激光点云

变电站内设备遥检主要依赖外观检查和红外测温，目前依托机器人、高清视频等方式已经辅助人工实现部分智能巡检工作，大量图像样本仍需要人工审核。本案例应用“可见光+红外线+激光点云图像”融合分析技术，实现设备缺陷的智能研判，通过多光谱图像融合分析技术，提高发现设备潜伏性缺陷的能力，进而提高运检质效，保障设备本质安全。

介绍了深度学习识别技术发展情况，并指出深度学习已经在欧几里得数据域中取得了很大的成功，但从非欧几里得域生成的数据更需要进行有效的分析。其中包括了三维激光点云数据、化学领域的化学成分结构数据、生物领域的基因蛋白数据。

本项目提出了一种全新的建模方法，操作更简单、效率更高，从根本上解决了电网三维建模生产效率低、生产周期长、技术要求高、模型质量不统一等问题，通过重复利用数宇化移交等成果资源库数据，提升了数据应用价值，避免了重复建设投入，降低了三维项目建设成本，为普及三维新技术应用，莫定了良好的基础。本项目成果创立了一套高密度点云多级索引工作机制，提高了点云数据处理效率。创建了变电站高密度点云多级索引、变电站设备符合度评价的作业方法和工作机制，提升了点云数据处理精度，提高了工作效率。提出了变电站标准模型编码机制，实现了标准模型库的科学管理。基于电网设备生产运行编码规则，制定了变电站设备标准模型编码体系，实现了电网三维标准模型库科学管理，提高了点云数据自动识别与拟合效率。发明了基于自适应形状匹配的点云识别与模型拟合算法，开拓了三维建模新方法。发明了基于自适应形状匹配点云识别与模型拟合算法，打破传统的三维模型构建方式，减少人工干预，提高生产效率和产品精度，降低变电站三维建模成本。引入了VR虚拟技术，增加了人机互动效果。采用Unity:3D仿真系统和虚拟现实硬件设备，提高了变电站三维场景的展示效果，支持了人机互动的漫游浏览、信息查询、环境模拟等功能。

随着无人机、激光雷达技术的发展，其在输电线路巡检中的应用已越来越广泛，但仍存在各种制约其进一步推 广的实际应用问题。本文从电力巡检实际需求出发，结合相关软硬件，对激光点云数据外业采集、点云数据预处理、点 云分类、单木分割、树倒、树生长危险点预测、输电线路快速矢量化、工况模拟等方面进行了阐述和总结，旨在为无人 机输电线路激光雷达巡检提供一套便捷、高效、切实可行的解决方案，降低人工参与度，具有一定的借鉴意义和实际参 考价值。

国网安徽电力目前已形成500千伏为骨干网架的电网结构，110千伏及以上架空输电线路达1955条，长度达39632公里；同时过境特高压和跨区线路14条，长度达3813公里；形成了5大国网公司级重点输电通道，线路遍布皖北平原、皖南大别山区等区段；线路肩负西南水电、内蒙风电、新疆煤电等外送，是确保“电从空中来”的能源替代的战略贯彻落实的重要支撑。 随着电网规模快速增长，传统的人工模式和直升机无人机协同的“三位一体”巡检模式，已难以满足大电网运维的需要。主要体现在人工巡视存在视野盲区、认知误区，“三位一体”的立体化巡检无法实现通道环境的全方位、立体化展示和隐患智能管控，同时巡检的二维数据无法形成三维立体感知。 为解快上述问题，国网安徽电力提出」智能巡检的理念，研制丁基于激光点云技术的直升机无人机智能巡检平台，融合机载激光扫描、多光谱、全景摄影、倾斜摄影以及图像智能分析等技术，提高了激光扫描数据分析的时效性，实现丁输电通道三维建模、线路实时工况分析、树种的智能识别和树患的自动告警、外部隐患的智能识别和智能预警，显著提升了大电网运维管控水平。

