基于无人机LiDAR的淹没条件下输电线路杆塔倾斜检测

doi:10.13474/j.cnki.11-2246.2026.0811

测绘通报 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (8): 74-81.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2026.0811

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基于无人机LiDAR的淹没条件下输电线路杆塔倾斜检测

韦朋成^1,2, 王秀龙³, 王雨扬^1,2, 黄海峰^1,2, 郭若岚^1,2, 郭飞^1,2, 刘毅⁴, 赵斌滨⁴, 文清丰⁵, 安杨⁶, 郭威⁵

1. 三峡大学湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站, 湖北宜昌 443002;
2. 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室, 湖北宜昌 443002;
3. 国家电网有限公司, 北京 100032;
4. 国网电力工程研究院有限公司, 北京 100053;
5. 国网天津市电力公司电力科学研究院, 天津 300384;
6. 国网天津市电力公司高压分公司, 天津 300232

收稿日期:2025-12-09 发布日期:2026-09-12
通讯作者: 王雨扬。E-mail：17720457679@163.com
作者简介:韦朋成(1993—)，男，博士，讲师，主要研究方向为时空数据处理与三维重建。E-mail：weipengcheng@ctgu.edu.cn
基金资助:
国家电网有限公司总部管理科技项目(5500-202455159A-1-1-ZN)

Transmission line tower tilt detection under flooding conditions based on UAV LiDAR

Wei Pengcheng^1,2, Wang Xiulong³, Wang Yuyang^1,2, Huang Haifeng^1,2, Guo Ruolan^1,2, Guo Fei^1,2, Liu Yi⁴, Zhao Binbin⁴, Wen Qingfeng⁵, An Yang⁶, Guo Wei⁵

1. National Field Observation and Research Station of Landslides in Three Gorges Reservoir Area of Yangtze River, China Three Gorges University, Yichang 443002, China;
2. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area, Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang 443002, China;
3. State Grid Corporation of China, Beijing 100032, China;
4. State Grid Electric Power Engineering Research Institute Co., Ltd., Beijing 100053, China;
5. State Grid Tianjin Electric Power Coporation Electric Power Research Institute, Tianjin 300384, China;
6. State Grid Tianjin Electric Power Company High Voltage Co., Ltd., Tianjin 300232, China

Received:2025-12-09 Published:2026-09-12

摘要/Abstract

摘要： [目的] 针对洪涝灾害等淹没环境下输电杆塔塔基不可见、点云噪声增强等问题，本文提出了一种基于无人机LiDAR的输电杆塔倾斜检测新方法。[方法] 该方法仅需塔身底部水平杆件截面和塔顶位置即可完成倾斜评估，无需塔基基准和完整塔身数据。首先通过包围盒截取水平杆件截面点云并进行统计滤波去噪；然后采用多次RANSAC结合PCA策略拟合截面平面，并利用凸包-旋转卡尺-外接正方形方法提取准确截面中心；最后结合塔顶位置和塔高计算倾斜率，并提出轴旋定向分级倾斜模拟验证方法性能。[结果] 结果表明，在6.0‰倾斜率范围内，水平偏移检测误差小于6.0 mm，倾斜角误差小于0.01°，倾斜率误差小于0.2‰，相关系数均超过0.99，满足规程要求。[结论] 该方法为复杂水域环境下杆塔巡检和灾后评估提供了有效技术途径。

关键词: 无人机LiDAR, 输电杆塔, 倾斜检测, 淹没条件, 点云处理

Abstract: [Purposes] To address the challenges of invisible tower bases and enhanced point cloud noise in flood-submerged environments，a novel UAV LiDAR-based method is proposed for detecting transmission tower inclination in this paper. [Methods] This method requires only a horizontal member cross-section at the tower bottom and the tower top position to complete inclination assessment，eliminating the need for tower base references and complete tower body data.First，the cross-sectional point cloud of horizontal members is extracted using a bounding box and denoised through statistical filtering.Then，a multi-iteration RANSAC combined with PCA strategy is employed to fit the cross-sectional plane，and a convex hull-rotating calipers-circumscribed square method is used to extract the accurate section center.Finally，the tilt rate is calculated by combining the tower top position with the tower height.An axial-rotation directional graded tilt simulation method is proposed to validate the algorithm performance. [Findings] Results show that within a 6.0‰ tilt rate range，the horizontal offset detection error is less than 6.0 mm，the tilt angle error is below 0.01°，and the tilt rate error is under 0.2‰，with all correlation coefficients exceeding 0.99，meeting the requirements of transmission line operation regulations. [Conclusions] This method provides an effective technical approach for tower inspection and post-disaster assessment in complex aquatic environments．

Key words: UAV LiDAR, transmission tower, tilt detection, flooding conditions, point cloud processing

中图分类号:

P237

韦朋成, 王秀龙, 王雨扬, 黄海峰, 郭若岚, 郭飞, 刘毅, 赵斌滨, 文清丰, 安杨, 郭威. 基于无人机LiDAR的淹没条件下输电线路杆塔倾斜检测[J]. 测绘通报, 2026, 0(8): 74-81.

