(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210613232.9 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 国网宁夏电力有限公司电力科 学研 究院 地址 750002 宁夏回族自治区银川市金凤 区黄河东路716号 申请人 武汉大学 (72)发明人 郝金鹏　杨凯　王博　伍弘　 房子祎　吴波　王羽　潘元进　 刘威峰　李泽成　马云龙　田天　 闫振华　张庆平　江伟民　周秀　 田禄　云明轩　沙伟燕　黄达　 张昊琛　马飞越　 (74)专利代理 机构 宁夏合天律师事务所 6410 3 专利代理师 张淼(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于无人机监测的特高压输电线路放电预 警方法 (57)摘要 一种基于无人机监测的特高压输电线路放 电预警方法， 利用无人机拍摄目标测量区域的航 空影像， 生成三维点云和数字模型后， 输出对应 的数字正射影像DOM和数字表面模型DSM， 利用基 于数字模型的障碍物高度提取方法和基于点云 信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高 度值， 根据障碍物高度值、 获取的地面基准数据 来验证障碍物高度值精度， 将精度最高的障碍物 高度值作为最终障碍物高度计算值， 对交直流输 电线路和障碍物进行建模， 通过基于有限元法的 计算， 确定输电线路和障碍物之间的最小安全距 离， 根据最终障碍物高度计算值、 输电线路的高 度值和最小安全距离值， 产生对应的输电线路放 电预警信息， 使电力检修人员根据输电线路放电 预警信息对输电线路作出相应处 理。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115186526 A 2022.10.14 CN 115186526 A 1.一种基于无 人机监测的输电线路放电预警方法， 包括以下步骤： 地面基准数据获取： 利用全站仪对目标测量区域内不同 障碍物的高度进行测量； 无人机航片数据获取与处理： 利用无人机拍摄目标测量区域的航空影像， 采用软件对 航空影像进 行处理， 生成三 维点云和数字模型后， 输出对应的数字正射影像DOM和数字表 面 模型DSM； 障碍物高度值计算： 分别利用基于数字模型的障碍物高度提取方法和基于点云信 息的 障碍物高度提取 方法获取对应障碍物高度值； 确定最终障碍物高度计算值： 根据障碍物高度值、 获取的地面基准数据来验证障碍物 高度值精度， 并将精度最高的障碍物高度值作为 最终障碍物高度计算 值； 输电线路最小安全距离值计算： 对不同电压等级下的交直流输电线路和选取的目标障 碍物进行建模， 通过基于有限元法的计算， 确定输电线路和目标障碍物之间的最小安全距 离值； 输电线路放电预警： 根据与目标障碍物对应的最终障碍物高度计算值、 输电线路的高 度值和最小安全距离值， 产生对应的输电线路放电预警信息， 以使电力检修人员根据输电 线路放电预警信息对输电线路作出相应处 理。 2.根据权利要求1所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其特征在于： “利 用基于数字模型 的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值 ”具体为： 将测量区内数字 地表模型DSM及数字高程模 型DEM相减得到用于反应障碍物高度的变化的数字模型， 通过对 数字模型进行邻域分析计算得到障碍物高度值， 根据障碍物的特征， 使用圆形邻域来进行 分析， 焦点统计得到邻域内的最大值为待定顶点， 结合正射影像图删去错误的 “顶点”后将 障碍物的高度信息提取 出来以获得第一障碍物高度值。 3.根据权利要求1所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其特征在于： “利 用点云信息的障碍物高度提取方法获取对应障碍物高度值 ”具体为： 首先对三维点云进行 滤波去噪， 以防止孤立噪声点影响提取结果； 圈定预定的范围提取出目标障碍物的点云， 范 围里包括地面点云和障碍物点云， 并且尽可能排除其他无关物体的干扰， 为提取所需障碍 物高度做准备； 根据点云高度值的数量分布将地面点云和障碍物点云区分开， 使用地面点 云的平均值来代替高程， 取障碍物点云最高点作为障碍物顶点， 最后减去地面高程即为所 测障碍物的第二障碍物高度值。 