国家电网公司科学技术项目.doc

湖南省电力公司科学技术项目
可行性研究报告

项目名称：
动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距
应用技术研究
申请单位：
湖南省送变电建设公司
起止时间：
2010年10月至2012年10月

项目负责人：
王 澎
通信地址：
长沙市劳动西路226号
邮政编码：
410007
联系电话：
0731-85545026
传 真：
0731-85545025
申请日期：
2010年9月26日

一、 目的和意义
1、与项目研究内容相关的公司实际生产力水平和今后的发展方向
利用动力伞对输电线路进行巡检研究已取得丰硕成果，并进入实用化阶段。如果能继续研究，在动力伞上搭载能测定导线及周边树竹、各种架空线路、其它建筑物间的净空距离的专门仪器，具有很大的实际意义。
1）、作为监测手段，及时了解和掌握线路运行环境是否有危及线路安全运行的隐患，为有效决策提供依据。在输电线路的实际运行环境中，有可能对线路安全运行造成威胁的主要有树竹、各种架空管线、超高机械违章施工、违章建房及其它违章建筑物。目前常用的方法是巡视人员在地面利用经纬仪、测高仪，甚至是目测的方法，测量导线对这些障碍物进行净空距离测量。由于受地形条件限制及测量人员经验及技能影响，有可能发生漏测或测量误差超标的现象，导致测量数据与实际情况相差较大，造成误判，不能及时消除隐患而发生事故。特别是在树竹生长旺季等特殊时段，哪些线段的哪些部位存在危及线路安全运行的隐患，利用动力伞航巡和测定，即可快速确定隐患所在，为有针对性地快速采取措施、消除隐患提供依据，避免发生如2009年五民线“6.19”及2010年 “5.11” 这样的事件。在动力伞上搭载一种仪器，可以自动测量并记录输电线路导线、树竹、各种架空管线、违章施工的超高机械、违章建房及其它违章建筑物与测量仪器间的空间距离（包括水平距离、垂直距离及视距），编制软件，根据实际需要，计算输电线路任意处导线与周边物体的各种距离，进而判定是否满足线路安全运行的需要。
2）、提高工作效率。利用传统的经纬仪测量方法，一个熟练工人加上一个辅助人员到达一处视场开阔、地形条件较好的工作地点后，测量导线对周边物体的净空距离，用时不少于10分钟。如果遇上障碍物较多，比如河流、树竹、建筑物等影响视场及行走时，测量一处净空距离，可能会花上1小时。有些地形地貌，当工作人员深入现场后，很容易被现场各种障碍物所影响，找不到真正需要测定的部位，造成无效劳动，误导决策。如果需要测量多处，则需要花费更多的时间，投入更多的人力和物力，而利用动力伞，则可大大提高工作效率。
3）、电力网络和容量的增大以及电压等级的提高，使电力故障所影响的地域范围和用户数量越来越大，而适应性强、检测速度快、控制效率高、可靠性好的巡检系统是保证电网提高安全输电能力、避免大面积停电事故发生的关键。湖南省送变电建设公司重视并尽早地开展了动力伞电力线路系统的应用研究工作，并在电力线路施工和检测中成功加以应用推广，不仅积累了丰富的实践经验，充实和提高了科技创新和项目研发能力，而且日臻完善了应用及拓展所需具备的条件和要求。动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究是动力伞电力线路巡检系统的进一步完善，它不仅强化了输电线路的例行监测、检测和预警能力，对降低电网故障，减少故障损失，全面消除电力系统安全隐患起到显著效果，而且更深层的意义在于电网的安全稳定运行很大程度上保证了国家和社会的稳定。
2、项目成果对该现状和技术发展的作用
在电力线路运行中，受自然气候或灾害影响以及线路区域植被、建筑自然或人为的原因给电力线路带来损害所占比重极大，需要通过巡检手段的不断完善和预警能力的不断提高来达到有效的减少或杜绝。因此，动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究对保障电网安全稳定运行无疑将起到重要的推动作用。而且，由于动力伞应用在运营效率、安全性、作业范围等方面已显现出极大地的优越性，所以，项目更易于在电力行业乃至其它行业领域应用与推广。
