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解决方案
垂直固定翼LiDAR电力巡检解决方案

1. 电力巡检背景

随着我国经济高速发展,据统计数据显示2019年,国家电网66kv及以上输电线路长度达99万千米,南方电网主网线路达到21万千米,电网规模的快速扩张给电力巡检带来极大的挑战。

目前无人机巡检逐渐代替传统人工巡检的方式,无人机电力巡检占据南网60%的巡检量,旋翼无人机受电池续航的影响,制约巡检的效率。摄影测量手段进行电力巡检存在数据精度不高无法为精细化巡检提供数据资料且后处理耗费大量人力物力的问题,因此目前行业发展方向是垂起固定翼搭载激光雷达进行电力巡检。


2. 项目成果

1) 通道分析报告

2) 分类点云

3) 高精度点云数据


3. 项目痛点

测区长度100公里,要求获取数据宽度在电力线两侧外扩带150米,通道测区实地踏勘发现本项目存在的项目难点有:

1) 由于测区地势起伏高达200米;

2) 测区点密度不低于30pts/㎡;

3) 项目工期紧,要求两天内提交项目成果。


4. 使用设备

通过分析本项目难点公司,公司内部讨论认为北科天绘云雀Skylark、云莺Clouds都能满足项目需求,但公司云雀演示设备在其他项目作业,因此采用云莺Clouds进行作业。云莺Clouds是北科天绘自主研发拥有自主知识产权的轻型激光雷达系统,系统集成高清相机,可同时获取影像数据。

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云莺搭载垂起固定翼


5. 外业实施

5.1 航线规划

通过系统标配的SS-NAV航线规划软件,对测区进行航线规划,如图所示,本项目分两个架次飞行,测区如图所示:


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测区图示


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5.2 飞行作业

由于工期紧未采用架设基站方法进行轨迹解算,而是使用千寻服务进行轨迹的差分解算处理;

云莺Clouds系统和垂起固定翼无人机进行装载调试,首次搭配调试工作只用1个小时即完成。到达现场组装无人机及安装设备大约用时10分钟,安装完成后开始采集作业,作业完成后拆装设备撤离现场。整个作业用时大约3小时,即完成数据采集工作。外场流程如下图所示:

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外场流程


6. 数据处理

数据处理过程大约用时一天时间,主要包括前期准备工作,数据预处理工作及数据后处理工作。前期准备工作包括数据拷贝、数据备份;数据预处理工作是轨迹解算、点云预处理、数据后处理工作主要包括数据分类、基于分类点进行通道分析,前期准备工作用时30分钟;点云数据预处理用时较短,1个小时完成100公里的点云数据预处理。点云后处理使用电力处理软件进行,主要操作包括点云分类,基于分类点云进行通道分析,点云后处理两人进行处理,用时7小时。

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数据处理流程




6.1 数据预处理

将激光雷达POS数据和千寻数据进行联合差分解算,生成高精度的飞行轨迹数据OUT文件,然后使用北科天绘点云解算SS-Lipre软件解算输出WGS84坐标系下UTM投影的的LAS点云数据,原始数据量如下所示:

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原始点云数据

6.2 点云后处理

将外业采集到的高精度点云导入专业电力分析软件中,可快速对分类出电力通道地物,如电塔、电力线、底线、树木、房屋等。根据输电线路安全距离要求,可分析输电线路通道内导线与植被、上下交跨线、建筑、公路等地物的净空距离,从而确定线路通道内是否存在隐患点,提前预防,确保输电线路的正常运行。

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分类后点云


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交跨图示


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树障报告

7. 项目总结

通过本次使用云莺设备进行项目作业,对比现有巡线的模式总结有以下几点优势

  • 高效率:云莺与垂起固定翼进行搭载作业,具有作业效率高,单架次巡检线路长度大于50km;

  • 高点密度:云莺75°的视场角,搭载垂起固定翼进行电力巡检,获取电力走廊点密度大于35pts/㎡,满足项目需求;

  • 高精度:本项目获取数据通过采集地面点进行高程精度验证,高程精度优于5cm。

  • 多回波:云莺多回波特性即使在树木茂密区域也可获取足够的地面点数据;

  • 长测程:云莺的长测程满足在地势起伏较大区域,依然可以获取完整点电力线点云数据及完整的杆塔数据。

设备核心指标

最大测距:1000米@60%;

典型作业高度:100-600米;

扫描点频:50万点每秒;

扫描方式:内置多镜面专镜平行线扫描;

测距精度:10mm@100m;

点密度:优于40pts/㎡(H=200米)

精度:高程优于±5cm,平面优于15cm;

存储数据:可拔插式SD卡;