针对输电线路走廊无人机三维测量与可视化管理中对海量激光点云数据处理与分析的应用需求，提出了一种基于大数据云技术的激光点云数据处理超算系统。该激光点云超算技术结合了激光点云分类、通道隐患三维量化分析、数据处理并行计算、海量数据管理等功能。通过在国家电网某220kV输电线路无人机激光雷达巡检项目中的应用对该技术进行了试验验证。

中国南方电网公司重点科技项目产出成果，采用小型轻量化设计，机身折叠尺寸（43cm×42cm×43cm）仅为市场主流机型的16.22%，在行业内首创仿线飞行算法、高集成多功能吊舱、激光点云前端实时三维建模、输电线路通道隐患实时评估预警等多项功能，实现了无需事前规划航线、不依靠网络信号，即可自主巡视并采集可见光、红外、激光点云数据，一架次飞行作业相当于传统技术路线三架次作业量，作业效率整体提升5倍以上。

为建立完整的输电线路三维通道三维数据库，以便于进一步的开展信息化数字孪生应用，本案例首先通过搭载激光雷达、倾斜摄影、高清数码相机设备进行航空联合运维巡检，并结合地面多型移动测量、三维激光扫描设备对深圳地区线路进行多维数据采集，构建基于输电线路通道的激光点云、倾斜摄影及原始影像二三维数据底层数据。其次，通过三维点云、倾斜摄影模型及无人机可见光图片对输电线路杆塔进行三维数据获取，基于输电线路杆塔的塔型特征、挂点位置等进行提取，获取输电线路的几何外形，空间位置等信息，并结合绝缘子金具等高清图片，逆向构建GIM三维数字化电网模型。最终构建的基于GIS+GIM的输电线路走廊三维台账及信息化数据库及系统平台可有效提高输电线路走廊内树障排查、工况模拟、三维可视化培训、设计及运维分析、通道信息化展示及物联网监控等相关应用。

通过天空地大数据、时空感知、物联网与人工智能、数字孪生等技术，汇聚遥感影像、无人机、北斗、激光点云数据及物联网等多源数据协同，依托航天宏图自研遥感与地理信息一体化软件PIE、遥感服务云平台PIE-Engine等自有基础软件平台和核心技术，面向新型电力系统“源网菏储”、新能源场站等提供行业智慧管理服务产品应用及电网时空遥感云服务、电网数字孪生技术研究应用、打造空天一体化综合应用服务体系解决方案，实现空间多维度、信息化、智能化的精益管控，拓展服务效力，服务以新能源为主体的新型电力系统，助力实现“双碳”目标。

本项目系统开展关键技术研究：研制直升机搭载的高精度、高智能化巡检终端，攻克直升机巡检光电吊舱亚像素级实时电子稳像、线路元件自动跟踪、海量数据智能选帧等关键技术，显著提升直升机巡检作业水平；提出并采用基于深度学习和特征分析相融合的缺陷识别技术，构建面向多类型缺陷识别的卷积神经网络模型，首次开发输电线路缺陷智能识别应用系统，典型缺陷识别率实现突破性提高；发明渐进加密金字塔式海量激光点云高效存储处理技术，开发输电线路激光点云数据分析专用软件，实现广域输电线路交叉跨越和树障等空间距离快速检测和安全预警；构建南方电网架空输电线路直升机巡检标准体系，开发了南方电网直升机巡检技术支持系统 （18个支撑软件）。 项目成果己在南方电网各分子公司应用，有效规范输电线路直升机巡视作业规模化、规范化开展，保障作业安全的同时，提升作业效率，提高作业质量，从而及时发现输电线路的缺陷和隐患，有效降低电网故障和因停电导致的损失，保障人民生活稳定，国家和区域经济持续增长。同时，部分项目成果集成于广州科易光电技术有限公司、中船重工第717研究所等光电吊舱设备中，进一步提高了相关光电吊舱性能指标和产品竞争力；成果软件已推广应用到四川测绘地理信息局、河北省第三测绘院、国家海洋技术中心等相关企事业单位中，在应用，在地理勘测、应急救灾、海岸巡查中发挥了重要作用，具有良好通用性和产业带动效应。