电力线路下的植被因生长变化是否会有安全隐患，以往的工作模式是通过人工到线路底下判断。采用手持测距仪进行测量，很多情况受到制约，难以准确测量，不能给出定量的植被和线路的距离信息。同时人工巡查，在地形复杂地区开展较为复杂，效率较低。而借助动力伞、GPS、惯导、激光扫描仪和高分辨率相机，在动力伞飞过线路走廊的同时利用高分辨率激光雷达测量线路和线路下植被的空间立体距离，并通过解算GPS信息、惯导信息和高分辨率相机获取的融合数据，判读、定位危险地段和危险等级，并由此采取后续人工处理，达到准确判定树竹与导线的距离。
动力伞在空中进行植被和线路之间距离的测量工作，可采用的技术有激光雷达、微波、声波测距等，但目前较为现实的是激光雷达技术。动力伞不受地面地形遮挡，通过GPS信息可以获取飞行器绝对位置信息，同时在地面距离解算中获取飞行姿态信息（特别是颠簸过程中），准确计算出地面被扫描点的精确位置，由此绘制地形三维图，实现精确测距，及时发现电网运行隐患并采取措施给予消除，确保电网稳定安全可靠运行。同时，使得线路巡检效率大大提高，
动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究可实现每小时20公里以上线路巡查，植被分辨率小于0.25平方米分辨率，测距精度误差在10cm以内，同时融合数据可对接到电力系统GIS信息库中，实现三维线路走廊的绘制和测量。项目进一步完善了动力伞电力线路巡检系统，推动了机载激光雷达技术的拓新发展。
3、成果应用和推广的途径
借助动力伞、GPS、惯导、激光扫描仪和高分辨率相机。在动力伞飞过线路走廊的同时，利用高分辨率激光雷达测量线路和线路下植被的空间立体距离，并通过解算GPS信息、惯导信息和高分辨率相机获取的融合数据，判读、定位危险地段和危险等级，并由此采取后续人工处理。达到安全巡线的目的。此方法可使得线路植被安全巡线效率大大提高，而且可深入到人工或车辆巡线较为困难的地区。
动力伞激光雷达测距技术除可以应用于电力线路安全巡检外，还可以广泛应用于林业、城市监管、水利、近海岸地形测绘、地质灾害调查、国家安全等遥感遥测领域。
(1)、数字城市应用。此系统可用于城市规划中的大比例尺地形数据获取，特别是三维电子地图建立的高程信息。
(2)、灾害调查与环境监测。主要应用于自然灾害(如飓风、地震、洪水、滑坡等)的灾后评估和响应。
(3)、通过更换不同波段激光雷达组件，例如利用可差分吸收激光雷达，可应用于天然气、石油探测以及输油管道的监视等方面。利用激光雷达和动力伞遥感遥感技术可以建立早期预警安全系统。由于某些波段激光雷达可探测水下70米，可用于水资源的三维测量和动态监测。
可以预测动力伞遥感会成为一个新兴的行业，在国民经济发展中发挥越来越大的作用。
4、成果推广后的直接和间接效益
1）、可以实现树竹与导线距离的精确测量，减少电网事故的发生，降低电网跳闸率，大大提高电网的可靠运行，解决了我国电网在运行维护方面的技术难题，其经济效益及社会效益巨大。推广使用，年经济效益在1亿元以上。
2）、机载雷达技术地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有作业成本低及后处理成本的优点。符合并满足用户低成本、高密集、快速度、高精度的需求，因而成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。德国国家测绘局通过成本效益分析计算表明，对于同一项任务，用机载激光雷达测量技术实现的成本仅为用航空摄影测量技术实现成本的25～33%。
3）、人工巡检受地理环境、人体本能等因素的影响较大，难以对输电线路进行详细和快捷的检测，巡检作业效率相对较低。而动力伞空中立体巡查，不受地面物体的遮拦和地理位置的影响，巡检效率和故障处置反应速度较人工巡检有数十倍的提高，不仅能及早发出线路缺陷和隐患预警，减轻或避免线路灾害损失，同时也大大降低了人工巡检的劳动强度和安全风险。

