一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法，包括以下步骤：第一步、采集输电线路的激光点云数据；第二步、选择用于拟合弧垂公式的点云数据：第三步、求解电线风偏角ξ：第四步、空间点位平面化：第五步、计算线径d。本发明专利技术使用输电线路激光点云勘测技术，采用数据分析，确定既有输电线路电线型号，提高输电线路结构可靠度，降低建设成本。解决了在输电线路改接工程、迁改工程中，需要收集既有电线的型号为后续设计提供依据的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法，属于电力设备


技术介绍

[0002]电力输电线路建设常遇到新老线路搭接的情况，需确定既有线路的导线、地线型号(下文统称电线)，以保证既有线路及新建线路结构的安全可靠。目前常用的确定既有线路电线型号的方法是通过供电公司档案室查阅搜集相关资料，但既有线路建成后可能发生多次迁改，图档资料检索难度大，且有可能因尚未归档的工程资料而导致搜集了错误信息造成工程事故或增加工程投资。因此在该类工程中确定电线型号是非常重要的一项技术任务，把这项任务做好一方面可选择合适的杆塔，避免“以大代小”减少工程投资，另一方面可提高线路的结构可靠度。随着激光雷达勘测技术的不断发展，其勘测成果精度也不断提高，为精确判断电线型号提供了技术基础。

