激光雷达测量技术在输电线路维护管理中的其他应用

§6.8　激光雷达测量技术在输电线路维护管理中的其他应用

6.8.1　线路走廊地形地貌变化检测

在输电线路走廊的某些地段，由于地质条件、风化、水冲刷，以及道路、水利施工等因素影响，杆塔附近可能出现塌陷、滑坡和发生位移等现象，这对于输电线路的安全具有极大的危害性。基于激光雷达采集的高精度激光点云和高分辨率影像，可以比较准确和直观地反映这种地形、地貌的变化，可以尽早让线路维护部门了解野外实际情况，制定维护保障计划和相应的处理应对方案。

如图6-54所示，地形变化检测的思路是将不同时间采集的DEM进行差值计算，得到地形高程变化模型，直观地再现地形变化分布位置和程度情况。

图6-54　地形变化分析示意图(第一、二幅是不同时期采集的地形，第三幅是高程变化分析结果)

如图6-55所示，地貌变化检测的思路是利用不同时期采集的影像进行色彩匹配后再进行差值计算，得到变化专题图。由于色彩匹配很难做到完全准确，所以差值后得到的影像并不一定能准确地反映地貌的变化，因此在检测时需要人工进行判断，或再加一个阈值，只有超过阈值才算作变化。遥感领域已经有许多关于不同时期影像做变化检测的研究和应用思路，读者可以参考。

图6-55　地貌变化影像示意图(第一、二幅是不同时期采集的影像，第三幅是差值影像分析结果)

6.8.2　输电线路增容分析

要满足电力能源输送的持续增长需求，最明显的解决方案是建设新输电线路。由于好的线路通道已经被占据，路径选取越来越困难，对环境的破坏会越来越严重，费用大大增高。因此，为了提高电网输电能力，提高现有线路的输电能力成为一种可行手段，即提高电线的载流容量。

安全运行温度限制了线路可以输送的载流容量，载流容量增多，导线温度升高并延长，增大了挂线点之间的弧垂，进而减小了导线与地面、树木、建筑物、人和其他地物的距离，增加了线路与线下地物接触放电的风险。因此，为了提高线路载流容量，一方面需要考虑线路各种设施、设备材料是否能承受新荷载引起的温度升高，一方面需要考虑荷载提高后，线路弧垂增大从而造成的线路对地距离是否满足相关要求。

利用激光雷达测量技术快速扫描并恢复线路走廊精确的地形、地物三维空间位置，再利用计算机模拟提高荷载后的弧垂，进行弧垂对地距离安全检测，可以为提高电线载流容量提供依据。基于这种方法，可以计算出哪些档可以满足新荷载下能安全运行，哪些档不能。对不能满足要求的档，可以选择进行杆塔位置移动、更换部分设备、或者清除走廊、砍伐树木等加以解决。

目前，许多设备厂商开发了输电线路在线监测设备，可以对线路上的微气象条件(日照、风速、环境温度等)、导线温度、导线弧垂等进行实时监测，进行导线预期温度、导线预期电流和负荷、预期时间、导线实时弧垂、导线预期弧垂等的计算，实现对架空输电线路运行状况的实时监控。因此，激光雷达测量技术与在线监测技术相结合，可以在不突破导线最高允许温度和安全距离的前提下，充分发挥输电线路潜在的输送容量，这即所谓的动态增容技术。要保证安全距离，就需要结合激光雷达测量技术得到的线路走廊三维信息。

6.8.3　树木砍伐评估和管理

电力线的架设是电力工程建设中的一项重要工作，在施工前首先需要选取架设路线，这需要综合考虑成本、路线长度、架设难度、沿途地物影响等因素。当线路穿越林地时，可能会毁掉部分树木，因此，架设线路前需要对林地资源的破坏进行评估，这是考虑线路建设成本的重要因素之一。林地资源破坏评估内容包括:林地破坏面积、树木年龄(可以用树高来反映)、树木种类等。目前，常规的遥感影像处理可以获取林地的面积，但在识别树木种类和树木年龄时却遇到了困难。因此，采用遥感影像手段虽具有获得连续分布区域的面积的能力，但要较准确地评估林地资源的价值还是无能为力的。

通过对激光雷达数据进行如RGB颜色着色处理，生成如图6-56所示较真实三维效果，从而可以直观地反映树木的空间几何特征，如树高、树冠等，但由于激光雷达接收的是离散的点云数据，并不是地物光谱信息，同时由于不同的地物获取的点云密度不均，带有一定的随机性，缺少突变的线信息(breaklines)，因此，仅仅通过激光雷达点云数据要进行地物类型和面积的识别是比较困难的。

机载激光雷达测量系统一般都带有多光谱CCD相机，可以获得多光谱CCD影像。同时激光雷达测量系统还记录了回波的强度信息，这种信息一般在近红外波段。可以从特征级信息融合的框架出发，融合激光雷达数据的空间结构信息、高分辨率光学影像的突变线信息、纹理信息和光谱信息，识别树种、树高、树龄，自动化估算电力线勘测、架设与维护对林地造成的损失。目前，这方面的研究尚处于起步阶段。

图6-56　激光雷达采集的线路走廊周边树木

在得到通道内树种、树高等信息后，如果知道通道内主要树种的年自然生长率，按照运行规程的规定，经过直升机激光三维空间扫描，可以计算树木的最佳砍伐量，以满足一定时间内的安全运行的要求。如图6-57所示。

图6-57　通过激光点获取树的信息

6.8.4　输电线路磁干扰分析

电流输送过程中会产生磁场，属于极端的低频磁场，对人体健康可能有影响。因此设计和运行时，要考虑最大允许磁干扰。比如，欧洲约定建筑物旁边最大允许磁干扰强度为0.4uT。

检测数百公里的线路上的现有建筑物，哪些超过磁干扰限制，是一件极为耗时的工作。利用激光雷达测量技术对这些区域进行快速检测是一种低成本的方法，图6-58为线路磁场示意图。

图6-58　导线产生的磁场示意图

一旦利用激光雷达测量技术对导线三维悬链线进行建模，并标识所有建筑物，一个简单的过滤就可以自动检测出哪些建筑物的辐射超标。