二、 国内外研究水平综述
1、与项目研究内容紧密相关的技术发展历史简述
自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。
利用激光作为遥感设备可追溯到30多年以前，从20世纪60年代到70年代，发达国家对利用激光进行遥感作了大量的研究和试验，激光测月和卫星激光测距更是显示了激光遥测的巨大潜力。激光雷达测量技术作为一门新兴技术，已在地球科学和行星科学领域广泛应用。美国早在20世纪70年代阿波罗登月计划中就应用了激光雷达测高技术。20世界80年代期间，激光雷达测量技术得到了迅速发展，美国NASA研制出大气海洋雷达系统以及机载地形测量设备等机载系统，近十几年又研制出精确可靠的雷达测量传感器。德国、荷兰、加拿大、日本也在近二十年间进行了机载激光扫描地形断面测量系统、利用激光雷达测量技术提取地形信息、机载激光雷达系统的集成等多项研究和实验，并取得理想结果。近年来，随着相关技术的不断成熟，机载激光雷达技术得到了蓬勃的发展，欧美等发达国家先后研制出多种激光雷达测量系统和机载激光雷达测量设备，全球约有75个商用组织使用60多种类似的系统，从1998年起以每年25%的速度递增。
2、国内外研究、应用情况及发展趋势
　　随着机载激光雷达系统的不断成熟，其应用范围不断扩大。美、加、澳、瑞典等国家为浅海地形测量发展的低空机载激光雷达测量系统使用了机载激光测距设备、全球定位系统、陀螺稳定平台等设备，飞行高度为500-600M，直接测距与定位，最终得到浅海地形（或DEM）。美国HARC的激光雷达地形测量系统能实现准实时遥感信息的定位并生成DEM，效率要比现有的信息获取技术提高约几十倍。德国利用激光雷达扫描技术获取数字地形模型，获取地面真实正射影像，通过对数据进行滤波和分类，将地面点和建筑物或植被点分开，结果十分理想。荷兰已在全国范围内利用机载激光雷达测高技术建立数字高程模型（DEM），采集数据的空间分辨率已达到每16平方米有一个激光脚点。德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的探测激光雷达更高一筹，装载在直升机上使用，能探测300～500米距离内直径1厘米粗的电缆；法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达适用于飞机和直升机，具有多种功能，不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能。美国NASA于2003年初发射了星载激光测高卫星，标志着激光雷达技术达到了一个崭新的发展阶段。
相比国外 ，机载激光雷达测量技术研究在国内的起步较晚。中科院遥感所于1996年完成了机载激光扫描测距-成像系统的样机研制。近年来，我国十分重视激光雷达测量系统的研制，科技部、信息产业部、中科院等单位加快了机载或星载激光雷达系统的研制。武汉大学、中国测绘科学院以及广西桂能信息工程有限公司等也在引进国外高性能机载小光斑激光雷达系统的基础上，先后开展了试验和工程飞行。
激光雷达技术是获取三维地理信息的主要途径，其成果已被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、环境监测、防震减灾及国家重点建设项目等多个方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。因此，开展机载激光雷达测距的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。随着机载激光雷达测量技术的不断发展，硬件技术及系统集成的问题已得到解决，成熟的、自动化程度高的、可靠稳健的机载激光雷达测量必将成为测量技术的重要发展方向。

三、项目的理论和实践依据
1、项目技术原理简述
动力伞结合GPS、惯导、激光雷达和高分辨率相机；在动力伞飞过线路走廊的同时，利用高分辨率激光雷达测量线路和线路下植被的空间立体距离，并通过解算GPS信息、惯导信息和高分辨率相机获取的融合数据，判读、定位危险地段和危险等级，达到安全巡线的目的。
● 激光雷达组成和原理：
激光雷达的基本组成主要由激光发射系统、激光接收系统、信息处理系统等组成。雷达工作时，激光发射器发射激光，通过光学系统射向大气，当激光射到目标时，反射回来的激光一部分通过接收光学系统射到光电探测器上，光电探测器使光信号转换成电信号，经过放大、数模转换、数据采集、数据处理、描点画图、最后在显示器上显示。
信息处理系统对回波信号进行相应处理提取信息。其功能包含搜索和发现目标；测量其距离、速度、角位置等运动参数；测量目标反射率、散射截面和形状等特征参数。