Wei Pengcheng, Wang Xiulong, Wang Yuyang, Huang Haifeng, Guo Ruolan, Guo Fei, Liu Yi, Zhao Binbin, Wen Qingfeng, An Yang, Guo Wei. Transmission line tower tilt detection under flooding conditions based on UAV LiDAR[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2026, 0(8): 74-81.

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参考文献

[1] 彭向阳，宋爽，钱金菊，等.无人机激光扫描作业杆塔位置提取算法[J].电网技术，2017，41(11):3670-3677．
[2] 周华良，饶丹，宋斌，等.输电线路分布式故障诊断系统的信息安全防护设计及应用[J].电力系统自动化，2019，43(15):193-199．
[3] 肖吾开提·吐尔逊，孜比热木·阿布都克力木，梅金鹏.输电线路运行安全分析及风险防治研究[J].光源与照明，2023(11):189-191．
[4] 胡琴，林昭生，周南飞.基于改进Jaya和DREAM算法的变分贝叶斯学习的输电塔结构损伤识别[J].东南大学学报(自然科学版)，2026，56(1):142-153．
[5] 张欣，谢强，李悦，等.带过渡段输电塔-线耦联体系的覆冰与脱冰跳跃分析[J/OL].西南交通大学学报，1-11[2025-10-31].https：//link.cnki.net/urlid/51.1277.U.20250115.1651.019．
[6] Li Jiaxiang，Wang Shuhong，Fu Xing.Dynamic response of tower-line system induced by insulator breakage considering the collision between the conductor and the ground surface[J].Journal of Performance of Constructed Facilities，2020，34:04019098.
[7] 吴建蓉，张啟黎，刘丹丹，等.基于采空塌陷区地表变形模型的输电杆塔承载力性能分析[J].广东电力，2025，38(2):92-100．
[8] 李嘉祥，王文瑞，付兴，等.输电铁塔在冰风耦合作用下失效概率分析[J].振动与冲击，2024，43(3):136-146．
[9] Yin Xiang，Guan Li，Wu Chaoqun，et al.Transmission line tower inclination measurement method based on three-dimensional laser scanning and inter frame difference[J].International Journal of Emerging Electric Power Systems，2025，26(2):283-291.
[10] 朱庆伟，刘明明，崔娟.高压电塔倾斜动态监测装置的设计与实现[J].西安科技大学学报，2018，38(4):663-668．
[11] 管明文，尹林，段谟东，等.基于GNSS的电塔形变自动化监测系统设计及应用研究[J].自动化技术与应用，2025，44(4):43-47．
[12] 国网浙江省电力有限公司台州供电公司.北斗高精度电塔在线监测终端：CN202122062773.0[P].2022-07-05．
[13] 马明辉，谢晖，徐世斌.基于激光传感器的输电线路塔杆倾斜监测系统设计[J].传感器与微系统，2024，43(9):71-75．
[14] 王婷，王奎，颜秋实，等.基于WPT的高压输电杆塔倾斜检测预警装置设计研究[J].黑龙江电力，2024，46(5):411-416．
[15] 郝一川，苏小林，赵巧娥.基于微机电系统加速度计的杆塔倾斜检测装置的开发[J].山西电力，2014(4):1-5．
[16] Lu Zhumao，Gong Hao，Jin Qiuheng，et al.A transmission tower tilt state assessment approach based on dense point cloud from UAV-based LiDAR[J].Remote Sensing，2022，14(2):408.
[17] 徐文婷，黄玉春，杨东晨，等.基于体素Transformer的电力走廊点云分类[J].电网技术，2025，49(7):3052-3062．
[18] 刘宇航，于雅雯，皮谭昕，等.基于多视图前景分割的电网设施三维数字化重建[J].电网技术，2024，48(2):710-720．
[19] 隋宇，宁平凡，牛萍娟，等.面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术研究综述[J].电网技术，2021，45(9):3636-3648．
[20] 陈亮.基于高密度机载激光点云的输电线路杆塔信息提取[D].阜新:辽宁工程技术大学，2016．
[21] 徐梁刚，时磊，陈凤翔，等.基于激光点云的输电线路杆塔倾斜检测算法[J].激光技术，2022，46(3):390-396．
[22] 谢宏全，杨涛，徐德伟，等.利用激光点云数据求取风电塔倾斜度的试验[J].测绘通报，2017(12):38-42．
[23] 林祥国，张继贤.架空输电线路机载激光雷达点云电力线三维重建[J].测绘学报，2016，45(3):347-353．
[24] 彭向阳，陈驰，徐晓刚，等.基于无人机激光扫描的输电通道安全距离诊断技术[J].电网技术，2014，38(11):3262-3267．
[25] Chen Mingwei，Chan T O，Wang Xianwei，et al.A risk analysis framework for transmission towers under potential pluvial flood-LiDAR survey and geometric modelling[J].International Journal of Disaster Risk Reduction，2020，50:101862.
[26] 芦竹茂，龚浩，金秋衡，等.无人机激光雷达点云电力杆塔倾斜状态测量[J].应用科学学报，2022，40(3):389-399．
[27] 黄科文，蒙彦锡，于昊田，等.基于激光点云的电力杆塔倾斜角度计算方法[J].应用科学学报，2024，42(6):988-999．
[28] Carrilho A C，Galo M，Santos R C.Statistical outlier detection method for airborne LiDAR data[J].The International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2018，XLII-1:87-92.
[29] Wei Pengcheng，Yan Li，Xie Hong，et al.Automatic coarse registration of point clouds using plane contour shape descriptor and topological graph voting[J].Automation in Construction，2022，134:104055.
[30] Rusu R B，Cousins S.3D is here:point cloud library (PCL)[C]//Proceedings of 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation.Shanghai:IEEE，2011．
[31] DL/T 741—2019架空输电线路运行规程[S].

