在不同数据中检测出不同故障的情况，所以需要进行数据之间的配准，即得到对应同一地理位置的红外、点云、可见光影像数据集。线路巡检系统的数据配准首先将４种数据的基准先后分别设为红外数据、视频数据、影像数据、点云数据，使用POS系统输出的位置参数以及传感器平台标定参数作为各数据源的初始位置和姿态参数，提取线路走廊中特有的线状特征并投影到各数据源进行匹配解算匹配模型，获取精确的配准参数，再将多源数据统一到同一参考坐标系中。首先，记录首次飞行中指定某张影像的POS信息，并读取红外和视频数据中的对应帧；其次利用POS信息配准红外和视频数据，然后将每幅影像与配准好的视频和影像数据进行时空配准；最后将这些初步配准好的数据与同期另一次飞行获得的点云数据利用无人机航迹的POS信息配准，并调整点云的视角使其与可见光等数据在视角达到最佳相似，最终将配好的数据入库[4]。
3.4输电线路巡检可视化
输电线路走廊相关的多尺度多数据源空间数据、线路巡检的红外与影像的可视化协同管理有助于对输电线路进行监测分析，提升输电线路的管理水平，是输电线路管理迈向智能电网建设的有效手段。本文采用的巡线方案为无人机搭载3D激光扫描仪、相机以及红外热成像仪，获取线路走廊及周边环境的影像与视频等相关信息，并将无人机采集信息由光纤复合架空地线光纤网或卫星通信系统传至系统端进行处理。巡线系统采集得到的具有统一基准的数据可视化除实现通用浏览管理外，还采用了图表手段对某些属性实现可视化，结合图像操作完成对部件的可视化编辑等功能。制作图表和报表能够直观地对巡线的结果与报告进行表达。
4结束语
基于智能无人机巡检技术，并结合可视化三维建模系统，数据识别处理系统，形成了一套适用于当地的智能电力设施巡检解决方案。实现了对全线路通道故障巡检、全线路杆塔、线路周边环境的巡检。为输电线路智能化巡检提供了一个更加有效思路，具有广泛的推广价值。目前，我们国家的大多数新老煤矿在自动化发展方面同国外煤矿相比还有很大的差距，该项目的实施为矿山电网数字化建设的打下了坚实的基础，具有广阔应用前景。
参考文献：
[1]蒋涛,蔡富东,杨学杰,李思毛. 输电线路通道可视化远程巡检探讨与实践[J]. 中国电力,2016,49(11):42-45.
[2]董素河. 输电线路智能无人机巡检的研究及应用[J]. 石化技术,2019,26(08):350-351.
[3]麦晓明,陈驰,彭向阳,张伯宇,王柯,杨必胜,王锐. 输电线路走廊三维可视化技术和系统设计[J]. 中国电力,2015,48(02):98-103.
[4]王文杰. 基于GIS/GPS的输电线路智能巡检系统的研究[D].武汉理工大学,2012.