激光雷达测距系统

本系统拟采用的是采用脉冲激光测距体制，利用激光扫描器扫描成像，以半导体激光器作为光源，实现高速成像激光雷达。激光雷达中关键是采用了高性能二维扫描技术，通过可调速的光学鼓镜构成扫描器，实现一个方向的探测。发射机提供高重复频率大功率激光，并对半导体激光器的输出激光进行准直。接收机接收从目标反射回来的激光，测量发射激光脉冲信号和接收激光脉冲信号的时间间隔，测量接收激光脉冲信号的峰值。激光扫描器对发射机发射的激光和从目标反射回来的激光进行同步扫描，使从目标反射回来的激光始终在接收机的接收视场内。

● 动力伞激光雷达测距系统工作流程：
1）、动力伞原始飞行数据获取。动力伞沿线路走廊飞行，实时记录GPS空间位置数据、惯性导航系统数据、激光扫描数据、激光反射强度信息以及回波数据、原始数码影像。
2）、航线重构。航线重构为后期的航带拼接，接边检查提供了数据支持。通过GPS联合差分解算，以精确确定飞机飞行轨迹。
3）、激光数据的系统误差和异常值剔除。在处理激光测距原始数据时必须剔除异常点,即测距远大于飞行高度的奇异点或测距值特别小的无效数据。
4）、计算激光点三维空间坐标。利用软件算法，对飞机GPS轨迹数据、INS飞机姿态数据、激光测距数据及激光扫描镜的摆动角度数据进行联合处理，最后得到各测点的(X，Y，Z)三维坐标数据。
5）、航带拼接。利用飞行同步获取的地面高清影像，可以确定和消除航带间的系统误差。航带拼接的目的是提高重叠区域数据精度，满足接边地物的连贯性。
6）、线路识别和拟合。通过软件滤波和分类算法提取线路部分，连接空间线路上缺失点。
7）、人工交互编辑，人工交互编辑的目的是剔除自动算法的失效，去掉自动分类没有正确滤掉的部分粗查和未分类正确的激光点。
8）、线路和地面测距。通过人工交互和自动算法实现线路和地表距离筛查，并提供预警结果。
2、项目研究内容的理论或实践依据
国内外学者对提高机载雷达数据精度做了大量研究，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量。 目前已有激光雷达在飞机、直升飞机上使用的先例，在无人机上使用也在开展中。但由于飞机飞行高度过高，最高性能激光雷达能够做到的空间分辨率相对映射到地面后，实际空间分辨能力并不高，还不能识别出线路等细小目标；而无人机由于不能满足搭载高性能激光雷达的负载和电源供应要求，被迫使用低分辨率激光雷达，尽管飞行高度不高，但受限于激光雷达能力，无法达到检测出电线的能力。因此上述飞行器平台，仅仅应用在分辨率不高的遥感和测量领域，无法满足电力巡线要求。
在综合理论计算和对比中，动力伞负载在30Kg以上，可负载高容量蓄电池，完全可搭载分辨率高、能识别电力线路的高分辨率激光雷达，从而现实测量线路和下方植被距离的现实目的。同时它的经济成本也是最低的。

● 项目研究可行性论证：
1、激光雷达的指标要求和论证
动力伞飞行在线路50米外，所以激光雷达测量的距离大于50m，考虑山区飞行，测距范围应大于100m。
高压线路宽度在40米，假定飞行器与线路典型距离在70米，则激光雷达扫描横向视角应大于：
Arctan（25/70）*2 = 39度
电力线路平均直径在35mm，同时考虑到激光雷达扫描的有效性（一般取50%），所以激光雷达需要实现100米外，空间分辨率要求在35mm。
即空间分辨角度为 ：
Arctan（0.035/100） = 0.02度
同时考虑动力伞飞行速度小于40KM/H，即每秒小于12米，为了达到飞行方向上0.5米分辨率，则扫描频率必须大于24HZ。
采用Riegl VQ-180激光雷达组件，指标如下：
1．系统基本技术指标
设备型号
RIEGL Riegl VQ-180
整套设备集成度、重量
小于9千克
工作范围
1.5m-150m
工作温度
摄氏-10°C到+40°C
储藏温度
摄氏-20°C到+50°C
工作电源参数
18-32VDC
工作功率
一般50w（峰值小于100W）
保护等级
国际IP64标准，防尘防水
典型应用
移动或静态测量
2、激光扫描系统技术指标
激光等级
对人眼安全一级激光
激光脉冲频率、波长
激光脉冲频率最高可达200 kHz,可调，波长1550nm
激光测距最大、最小范围
1.5m -150m
测量精度(100米距离)
15mm
回波强度
每个回波都含有16bit的信息，便于区分扫描对象
光斑大小
在100米距离时为31毫米，150米距离时为50毫米
扫描模式
旋转镜方式
扫描仪视场角
100°（+60°/-40°）
扫描速度
10-120线/秒
角度分辨率
0.001°

