电力设施水淹三维预警方案研究

贾衍立

摘要：为全面升输电线路智能化运检水平，对已有电网自然资源灾害预警、电网运行状态感知进行性能及功能的优化提升。进行电力设施水淹三维预警方案研究，以实景化的三维设备、台账为基础，全面收集输电本体信息，汇总气象、水文、地质、电力设备设施结构等相关运行环境信息，实现电网设备设施采集信息的一站式汇总展示、数据集中交互处理、大数据累积分析、现场远程辅助和智能决策指挥等功能，大幅提升灾害预测精度、预警有效性及信息送达精准度，提升输电线路智能化运检水平。

关键字：电力设施水淹、三维预警、激光Lidar、倾斜摄影测量

一、概述

针对已有的电网设施水淹灾害预警，引入全省高精度三维地图，提升电网水淹灾害风险评估中地形参数取值准确性，提出水淹、内涝精细化告警算法;基于北斗定位、视觉图像识别及5G通信技术，实现告警信息与电网设备设施坐标相拟合的“三维地图”式应用体验，构建基于大数据分析的水淹灾害智能预警体系。

构建三维激光点云及倾斜摄影可视化相结合的三维场景，接入可视化平台数据，实现对电网运行状态感知、评估分析及风险预（告）警功能，打通与电力调度平台数据接口。

二、建设方案

1、数据建设

（1）无人机搭载激光lidar建模技术

利用大疆多旋翼无人机搭载激光lidar相机进行点云数据采集。

在国家电力行业标准及行业规范的严格约束下，利用激光点云数据处理软件，利用海量点云LOD技术、点云自动降噪技术，通过典型特征的点云自动分类算法、点云三维空间自动量算分析技术、模拟分析算法以及电网专业算法等激光点云及电网业务算法基础组件，实现的面向电网应用的点云数据的工程化组织管理与分析处理工作。

以巡检任务为工程单位的数据组织与分析管理逻辑，以同电压等级同线路下巡检区间为点云数据处理单元，开展电网行业激光点云数据的自动化与智能化分析处理作业。

l地形数据三维建模

利用激光LiDAR相机可以穿透植被冠层，从而获取地面DEM点云数据，通过激光雷达数据的建模，可提供数字高程模型等一系列包括高度、坡度、坡面、坡向在内的地形产品。同时可以完成地面建筑物构筑物的三维模型数据建设。

l设备本体三维建模

通过无人机搭载的激光雷达对线路通道电力设施等进行扫描，获取高精度的激光点云数据，经过后期处理形成电网设备设施的本体三维数据，对设备实现厘米级的高精度建模。

（2）无人机搭载倾斜相机建模技术

倾斜摄影技术是通过多旋翼无人机搭载倾斜相机，利用地面像控点标记进行定位，从一个垂直方向、多个倾斜方向同时才加影像，全自动化完成模型构建和纹理映射，由于同一立面经历了多次采集，不但可以真实、立体、多维地反映地物信息，还可以直接进行坐标、高程、距离等数据的量测。

通过无人机倾斜摄影技术，对电网设备设施本体进行三维数据采集，经后期处理后形成相对精度的三维数据，对设备实现分米或米级的相对精度建模。

2、系统建设

对于局部地区的暴雨水淹等灾情防范，应遵循“以防为主，防治结合”的工作原则，采用综合防治措施。首先要在思想上重视，消除任何麻痹意识，加强防汛工作的领导，提高认识，加大防汛投入。其次，要从电力设施的设计、施工、厂所选址考虑防洪问题，做好排水设计，保证施工质量。做好电力防汛检查工作。对于现有电力设施，应制定合理的暴雨水淹应急措施和预案。结合气象预报，设置暴雨雨量警戒值，利用现代化科技手段进行相关参数的获取，建立预警平台完成数据分析，切实保障电力设施设备安全运行。

根据电网实际业务的需求，电力设施水淹预警平台支持如下业务应用：

（1）设备设施本体全景展示

通过融合三維激光点云和倾斜模型数据可显示地形、电网设备设施等整体信息和地理位置信息，如杆塔本体、导地线、绝缘子等主设备台账、历史变迁等重要信息。通过三维模型可查看安装在本体上的各类设备信息，可对设备的相关信息进行查阅。

（2）气象数据分析

接入实时气象数据，以累计雨量、实时雨量、地形地貌等基本信息要素作为区域灾情、风险判断标准，对水淹隐患点进行指数评估，并根据指数数值在GIS地图上以不同颜色进行展示。还可以结合实测的水位、雨量等信息，运用模型来预测未来一段时间内所关心的电网设备设施所在区域水淹及流量变化情况，并通过图文并茂及三维GIS的方式进行展现。

（3）水淹分析

在用户指定的范围内，模拟水淹没到一定高程点后的效果。对三维地形上某一区域进行淹没模拟，得到相关淹没面积、区域面积等数据。

实现对电网设备设施所在任意地形的洪水淹没情况进行分析，以便进行防洪方面的研究，发生洪灾时，通过水淹分析可以模拟、预测和显示洪水淹没范围。

（4）灾害应急抢修

电网设备设施发生故障或者隐患时，工作人员基于三维可视化场景可以在第一时间内掌握故障点的地理信息以及设施信息，在三维场景中显示检修作业所需的工器具配置、作业人员、作业车辆等信息，根据调度指派工作负责人，通过定位技术快速寻找到设备故障点，并为抢修人员提供路径导航，提供抢修最佳路线，而不至于走错路径，从而提高工作的效率。

检修作业配置展示：根据故障发生的种类，通过预警系统关联的检修决策方案，可获取方案中涉及到的检修作业配置，同时在三维场景中显示当前可调配的检修作业资源并进行比对，分析出工器具配置、生产车辆、检修作业人员来源以及调度可行性，分析结果在三维场景中高亮显示。

最优抢修路径分析：发生线路故障时，通过路径分析可以实时制定最佳抢修路径，指导应急抢修工作。

三、总结

电力设施水淹三维预警方案研究以实景化的三维设备、台账为基础，全面收集电网设备设施本体信息，汇总气象、水文、地质、电力设施结构监测等相关运行环境信息，实现电网设施及各类系统设备采集信息的一站式汇总展示、数据集中交互处理、大数据累积分析、现场远程辅助和智能决策指挥等功能，大幅提升灾害预测精度、预警有效性及信息送达精准度，提升电网智能化运检水平。

参考文献：

[1]孙占国，张绍军. 2011年“7.24-25”暴雨洪水及灾害分析——以三河市为例[J]. 河南科技，2016（9）：153-155.DOI：10.3969/j.issn.1003-5168.2016.09.057.

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