一种基于激光点云地图的三维管控平台系统

技术领域：

本发明属于输电线路管控领域，具体涉及一种基于激光点云地图的三维管控平台系统。

背景技术：

目前，辽宁省检修公司已经完成了数百公里的输电线路激光点云模型建立，但是，模型文件零散、电力系统地图分布零星、云地图空泛，没有统一管控，精细化管理无从谈起，给工作人员巡检带来很大难度，远不能实现输电线路管理的立体化、系统化、科学化管理。

基于激光点云地图的三维管控平台系统研究主要集中在电力线路走廊激光雷达点云分类及典型目标识别、地形图及数字高程模型(Digital Elevation Model)的快速成图、电力线三维重建、杆塔三维重建、危险点检测、电力线走廊三维可视化这几个方面。但是如何有效且准确的实现点云分类，如何实现长距离特高压、超高压、高压架空输电线路的电力线三维重建，如何提升三维建模的效率，如何做到及时发现危险点及时解决树障威胁仍然有待改善解决。

发明内容：

发明目的：

本发明提供了一种基于激光点云地图的三维管控平台系统，其目的在于解决在输电线路中，电力系统地图分布零星、给工作人员巡检带来很大难度方面存在的问题。

技术方案：

一种基于激光点云地图的三维管控平台系统，其特征在于：该三维管控平台系统包括：前端数据导入、数据校对、后台管理系统、中间件四部分；

其中，前端数据导入负责将各输电线路的现有三维激光点云地图信息文件导入到三维管控平台，基于平台系统兼容性，最大化整合现有可用数据；

数据校对负责对三维激光点云线路进行数据校对，精准对应地图坐标位置；

后台管理系统负责实现系统平台中所有内容的存储功能，完成平台的权级管理，对输电线路进行有效分层、分布管理，全部信息由后台汇总后发送至高级管理员，完成全部信息的完整查看；

中间件为通过应用系统所必需的建筑信息模型及地理信息软件开发的中间件；其中建筑信息模型将输电线路的各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，地理信息软件用于全新三维激光点云建模。

一种如上所述的基于激光点云地图的三维管控平台系统的操作方法，其特征在于：该方法按以下步骤执行：

a.前端数据导入：将各输电线路的现有三维激光点云地图信息文件导入到三维管控平台；

b.数据校对：通过激光建模中点位坐标，对三维激光点云线路进行数据校对；

c.后台管理：数据确认后，正式传至后台系统，对输电线路进行有效分层、分布管理；

d.根据需求展开在电力系统中多角度深度应用。

在步骤a中，前端数据导入部分中，将现有三维激光点云地图导入至三维管控平台，完成由单塔到单线路再到全区线路的点线面递进。

在步骤b中，通过全新三维激光点云建模中的点位坐标来验证激光点云地图中线路是否有异常，各线路及杆塔点云模型与真实地理位置误差保证在10cm以内。

在步骤c中，集成系统空间内所有输电线路激光点云地图，最终可细化至输电线路三维激光点云建模中所有杆塔的系统性展示。

优点及效果：

(1)通过项目实施，基于输电线路杆塔激光探测和测距(Light detection andranging)点云和初始线路轨迹数据提取精确的杆塔数据、杆塔数量、线路轨迹、档间信息，可自动、高精度的重建长距离架空输电线路电力走廊及杆塔的三维点云模型，可对输电线路点云数据进行分类，LiDAR点进行检测，对安全隐患进行分析，依托激光点云数据的高精准度的特性，为输电线路走廊及杆塔的精益化巡检提供无人机航线规划，实现点云数据的高效利用，进一步深挖激光点云地图的深度应用价值。

(2)此次项目实施将应对化电网发展趋势，增强数字化电网生产应用能力和提高数字化电网数据精度，解决人工巡检工作强度大，巡检数据准确度不高的难点，进一步弱化现场人员的参与，促使运维工作更加便利，有效提高运维数据的使用率和运维质量，能够为输电线路的设计、建设和维护提供方便、快捷、准确的技术支撑，便于更有效的保障输电线路运行的安全稳定，将有效改善电力系统地图分布零星，统一管控难度大等方面存在的问题，提高电力线路管护水平，给传统电力勘测与运维增添了新动力。

附图说明：

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于激光点云地图的三维管控系统，其特征在于，集成系统空间内所有输电线路激光点云地图，最终可细化至输电线路三维激光点云建模中所有杆塔的系统性展示；

本系统由前端数据导入、数据校对、后台管理系统、中间件四部分组成；

前端数据导入：实现各输电线路的三维激光点云地图信息文件导入，基于平台系统兼容性，将现有可用数据最大化整合。

数据校对：对三维激光点云线路进行数据校对，确保地图坐标位置精准对应，误差在10cm范围内。

后台系统：实现系统平台中所有内容的存储功能(数据库)，完成平台的权级管理，对输电线路进行有效分层、分布管理，全部信息由后台汇总后将发送至高级管理员，完成全部信息的完整查看。