一般激光雷达室外测距值在标称的60%,150*0.6 接近100米。激光雷达每秒发射激光束有效接收个数一般为最大值的1/3。但为了保证70米外识别直径大于40mm线路，激光束间最小间隔角度为：
Arctan（40/70000）= 0.0327度
由于其扫描角度为100度，即激光每行扫描100/0.0327= 3058个点。激光雷达组件，每秒扫描总数是有限的20万个点，若每行扫描3000个点，只能扫描66.7HZ。而动力伞运动方向上，按最大飞行速度每秒15米则，系统要求保证0.3米的分辨率，则采用66.7HZ,飞行方向上分辨率为 15/66.7 = 0.224米。激光雷达在动力伞距离线路70米时，横向分辨率在0.04米，纵向分辨率在0.23米。若距离50米，横向分辨率为0.0286米。
飞行方向和扫描方向分辨率都小于0.5米，横向足以识别电线，而纵向可识别普通植被。完全满足初步筛查要求。达到一般应用需求。且系统的扫描频率是可以调节的，所以，可根据飞行速度实时调整扫描频率获取最优数据。由此可知，器件各项指标均符合应用需求，且组件功率小于100W，重量小于10公斤，完全满足动力伞搭载条件，
2、GPS定位和姿态感应技术可行性
GPS定位和姿态感应技术成熟，且指标精度不影响测距功能，器件功耗和重量要求较小，选型器件指标如下：
物理特性
尺寸(L*W*H)
140 mm×110 mm×45 mm
重量
0.7 kg (不含GPS天线)
电源
12～30 VDC
工作性能
实时航向角精度
0.25 deg /L (RMS)
(L为基线长度)
实时姿态精度
0.5 deg/L(RMS)1
(L为基线长度)
位置精度
(差分/非差分GPS)
1.8 m/0.45 m/0.2 m (RMS)
(L1/DGPS/RT20)
水平速度
0.03 m/s RMS
垂直速度
0.05 m/s RMS

冷启
(无最近星历和大概位置)
<60 s
热启
(最近星历和大概位置)
<35 s
重新捕获
<1.0 s
测量范围
速度限制
515 m/s
输出速率
10 Hz(可定制)
使用环境
温度
-40℃～+80 ℃
振动
4 g(保持跟踪)
冲击
10 g, 11 ms

3、软件三维显示、测距、实时拍摄功能可行性
飞行中软件实时记录GPS位置信息，激光雷达距离信息，并存储下来，地面分析时，利用OPENGL可实现三维建模，虽然需要大量数据计算和3D绘制，但这些借助高性能PC在地面时可轻松编程实现的。形成最终报告数据。

空中电力线塔的三维效果图

地面拍摄信息图
软件系统数据带宽如下：
激光雷达信息为200Khz * 4 * 2 * 16 = 50Mbps;
高清晰可见光摄像机 200万像素 * 10 *20 = 400Mbps
高速网络接口带宽为1Gbps ＞400+ 50 Mbps ，完全满足需求，并为GPS信息留有余量。
在激光雷达获取的每个扫描信号都是16位的强度回拨信息。软件通过强度信息，高度和位置信息，借助简单的人工辅助和智能分类算法，可实现线路的智能识别，并计算线路下每个点到线路距离，达到测距目的。