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Transmission line tower tilt detection under flooding conditions based on UAV LiDAR

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[1]	董禧龙, 刘旭, 詹虎跃, 席隆海, 杨赟明, 陈亚军. 多层级RANSAC堆石坝坝面平整度检测[J]. 测绘通报, 2026, 0(4): 127-133.
[2]	李春意, 郭亚星, 丁来中, 崔希民, 郑月松. 特高压输电通道地表形变解译及杆塔受损定量评价[J]. 测绘通报, 2025, 0(11): 8-14.
[3]	郁威, 曹民, 孙金余, 吴绩伟, 田进, 黄秀松. 基于多线激光雷达的系泊船舶姿态监测算法[J]. 测绘通报, 2024, 0(11): 33-37.
[4]	黄玉林, 刘龙飞, 祖为国, 谭金石. 无人机LiDAR在输电线路平断面测绘中的应用[J]. 测绘通报, 2024, 0(1): 131-135.
[5]	朱赞, 姚钘, 王建琦, 李阳, 龙诗科. 三维激光扫描技术应用于机翼微变形检测[J]. 测绘通报, 2023, 0(5): 115-119.
[6]	吕欣阳, 樊冬丽, 张广运, 檀丁. 无人机影像匹配点云的露天矿台阶高度计算方法[J]. 测绘通报, 2023, 0(5): 135-139.
[7]	许志华, 逯行政, 彭远航, 杨可明, 王宇敏. 依托航空模拟平台的激光雷达技术课程实践教学装备[J]. 测绘通报, 2022, 0(4): 162-166.
[8]	马涛, 杨小明, 阎跃观, 闫东川. 以窗口化和地形坡度为基础的植被茂密区域点云滤波算法[J]. 测绘通报, 2021, 0(8): 33-36.
[9]	逯行政, 许志华, 徐二帅, 毛亚纯. 单线激光雷达扫描的矿车装载量核算方法[J]. 测绘通报, 2021, 0(7): 12-16.
[10]	范鹏, 王硕, 张正加, 刘修国, 陈启浩. 高分辨率时序InSAR技术在青藏输电杆塔精细形变监测中的应用[J]. 测绘通报, 2021, 0(3): 118-122.
[11]	段月辉. 徕卡P50三维激光扫描仪在建筑地形图测绘中的应用[J]. 测绘通报, 2020, 0(6): 158-162.
[12]	高梓成, 王国利, 郭明, 周腾飞. TLS在复杂钢结构特征获取中的应用[J]. 测绘通报, 2020, 0(2): 151-154,159.
[13]	武少丰, 杜洪涛. 移动激光扫描技术结合天宝Realworks在公路测设中的应用[J]. 测绘通报, 2018, 0(9): 152-155.
[14]	杨泽鑫, 程效军, 丁琼, 程小龙. 面向室内场景点云的对象重建[J]. 测绘通报, 2017, 0(6): 45-48,93.
[15]	王真立, 吴晓章, 陈刚, 杜顺季. 地面点云处理系统集成研究与实现[J]. 测绘通报, 2017, 0(11): 108-114.