4.根据权利要求3所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其特征在于： 选择 利用点云信息的障碍物高度提取方法获取对应第二障碍物高度值作为最终障碍物高度计 算值。 5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其 特征在于： “输电线路最小安全距离值计算： 对不同电压等级 下的交直流输电线路和障碍物 进行建模， 通过基于有限元法的计算， 确定输电线路和障碍物之间的最小安全距离值 ”的步 骤具体为： 建立三 维高压输电线路仿真模型， 利用有限元软件进 行求解计算， 计算交流输电 线路下方、 不同类型的且指定了输入高度值及输入位置值的目标障碍物的表面的最大的电 场强度； 根据障碍物类型 的不同， 选取不同的相对介电常数作为计算所需的物理参数并根 据极不均匀 棒‑板模型确定对应类别的障碍物的流注放电起始场 强； 将同类的障碍物的表 面的最大的电场强度与障碍物的流注放电起始场强进 行比较， 在比较出同类的障碍物的表权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186526 A 2面的最大的电场强度不小于障碍物的流注放电起始场强时， 根据输电线路的高度值及所述 同类的障碍物的输入高度值计算出最小安全距离值。 6.根据权利要求5所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其特征在于： 获得 “目标障碍物的表面的最大的电场强度 ”的步骤具体为： 步骤1， 设定正负极导线等效起晕场 强、 导线表 面电荷密度初值； 步骤2， 用有限元法求解时域离子流场控制方程； 步骤3， 校验空 间电荷分布是否达到稳态， 若满足稳态校验时， 获得此时的导线表 面电场强度； 若不满足稳 态校验， 时间步加一， 亦既ti＝ti‑1+Δt， i为自然数， 跳转至步骤2进行下一时步仿真的计 算； 步骤4， 校验获得的此时的导线表面场强是否满足Kaptzov假设； 步骤5， 若满足Kaptzov 假设时， 获得当前计算的导线表面电场强度、 目标障碍物的表面上的最大的电场强度； 若不 满足Kaptzov假设时， 采用预估 ‑校正法用电荷密度迭代公 式逐次修正导线表 面电荷密度修 正导线表面电荷 密度后， 跳转 步骤1执行。 7.根据权利要求6所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其特征在于： 其 中，“校验空间电荷分布是否达到稳态 ”是指利用地面合 成场强的误差来衡量空间电荷分布 是否达到稳态； 其中， “是否满足Kaptzov假设 ”是指采用kaptzov假设判据来检验导线表面 电场强度与起晕场强的误差是否满足要求。 8.根据权利要求7所述的基于无人机监测的输电线路放电预警方法， 其特征在于： “修 正导线表面电荷 密度”具体为： 将导线表面电位设置为导线实际运行电压， 地面电位设置为0， 目标障碍物视为接地导 体， 设置端子电压为0； 采用电晕程度等效原理的方法计算等效导线的等效起晕场强， 分裂导线的起晕场强 其中E0'和m为经验常数， m为导线的表面粗糙系数， δ为空气的相对密 度， req为等效导线半径； 利用Comsol软件建立模型， 仿真计算可以得到分裂导线的表面最大工作场强Emax和等 效导线的表面最大工作场强Emaxeq， 使用公式 计算出等效起晕场强， 式中k1为分裂导线的起晕场强与表面最 大工作场强之比， k2为等效导 线的起晕场强与表面 最大工作场强之比； 将导线表面电荷密度在MATLAB中迭代， 采用预估 ‑校正法用电荷密度迭代公式逐次修 正导线表面电荷密度： 设置相 近的导线表面电荷密度后开始仿真计算， 将导线表面场 强与 起晕场强作比较， 通过公式 修正导线表面电荷 密度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186526 A 3