四、项目研究内容和实施方案
1、项目研究内容
电力线路下的植被因生长会接近导线而致使线路短路、跳闸的危险。此情况容易在山区、多林地带和人工巡查困难的地方发生。
动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究借助动力伞、GPS、惯导、激光扫描仪和高分辨率相机。在动力伞飞过线路走廊的同时，利用高分辨率激光雷达测量线路和线路下植被的空间立体距离，并通过解算GPS信息、惯导信息和高分辨率相机获取的融合数据，判读、定位危险地段和危险等级，并由此采取后续人工处理，达到准确判定树竹与导线的距离。
1、动力伞飞行技术研究
动力伞是整个高效巡线的关键平台：
1）、需要有较大飞行动力，满足搭载150Kg负载的要求；
2)、能够在线路50m外区域灵活、自由飞行，从而达到安全要求；
3）、能够在复杂的地理环境下自由起降，实现山区、丘陵地区的巡线；
4）、动力伞飞行技术的熟练掌控是项目研究的必要基础。
2、激光雷达测距技术研究
1）、依据动力伞飞行状态和飞行速度，要求激光雷达测量的距离大于50m，最好做到200m；
2）、电力线路平均直径在35mm，同时考虑到激光雷达扫描的有效性（一般取50%），所以激光雷达需要实现100米外，空间分辨率要求在35mm左右；
3）、动力伞飞行速度小于50KM/H，即每秒为12米左右，为了达到飞行方向上0.5米分辨率，扫描频率必须大于24HZ；
4）、激光要求是安全激光，不能对底下人和动物，或者线路产生危害。
3、GPS定位和姿态感应等技术研究
1）、飞行器飞行中的位置必须有GPS感知，由坐标信息和测距信息，才可绘制三维线路走廊图；
2）、飞行器颠簸导致激光雷达倾斜，必须通过姿态传感器感知，由此计算出每个激光扫描点的真实物理位置。
4、三维显示、测距软件技术研究
1）、依据GPS位置信息，激光雷达距离信息，利用OPENGL等复杂的三维建模技术，实现三维显示；
2）、通过软件算法，和人工辅助的办法，实现线路的智能识别，并计算线路下每个点到线路距离，达到测距目的，并最终给出决策信息；
3）、飞行中为了给航拍员实时拍摄指导，软件系统，必须实时显示高分辨率相机的图像信息，和测距信息，保证线路瞄准。
5、信息融合技术研究
动力伞搭载的高清晰摄像机可同步获取地面的地物地貌真彩或红外视频信息，而激光雷达弥补了其缺乏的高度信息，由此形成的高分辨率三维空间信息是相当宝贵的，结合高分辨率相机信息，可实现立体的遥测数据。并可为将来建立的电力系统GIS数据库关联、互补。
6、伺服系统研究
1）、解决整个系统的飞行稳定，保证激光雷达在飞行中姿态平稳，减少机械振动和冲击对测量系统的影响；
2）、实现简单联动机构，实现电子系统与动力伞的安全连接，并满足飞行员对线路拍摄的角度调整要求；
3）、提供系统平台供电。
2、项目研究步骤
1）、项目准备阶段 （1个月）。
2）、激光雷达地面性能验证（2个月）。利用车载动态环境，控制时速40公里运动中，通过激光雷达获取，地面远处100米线路目标数据，验证激光雷达性能达到指标。若有出入，及时调整。
3）、三维现实和控制软件设计（2个月）。软件实现激光雷达线扫数据的三维显示，并实现激光雷达的控制功能。
4）、GPS和姿态传感器、高速可见光摄像机、高亮度电子屏幕等器件采购和软件集成（1个月）
5）、软件实现激光雷达线扫数据和GPS信息融合（3个月）。通过软件算法和姿态信息，GPS信息，激光雷达回波信息，科学计算出测量点立体图。
6）、动力伞和激光雷达等硬件设施的电源设计和实现（1个月）。激光雷达等设备电源供电要求和动力伞平台不一样，需要设计升压和降压电路。
7）、系统结构设计和实施（3个月）。设计“类吊舱”平台，将激光雷达等电子设备固定于动力伞上的小平台中，并考虑减震，设计简单连杆，实现操作员摆动控制机构。
8）、软硬件系统联调（1个月）。整个软硬件件系统在地面车载，实现同步显示相机图像，测距信息，GPS信息等功能。
9）、系统实测和完善阶段（4个月）。系统在动力伞上搭载测试，并设计测试项目，考查系统性能指标。
五、预期目标和成果形式
1.项目研究预期达到的目标
通过动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究，使动力伞电力线路巡检系统得到进一步完善，达到强化输电线路的例行监测、检测和预警能力，降低电网故障，减少故障损失，全面消除电力系统安全隐患的目标。
2.研究成果的形式、全套设计制造技术、实用装置或软件
动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究在国内外尚属空白，其关键技术的形成和系统装置的研发是具有自主知识产权的原始创新成果，不仅能满足电力行业的现实需求，而且可带动相关配套新产品和新装置的研发以及动力伞在多个行业领域的应用拓展。本项目将根据研究、设计和应用的发展状况决定发明专利和实用新型专利方面的申请。

