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機載激光電力巡檢
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發布時間: 2022-10-19
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1.前言
隨著城鄉工、農業的不斷發展，輸電線路通道內新增植樹等危及線路安全運行的行為仍將會不斷出現。電力部門線路通道維護工作仍將面臨嚴峻的挑戰。輸電線路通道日常維護工作都是通過人工巡線方式開展，巡線人員通過肉眼、望遠鏡來對輸電線路進行監測，由于巡線人員與輸電線路及周邊環境存在角度差，無法準確的判斷線路周邊樹木對線路的危害程度。
輸電線路長距離、走廊復雜、交叉跨越多、地獄氣候差異大且數量逐年增加與線路運行維護人員數量相對不足的矛盾日趨突出，迫切需要能夠直觀反映輸電線路實際走向、交叉跨越關系及距離的三維走廊，以提供輸電線路走廊的清晰、完整、可讀取量測的全面數據，三維實景化展示展示現場通道情況，實現任意空間距離的精確三維量測，開展線路運維危險點的智能化監測分析與預警。
無人機巡線工作是一種大量野外作業過程。用無人機進行低空巡線，是一種高效的巡線過程。它不僅能把部分野外的巡線作業轉移到室內來做，還能把肉眼所難以發現的、處于萌芽狀態的隱患顯現出來。 利用無人機搭載激光雷達系統進行電力巡線是一項先進的技術手段。采用該項技術進行電力巡線，不僅在工作效率上可以大幅度提高，也能大大的減少野外工作，降低了巡線成本。
2.工作原理
電力巡線無人機 LiDAR 通過激光雷達系統巡線采集、處理電力沿線的激光點于，可以實現電力線路的真實三維重建，恢復電力線的沿線地表形態、地表附著物（建筑、樹木等）、線路桿塔三維位置和模型等。此方案可以為輸電線路監護人員提供數據基礎，了解輸電線路設備設施的結構信息，發現其中的異常和隱患，以及線路走廊中被跨越物對線路的威脅。該方案收集的線路屬性參數，還可以輔助實現線路資產管理，與智能電網方案結合效果更好。
機載激光測量系統工作原理如下：
無人機搭載系統在作業區域往返飛行，機載激光測量模塊進行數據采集工作。中海達機載激光測量系統一體化集成高精度激光掃描儀、高清相機、 GPS、 IMU等，其中 GPS 通過導航衛星獲取系統實時位置， IMU 記錄系統姿態，激光掃描儀通過發射、接收激光點云獲取系統行進過程中的地面高精度、高密度地面信息，高清記錄目標區域的正攝影像。各傳感器的數據通過同步控制系統進行統一作業，通過后續解算軟件獲取到精確的測繪成果。
3.作業流程
機載激光雷達主要包括激光點云數據采集和 POS 定位定姿航向數據采集，其中 POS 最為重要。 POS 數據的精度決定了三維激光點云數據的精度，可以說高精度的 POS 數據是獲取高精度點云數據的基礎。
無人機機載 LiDAR 原始數據采集流程應嚴格按照上述的采集步驟進行：
1． 航線設計：航線設計時應該考慮到地形的起伏、荷載無人飛行高度、飛行速度等因素。如果遇到地形起伏比較大的地塊航線的設計盡量的在目視范圍內，無人機飛行的高度和速度決定掃描點云的點間距。在上述因素全部考慮到航線設計中后，提前講軌跡線路導入飛行平臺飛控中并進行航線驗證，并確定飛行任務結束后無人機的動作。以保證整個飛行架次的安全；
2． 參數設置： 此時的參數設置主要是設置機載 lidar 的參數，參數包含相機參數和激光器的參數；
