[发明专利]基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法

说明书

本申请涉及基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，包括如下步骤：采集目标区域的点云数据：根据所述点云数据计算塔顶点的位置；计算杆塔点云分布直方图；根据所述直方图确定横担和地线位置；基于所述横担和地线位置，通过计算获得雷击保护角。本申请的输入数据易于获取，自动化程度高。易于采用计算机程序语言实现，复杂度不高。输入数据采用无人机点云，易于获取。相较于人工测量而言自动化程度大幅提升。实时性强，成本低。采用点云获取的方式实时性强，发生自然灾害或突发事件时表现出一定的灵活性，节省成本。结果准确，效率高。点云是基于杆塔的真实数据扫描而来，测量结果依赖于点云的精度。因此保护角测量的精度可以达厘米级。

技术领域

本发明涉及防雷工程技术领域，具体而言，涉及基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法。

背景技术

输电线路规模大、覆盖范围广、所经过的地形环境复杂，需要定期对线路和杆塔本体进行检测评估。输电线路的地线保护角为：杆塔处，不考虑风偏，地线对水平面的垂线和地线与导线或分裂导线最外侧子导线连线之间的夹角。如下图1所示：

雷击保护角根据公式计算，公式为：其中，h表示导线和避雷线的垂直距离；b表示导线和避雷线的水平距离；

地线保护角与线路雷电跳闸率有很大关系。雷电引起的跳闸主要分成两种情况，一是绕击，非常高的雷电电压直接施加在导线上，直接导致绝缘子串放电；二是反击，即雷电击中杆塔塔顶或邻近的地线，塔顶电位升高，在塔顶和导线间产生电位差而使绝缘子串放电。雷电绕击的危害相当严重，减小保护角有利于减小绕击的情况，但同时会增加反击的概率。保护角在施工放样时已经确定，在输电线路常年运营过程中，铁塔会遭受导线的拉力、大风、覆冰、高温等环境因素变得弯折，其保护角亦发生了变化。

现有的测量相间距离的技术方案可以分成以下几种：

人工量测。人工量测需要使用全站仪等仪器直接对保护角进行量测。这种方法精度高，但效率低下，输电线路范围广，跨度大，大量采用人工量测势必会大大增加维护成本和人力投入。

专利CN201210261333.0一种输电线路实际防雷保护角的测定方法。这种方法首先需要利用二维输电线路走廊的分布图和海拔高程地图。通过扫描和投影叠置分析得到输电线路走廊的三维分布，然后再的通过在任意档距段做垂线的方式确定误差角，最后通过误差角修正得到实际保护角。这种方法需要大量的前置数据，虽然能准确计算出实际的防雷保护角，但步骤繁琐，实时性差。该方法需要输入准确的海拔高程地图和输电线路走廊分布图，这本身就要投入许多人力和物力，实际操作时有一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，以解决上述的问题。

为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：

本申请提供了一种基于高精度三维点云数据计算雷击保护角的方法，包括如下步骤：

步骤100：采集目标区域的点云数据：

步骤200：根据所述点云数据计算塔顶点的位置；

步骤300：计算杆塔点云分布直方图；

步骤400：根据所述直方图确定横担和地线位置；

步骤500：基于所述横担和地线位置，通过计算获得雷击保护角。

进一步地，步骤100：采集目标区域的点云数据，具体方法是：

通过三维激光雷达扫描周围环境，采集周围环境的点云数据，将采集的周围环境的点云数据进行分类，提取出目标区域的点云数据。

进一步地，步骤200：根据所述点云数据计算塔顶点的位置，具体方法是：