六、 合作单位落实情况（意向中）
目前正与武汉大学遥感信息工程学院或其委托单位进行项目接触。

七、项目承担单位的条件
1、项目负责人
王澎，男，49岁，湖南省送变电建设公司科技分公司经理，机电体系专业硕士研究生学历。主持并参与多项科研课题研究，其中以动力伞电力线路应用研究成绩尤为突出。动力伞展放导引绳施工工艺至今已在全国电力行业广泛推广应用，取得了优异的经济效益和社会效益；动力伞电力线路巡检系统研究项目已通过省电力公司鉴定，目前已转入实践应用阶段。在其主持并参与完成的科研项目中，10多个项目获得了各级科技成果奖，多个项目获得国家实用新型专利，得到国家电网公司以及客户的认可和好评。同时该同志多次在国家电网公司新技术论坛发表文章，得到国家电网公司领导的赞扬。

2、项目研究组成员人员
序号
姓名
年龄
职务
职称
专业
本项目
分工
投入项目工作总月数
工作单位
1
向元桢
47
总经理
高工
高电压
技术
负责人
6
湖南省送变电
建设公司
2
刘长根
45
副总经理
高工
机电
一体化
负责人
12
湖南省送变电
建设公司
3
王 澎
49
经理
高工
液压
传动
项目
负责人
24
湖南省送变电
建设公司
4
尹作为
30
室主任
高工
计算机
工程应用
技术
负责人
20
武汉大学遥感信息工程学院
5
严 兵

主任
工程师
线路
运行
分项
负责人
10
湖南省送变电
建设公司
6
谢上游
51
主任
工程师
电气
自动化
分项
负责人
14
湖南省送变电
建设公司

3、项目相关单位
1）、湖南省送变电建设公司现有飞行动力伞7台套，工程施工及指挥车辆9台；已取得飞行伞驾驶资格证书5人；指挥调度、工程技术、安全监督和施工辅助人员36人。
公司已具备科研开发的技术力量、场地以及培训各类巡检工作人员的能力，飞行员、航拍员、数据分析处理员以及领队、地勤人员、工程车驾驶员、机械师构成了动力伞放线、巡线技术应用的多位一体，对动力伞电力应用积累了丰富的实践经验。动力伞、巡检设备仪器、后方保障机具足以保证高效、可靠、安全、快速的专业实施。
2）、武汉大学遥感信息工程学院是集遥感、测绘、空间信息工程技术于一体的信息和工程类学院。 在“211”工程和“985”工程支持下，先后建立了具有世界先进水平航天、航空、低空、地面立体数据采集科研体系。
测绘遥感信息工程国家重点实验室作为国家重点实验室。实验室以测绘信息科学为基础，综合研究遥感、空间信息系统和空间定位的基础理论、关键技术、应用模式和集成方法。主要研究方向为：遥感影像信息处理、空间信息系统、空间定位理论与技术、空间信息与多媒体通信技术、3S 集成技术等。近年来，实验室主持和承担科研项目235 项，其中，863计划项目10项，973计划项目6项，国家自然科学基金项目30项，国防项目18项，国际合作项目8项，开放基金、省市级项目和横向合作项目等163项；取得了一批具有重大影响的研究成果，为国家和部门的重大决策以及社会可持续发展提供了科学依据和决策保障，为国防建设和国家安全提供了可视化的军事情报服务。