技术实现思路

[0003]在输电线路改接工程、迁改工程中，需要收集既有电线的型号为后续设计提供依据，错误信息将造成工程事故或增加工程投资。为了解决这一问题，本专利技术的目的在于提供一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法，结合目前输电线路现有的激光点云勘测技术，采用数据分析，确定既有输电线路电线型号，提高输电线路结构可靠度，降低建设成本。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
[0005]一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法，输电线路的激光点云数据为输电线路被激光雷达扫描过的空间点位的集合，点位的位置信息以空间坐标的型式(x，y，z)保存；基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法包括以下步骤：
[0006]第一步、线路测量：
[0007]采集输电线路的激光点云数据；
[0008]第二步、选择用于拟合弧垂公式的点云数据：
[0009]计算用点云数据应选取档内不含耐张串的点；并且位于线夹沿线路方向3倍尺寸范围内的点云数据不应被使用；将满足上述要求所有点的集合称为{P}，将{P}中距离最远的两个点在水平面内的投影长度称为计算档距l；
[0010]在{P}中选取n组数据，n≥3；每组数据包含3个点，为减少计算误差，选取规则如下：(1)每组数据中的3个点应平均分布在档距中；(2)每组数据中的3个点应选择在电线的横断面上十字划分的四个区域中的同一区域中；
[0011]用Pij来表示上述n组数据，i表示组数i＝1，2，3...n，j表示每组中的第几个点j＝1，2，3；
[0012]第三步、求解电线风偏角ξ：
[0013]在Pij中选取第i组数据，则过Pi1，Pi2，Pi3所在平面的法向量为：分别计算n组数据可得n个平面法向量，将n个平面法向量的各坐标分量取均值，即得到电线在风偏平面的法向量，记为计算与的夹角ξ即为电线风偏角，若计算出的角度为钝角则取补角为风偏角ξ；在物理意义上，该角度反映了电线所受竖直荷载与水平荷载的比值，ξ表示为：
[0014][0015]式中：ξ为风偏角；
[0016]p1为电线单位荷载，kg/m；
[0017]d为电线直径，mm；
[0018]ν为电线平均高度处的风速，m/s；
[0019]α为风压不均匀系数，通过测量环境可取1.0；
[0020]μ
δc
为电线体型系数，线径＜17mm时取1.2，线径≥17mm时取1.1；
[0021]g为重力加速度，取9.80665m/s2；
[0022]第四步、空间点位平面化：
[0023]通过Pij，拟合出空间中的一个抛物线方程，再将Pij中的数据转化成二维数据，即空间点位平面化；取计算档距一侧最边缘的点作为计算原点O
’
，以为法向量，计算得到过O
’
的平面方程π
’
，将Pij向π
’
投影，得Pij在π
’
上的坐标；
[0024]随后求解Pij
’
与O
’
的相对位置关系，具体求解方法如下：先求解π
’
平面内的基向量该向量是同时垂直于π
’
平面法向量与向量的，由此两向量叉乘后单位化算得，再通过π
’
平面法向量与叉乘并单位化得π
’
平面内另一基向量随后连接Pij
’
与O
’
得到向量O
’
Pij
’
，即Pij各坐标分别减O
’
各坐标得到的向量；则取O
’
为平面笛卡尔坐标原点，那么x
ij
、y
ij
分别是Pij
’
在平面笛卡尔坐标系中的横坐标值、纵坐标值；将所有Pij
’
转化后即得到空间点位的投影平面坐标；
[0025]第五步、计算线径d：
[0026]根据步骤四，得到平面坐标内一系列离散的点，将这些点作图，沿x轴选择y轴方向的最值点，并用样条曲线插值得到近似的导线投影边线，通过量测多处边线距离，取均值得到线径。
[0027]为了进一步提高判断准确性，可以进一步采取以下技术措施：
[0028]将线径d代入(1)式，即可得电线平均高度处的风速ν与电线单位荷载p1的关系；再通过比载复核电线型号，以提高分析判断线型的准确性；
[0029]具体方法如下：
[0030]第六步、拟合电线弧垂方程：
[0031]电线弧垂方程实际为悬链线，采用最小二乘法拟合，过程如下：设弧垂方程满足y＝a0+a1x+a2x2，通过第四步空间点位平面化后的坐标数据(x
ij
,y
ij
)，由求极值的方法得矩阵方程：
[0032][0033]由矩阵方程求系数a0、a1及a2，即解出电线弧垂方程；
[0034]第七步、根据拟合弧垂方程求比载及应力，比载即电线单位长度单位面积的荷载p1，应力为勘测时电线的应力：
[0035]取计算档距l的中间值，代入拟合方程y＝a0+a1x+a2x2，可得最大弧垂，即：
[0036][0037]式中：l为计算档距，m；
[0038]h为高差，即计算档距内两端最边缘点的z轴坐标差；
[0039]β为高差角，
[0040]γ为测量时的综合比载，N/(m
·
mm2)；
[0041]σ0为测量时电线各点的水平应力(亦即弧垂最低点应力)，N/mm2；
[0042](3)式中除σ0与γ外均为已知量，通过(3)式可求得σ0与γ的比例关系；
[0043]求拟合方程y＝a0+a1x+a2x2在O
’
处的导数y
′
＝tanθ＝a1，θ为O
’
点的倾斜角：
[0044][0045]将(3)式求解的σ0与γ的比例关系代入(4)式即可分别解出σ0与γ；
[0046]而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法，输电线路的激光点云数据为输电线路被激光雷达扫描过的空间点位的集合，点位的位置信息以空间坐标的型式(x，y，z)保存；其特征在于，基于激光点云数据判别输电线路电线型号的方法包括以下步骤：第一步、线路测量：采集输电线路的激光点云数据；第二步、选择用于拟合弧垂公式的点云数据：计算用点云数据应选取档内不含耐张串的点；并且位于线夹沿线路方向3倍尺寸范围内的点云数据不应被使用；将满足上述要求所有点的集合称为{P}，将{P}中距离最远的两个点在水平面内的投影长度称为计算档距l；在{P}中选取n组数据，n≥3；每组数据包含3个点，为减少计算误差，选取规则如下：(1)每组数据中的3个点应平均分布在档距中；(2)每组数据中的3个点应选择在电线的横断面上十字划分的四个区域中的同一区域中；用Pij来表示上述n组数据，i表示组数i＝1，2，3...n，j表示每组中的第几个点j＝1，2，3；第三步、求解电线风偏角ξ：在Pij中选取第i组数据，则过Pi1，Pi2，Pi3所在平面的法向量为：分别计算n组数据可得n个平面法向量，将n个平面法向量的各坐标分量取均值，即得到电线在风偏平面的法向量，记为计算与的夹角ξ即为电线风偏角，若计算出的角度为钝角则取补角为风偏角ξ；在物理意义上，该角度反映了电线所受竖直荷载与水平荷载的比值，ξ表示为：式中：ξ为风偏角；p1为电线单位荷载，kg/m；d为电线直径，mm；ν为电线平均高度处的风速，m/s；α为风压不均匀系数，通过测量环境可取1.0；μ
δc
为电线体型系数，线径＜17mm时取1.2，线径≥17mm时取1.1；g为重力加速度，取9.80665m/s2；第四步、空间点位平面化：通过Pij，拟合出空间中的一个抛物线方程，再将Pij中的数据转化成二维数据，即空间点位平面化；取计算档距一侧最边缘的点作为计算原点O
’
，以为法向量，计算得到过O
’
的平面方程π
’
，将Pij向π
’
投影，得Pij在π
’
上的坐标；随后求解Pij
’
与O
’
的相对位置关系，具体求解方法如下：先求解π
’
平面内的基向量该向量是同时垂直于π
’
平面法向量与向量的，由此两向量叉乘后单位化算得，再通过π
’
平面法向量与叉乘并单位化得π
’
平面内另一基向量随后连接Pij
’
与O

【专利技术属性】
技术研发人员：高皋，姚斐，温祥华，范燕波，
申请(专利权)人：镇江电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：