[发明专利]一种输电线路广域冰情监测方法

权利要求书

1.一种输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：采用激光雷达设备采集覆冰导线的点云数据；

步骤2：确定覆冰导线点空间坐标和导线覆冰厚度；

步骤3：计算等效等值覆冰厚度。

2.根据权利要求1所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤1中，激光雷达设备搭载在无人机上，无人机起飞后沿覆冰导线方向飞行巡检，并使用激光雷达设备对覆冰导线进行扫描，获取其点云数据；所述点云数据包括空间位置坐标、球面坐标、反射量和强度值。

3.根据权利要求1所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：提取目标点；

步骤2-2：确定覆冰导线点空间坐标；

步骤2-3：计算导线覆冰厚度。

4.根据权利要求3所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤2-1包括以下步骤：

步骤2-1-1：根据获取的点云数据，确定点云最低点，构成不规则三角网凸壳；

步骤2-1-2：根据点云数据的稀疏程度设置坡度阈值，并选取坡度阈值范围内的扫描点形成覆冰目标初始表面；

步骤2-1-3：从覆冰目标初始表面的扫描点中选取种子点插值为不规则三角网，并计算剩余扫描点与不规则三角网的高度差；

步骤2-1-4：判断高度差是否在坡度阈值范围内，同时结合点云数据的稀疏程度区分扫描点中的目标点和非目标点，所述目标点即为覆冰导线点。

5.根据权利要求4所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤2-2中，以杆塔为原点、以沿覆冰导线方向为X轴、垂直覆冰导线方向为Y轴、垂直地面的方向为Z轴建立输电线路坐标系，将覆冰导线点的空间位置坐标从以激光雷达设备所在位置为原点的设备坐标系转换到输电线路坐标系中，即可得到覆冰导线点的空间坐标。

6.根据权利要求1所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤2-3中，在垂直覆冰导线方向建立椭圆方程，根据覆冰导线点的空间坐标计算椭圆长短轴，使得中误差最小；椭圆截面为覆冰导线截面，椭圆中心为导线中心，长轴与短轴差值的一半即为导线覆冰厚度。

7.根据权利要求1所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：建立覆冰导线悬链线形式的有限元模型；

步骤3-2：计算单元的平均覆冰厚度；

步骤3-3：确定实际冰密度；

步骤3-4：确定等效等值覆冰厚度，实现输电线路广域冰情监测。

8.根据权利要求7所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述有限元模型中，沿覆冰导线方向每隔0.1m～5.0m取为一个单元，将冰荷载施加在单元上；同时计算覆冰导线两端张力N1和N2，且N1＞N2，张力为N1的导线端位置记为A。

9.根据权利要求7所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤3-2中，按覆冰体积相等的原则，由确定的导线覆冰厚度计算单元的平均覆冰厚度。

10.根据权利要求7所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：设定冰密度初值，冰荷载施加在每个单元上，计算覆冰导线各点位移；

步骤3-3-2：将计算出的覆冰导线各点位移与激光雷达设备扫描的各点位移相比较，分为以下情况：

(1)当覆冰导线各点位移与激光雷达设备扫描的各点位移相等时，设定的冰密度初值即为实际冰密度；

(2)当覆冰导线各点位移小于激光雷达设备扫描的各点位移时，增大冰密度，重新计算覆冰导线各点位移，直至二者相等，即可得到实际冰密度；

(3)当覆冰导线各点位移大于激光雷达设备扫描的各点位移时，减小冰密度，重新计算覆冰导线各点位移，直至二者相等，即可得到实际冰密度。

11.根据权利要求8所述的输电线路广域冰情监测方法，其特征在于：所述步骤3-4包括以下步骤：

步骤3-4-1：根据确定的实际冰密度，假设覆冰导线上所有单元覆冰厚度相等，设定覆冰厚度初值；

步骤3-4-2：根据悬链方程计算导线端A的张力N′，将张力N′和张力N1相比较，分为以下情况：

(1)若N′＝N1，则此时覆冰厚度即为该覆冰导线的等效等值覆冰厚度；

(2)若N′＞N1，则减小覆冰厚度，重新计算导线端A的张力N′，直至N′＝N1，即可得到覆冰导线的等效等值覆冰厚度；

(3)若N′＜N1，则增大覆冰厚度，重新计算导线端A的张力N′，直至N′＝N1，即可得到覆冰导线的等效等值覆冰厚度。