中间件：应用系统所必需的建筑信息模型(Building Information Modeling)、地理信息软件(Geographic Information System)开发中间件。

BIM针对建筑对象单体精细化模型，将输电线路塔的各种属性信息整合于一个三维模型信息数据库中，信息库不仅包含描述输电线路塔构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象(如空间)的状态信息。架空输电线路三维模型设计是开展输电线路施工、运行仿真模拟的基础，输电线路模型组成，包括导地线、绝缘块、杆塔等多种子模型，并针对工程实际案例进行设计研究，利用智能航测系统进行航空采集，建立输电线路走廊文档对象模型(Document Object Model)及DEM数据，采用BIM技术对输电线路建模，形成完整三维模型。最后将研究成果与实测结果对比，研究表明该输电线路三维设计有利于开展路径优化工作，使工程测量更加快捷准确借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了输电线路的信息集成化程度，进而实现输电线路精细化管理。

GIS作为公共的地理定位基础，具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，可以使用直角坐标系等任何坐标系统或投影，可致力于宏观地理环境的研究。系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息，以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互式的空间决策支持系统，并且在BIM的运维阶段，GIS可以为其提供决策支持。

针对当前信息化发展背景,以及当前电力电缆信息化管理的需求,结合BIM和GIS技术的优势,拓展基于BIM+GIS的电力通道运维技术。对BIM、LiDAR技术和GIS技术自身的特点和优势进行分析,实现线路运维管理过程中的电子地图查看、线路导航、线路设备定位、线路设备信息查看、缺陷故障录入，可根据线路出现故障的频率分析和对各条巡检路线分析，分配最优巡检路径，使运维巡检作业工作层次化和条理化。

一种基于激光点云地图的三维管控平台系统的操作方法，该方法按以下步骤执行：

a.前端数据导入：将各输电线路的现有三维激光点云地图信息文件导入到三维管控平台；前端数据导入部分中，将现有三维激光点云地图导入至三维管控平台，完成由单塔到单线路再到全区线路的点线面递进。

b.数据校对：通过激光建模中点位坐标，对三维激光点云线路进行数据校对；通过全新三维激光点云建模中的点位坐标来验证激光点云地图中线路是否有异常，各线路及杆塔点云模型与真实地理位置误差保证在10cm以内。

c.后台管理：数据确认后，正式传至后台系统，对输电线路进行有效分层、分布管理；集成系统空间内所有输电线路激光点云地图，最终可细化至输电线路三维激光点云建模中所有杆塔的系统性展示。

d.根据需求展开在电力系统中多角度深度应用。

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，

1.搭建可兼容电力系统中激光点云建模地图格式的三维管控平台；

2.将现有三维激光点云地图导入至三维管控平台，完成由单塔→单线路→全区线路的点线面递进；

3.通过激光建模中点位坐标，验证激光点云地图中线路是否有异常，各线路及杆塔点云模型与真实地理位置误差保证在10cm以内；

4.数据确认后，正式传至后台系统，数据分发至各管理人员；

5.由各管理人员通过三维管控平台中输电线路激光点云建模，根据需求展开在电力系统中多角度深度应用。

通过收集线路区段内的综合基础资料，结合现场实地踏勘结果，依据要求作出相应技术准备，分析并制定适用于测区内的飞行计划，并根据飞行计划实施飞行任务，结合惯导技术，以无人机平台搭载LiDAR测量系统集中扫描采集输电线路及其走廊环境内的杆塔、线路、植被及其它地物的高精度三维点云数据，利用GPS基站控制点数据及差分误差解算技术，解算出每个点云的精确空间坐标通过现场检查实现点云数据的质量控制，最终获取架空线路走廊的点云数据和数字影像数据。通过对激光点云的处理获取高精度的DEM和数字地表模型(Digital Surface Model)，运用DEM内插算法生成数字线化图，结合高分辨率的DOM实现地图调绘从而生成电力走廊范围内的地形图从而为电力运维提供基础数据模型。

对于采集的点云数据进行一系列预处理和后处理以实现地物之间点云分类，利用分类后的点云数据进行电力矢量线提取，根据提取的电力矢量线计算输电线与地物距离，然后分析电力线通道内的树障及危险点，从而实现输电线路通道安全距离诊断，并生成树障缺陷分析及危险点统计报表。根据巡检区域的实际情况分析输电线路通道内的交叉跨越，对地弧垂，档距、电力通道树木及障碍点、塔形情况，对是否存在交叉跨越、对地弧垂距离、档距、是否存在电力通道树木及障碍点等进行记录与可视化展示。电力线走廊数字化重建后，即可得在电脑中直观立体显示电力线、电塔的位置、与走廊地物的空间关系结合杆塔上安装的温度、湿度、风速等监控设备传回的数据，即可在三维数字化电网基础上进行各种电力作业分析，如预测与模拟不同温度、风速、覆冰下弧垂变化情况，模拟树木生长情况等。