3． 精度收斂：進行精度收斂時應該選擇開闊的場景進行，一是對 GPS 信號沒有遮擋，二是保證飛行器能有足夠的安全空間進行動態動作。動態的動作最好是進行“8”字形運動。這一步驟對系統誤差收斂和達到標稱的精度至關重要，LiDAR 系統可以利用這一過程對 IMU 常值誤差、IMU 線性誤差、IMU 溫度誤差、參數設置包括激的發IMU 安裝偏差角誤差等多種誤差進行評估和修正；
4． 測區采集：完成了精度收斂步驟后，系統可直接進行待測區域進行數據采集。
4.數據處理流程
機載 LiDAR 數據的處理主要有 POS 數據的處理、點云數據的處理，通過自動化軟件進行處理，獲得配電線路巡檢所需的各項報告成果。 電力數據處理流程分為點云處理、巡檢報告的生成兩大塊。
5.數據分析
對點云進行去噪、分類之后可以直接在電力線走廊區域進行分析。 利用預處理軟件中的小工具可測量任意點之間的距離和高差。
6.機載 LiDAR 優勢
精度高、效率高
機載 LIDAR 系統數據采集的精度可達到 0.1 米，激光點云數據很密集，每平方米可達百個以上激光點；生產流程簡單，作業自動化程度高， DEM、等高線等初步成果可直接由點云自動生成。由于每個激光點都有大地坐標，可顯著減少外業工作，減少外業時間，降低作業成本。
機載 LIDAR 數據產品豐富
包含三維激光點云數據、高清數碼影像、 4D 數據和真三維模型等。在三維軟件支持下，疊加數字高程模型和數字正射影像而成的立體三維可視化場景模型，能真實直觀地反映實際地形地貌。
設計優化選線效率更高
機載三維激光 LIDAR 數據處理自動化程度更高，無需進行航測外業像控測量。機載激光電力巡線推薦方案三維場景更加逼真，可方便進行全線漫游以及多視角觀察，便于設計人員從整體上把握線路路徑。內業平斷面測圖作業效率大大提高。
隨著城鄉工、農業的不斷發展，輸電線路通道內新增植樹等危及線路安全運行的行為仍將會不斷出現。電力部門線路通道維護工作仍將面臨嚴峻的挑戰。輸電線路通道日常維護工作都是通過人工巡線方式開展，巡線人員通過肉眼、望遠鏡來對輸電線路進行監測，由于巡線人員與輸電線路及周邊環境存在角度差，無法準確的判斷線路周邊樹木對線路的危害程度。
輸電線路長距離、走廊復雜、交叉跨越多、地獄氣候差異大且數量逐年增加與線路運行維護人員數量相對不足的矛盾日趨突出，迫切需要能夠直觀反映輸電線路實際走向、交叉跨越關系及距離的三維走廊，以提供輸電線路走廊的清晰、完整、可讀取量測的全面數據，三維實景化展示展示現場通道情況，實現任意空間距離的精確三維量測，開展線路運維危險點的智能化監測分析與預警。
無人機巡線工作是一種大量野外作業過程。用無人機進行低空巡線，是一種高效的巡線過程。它不僅能把部分野外的巡線作業轉移到室內來做，還能把肉眼所難以發現的、處于萌芽狀態的隱患顯現出來。 利用無人機搭載激光雷達系統進行電力巡線是一項先進的技術手段。采用該項技術進行電力巡線，不僅在工作效率上可以大幅度提高，也能大大的減少野外工作，降低了巡線成本。
2.工作原理
電力巡線無人機 LiDAR 通過激光雷達系統巡線采集、處理電力沿線的激光點于，可以實現電力線路的真實三維重建，恢復電力線的沿線地表形態、地表附著物（建筑、樹木等）、線路桿塔三維位置和模型等。此方案可以為輸電線路監護人員提供數據基礎，了解輸電線路設備設施的結構信息，發現其中的異常和隱患，以及線路走廊中被跨越物對線路的威脅。該方案收集的線路屬性參數，還可以輔助實現線路資產管理，與智能電網方案結合效果更好。
機載激光測量系統工作原理如下：