八、项目进度安排
序号
时间段
内 容
1
2010年10月—11月
项目可行性研究及相关技术内容报告
系统总体设计和方案论证并确定
2
2010年11月—12月
确定合作方，签订研发合同
激光雷达测距地面性能验证
3
2011年1月—3月
三维现实和控制软件设计
4
2011年3月—4月
GPS和姿态传感器、高速可见光摄像机、高亮度电子屏幕等器件采购和软件集成
5
2011年4月—6月
软件实现激光雷达线扫数据和GPS信息融合
6
2011年7月—8月
动力伞和激光雷达等硬件设施的电源设计和实现
7
2011年8月—10月
系统结构设计和实施
8
2011年11月—12月
软、硬件系统联调
9
2012年1月—4月
初样机现场试验
系统实测和完善
10
2012年5月后
正机提交电力线路现场实飞
研究总结、技术总结、项目鉴定准备

九、项目经费预算　　　　　　　　　　　　 单位：万元
预算支出科目
金额
申请资助
自筹
备注
（一）直接费用
256.5
160
96.5

  1．人员费
16

16

    (1) 研究机构人员费
8

8

    (2) 临时工工资
8

8

  2．设备费
223
160
63

    (1) 仪器设备购置
212
152
60

    (2) 仪器设备试制
3

3

    (3) 软件购置
8
8

  3．业务费
13.5

13.5

    (1) 材料费
1

1

    (2) 试验费
4

4

    (3) 资料费
1

1

    (4) 印刷出版费

    (5) 会议费
2.5

2.5

    (6) 差旅费
5

5

  4．其他直接费
4

4

（二）间接费用
13.5

13.5

  1．现有仪器设备使用费
7

7

  2．直接管理费
4.5

4.5

  3．其他间接费用
2

2

（三）外委研究支出
30

30

  1．外委支出
30

30

总 计
300
160
140

十、有关证明文件
1、承担单位业务主管对项目意见
2、合作单位和依托工程单位对项目的意见及盖章
3、自筹经费来源及保证证明
4、经费预算表

编写要求：
1. 各承担单位业务主管对项目的意见；
2. 依托工程单位对项目的意见；
3. 自筹经费来源及保证证明；
4. 协作单位意见及盖章。

十一、申请单位领导审查意见
（对经费预算是否合理，有无其他经费来源，能否偿还贷款，能否保证研究计划实施所需的人力，工作时间等基本条件提出具体意见）

单位领导（签字） 单位（公章） 年 月 日

21

附件１　设备费——购置预算明细表（单价5万元以上）
序号
设备（软件）
名称
型　号
单价(万元/台)
拟购置数量（台件）
总价
（万元）
经费
列支
生产国别与地区
主要技术性能指标
购置理由、用途、
拟安置单位
（与本项目、子项目关系）
1
激光雷达组件

130
1
130

2
GPS和飞行惯导模块

10
1
10

3
巡线测距和三维建模软件

8
1
8

4
动力伞

37.9
1
37.9

5
工程车

16.8
1
16.8

6
指挥车

8.1
1
8.1

单价5万元以上设备合计

6
210.8

单价5万元以下设备

5
9.2

累计

11
220

附件2　设备费——试制预算明细表（单价5万元以上）
序号
设备（软件）
名称
单台价值 (元/台件)
拟试制数量（台件）
总　价
（万元）
经费列支
主要技术
性能指标
试制理由和用途 （与本项目、子项目关系）
1
动力伞电子设备改造系统电子集成
1
1
3

单价5万元以上设备
合计

单价5 万元以下设备

1
3

累计

1
3

附件3　业务费——材料费预算明细表（大宗或贵重的材料）
序号
材料名称
计量单位
单　价 （元/单位数量）
材料费用
经费列支

大宗或贵重材料合计

其他材料

累　计

附件4　外委研究经费支出预算表
序号
外委研究任务名称
外委研究任务内容
外委研究任务承担单位
经费列支
1
动力伞电力线路运维中激光雷达三维测距应用技术研究
激光雷达三维测距

30万元

累　计
30万元

附件4　外委测试化验与加工费预算明细表（量大或价高的外协测试化验与加工项目）
序号
外委测试化验与加工的内容
外委测试化验与加工单位
计量单位
单　价 （元