無人機搭載系統在作業區域往返飛行，機載激光測量模塊進行數據采集工作。中海達機載激光測量系統一體化集成高精度激光掃描儀、高清相機、 GPS、 IMU等，其中 GPS 通過導航衛星獲取系統實時位置， IMU 記錄系統姿態，激光掃描儀通過發射、接收激光點云獲取系統行進過程中的地面高精度、高密度地面信息，高清記錄目標區域的正攝影像。各傳感器的數據通過同步控制系統進行統一作業，通過后續解算軟件獲取到精確的測繪成果。
機載激光雷達主要包括激光點云數據采集和 POS 定位定姿航向數據采集，其中 POS 最為重要。 POS 數據的精度決定了三維激光點云數據的精度，可以說高精度的 POS 數據是獲取高精度點云數據的基礎。
無人機機載 LiDAR 原始數據采集流程應嚴格按照上述的采集步驟進行：
1． 航線設計：航線設計時應該考慮到地形的起伏、荷載無人飛行高度、飛行速度等因素。如果遇到地形起伏比較大的地塊航線的設計盡量的在目視范圍內，無人機飛行的高度和速度決定掃描點云的點間距。在上述因素全部考慮到航線設計中后，提前講軌跡線路導入飛行平臺飛控中并進行航線驗證，并確定飛行任務結束后無人機的動作。以保證整個飛行架次的安全；
2． 參數設置： 此時的參數設置主要是設置機載 lidar 的參數，參數包含相機參數和激光器的參數；
3． 精度收斂：進行精度收斂時應該選擇開闊的場景進行，一是對 GPS 信號沒有遮擋，二是保證飛行器能有足夠的安全空間進行動態動作。動態的動作最好是進行“8”字形運動。這一步驟對系統誤差收斂和達到標稱的精度至關重要，LiDAR 系統可以利用這一過程對 IMU 常值誤差、IMU 線性誤差、IMU 溫度誤差、參數設置包括激的發IMU 安裝偏差角誤差等多種誤差進行評估和修正；
4． 測區采集：完成了精度收斂步驟后，系統可直接進行待測區域進行數據采集。
4.數據處理流程
機載 LiDAR 數據的處理主要有 POS 數據的處理、點云數據的處理，通過自動化軟件進行處理，獲得配電線路巡檢所需的各項報告成果。 電力數據處理流程分為點云處理、巡檢報告的生成兩大塊。
5.數據分析
對點云進行去噪、分類之后可以直接在電力線走廊區域進行分析。 利用預處理軟件中的小工具可測量任意點之間的距離和高差。
72-73 塔之間的跨度有 381.18m，離地高度有 56.79m，上層導線與下層導線間的間距有 14.12m，交跨線路的距離有 11m，同步的可以提取出交跨點的坐標信息；將軟件分析閾值設置為凈空 10m 時，有超過安全閾值的點， 測量出電力線弧垂到地表之間的距離，根據設定的安全距離閾值，自動檢測出危險點， 并自動輸出巡檢報告。
6.機載 LiDAR 優勢
精度高、效率高
機載 LIDAR 系統數據采集的精度可達到 0.1 米，激光點云數據很密集，每平方米可達百個以上激光點；生產流程簡單，作業自動化程度高， DEM、等高線等初步成果可直接由點云自動生成。由于每個激光點都有大地坐標，可顯著減少外業工作，減少外業時間，降低作業成本。
機載 LIDAR 數據產品豐富
包含三維激光點云數據、高清數碼影像、 4D 數據和真三維模型等。在三維軟件支持下，疊加數字高程模型和數字正射影像而成的立體三維可視化場景模型，能真實直觀地反映實際地形地貌。
設計優化選線效率更高
機載三維激光 LIDAR 數據處理自動化程度更高，無需進行航測外業像控測量。機載激光電力巡線推薦方案三維場景更加逼真，可方便進行全線漫游以及多視角觀察，便于設計人員從整體上把握線路路徑。內業平斷面測圖作業效率大大提高。
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