无人机机载激光电力巡线方案.docx

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1、无人机机载激光电力巡线方案/、Ld1a1.0J三随着城乡工、农业的不断发展，输电线路通道内新增植树等危及线路安全运行的行为仍将会不断出现。电力部门线路通道维护工作仍将面临严峻的挑战。输电线路通道日常维护工作都是通过人工巡线方式开展，巡线人员通过肉眼、望远镜来对输电线路进行监测，由于巡线人员与输电线路及周边环境存在角度差，无法准确的判断线路周边树木对线路的危害程度。输电线路长距离、走廊复杂、交叉跨越多、地狱气候差异大且数量逐年增加与线路运行维护人员数量相对不足的矛盾日趋突出，迫切需要能够直观反映输电线路实际走向、交叉跨越关系及距离的三维走廊，以提供输电线路走廊的清晰、完整、可读取量测的全面数据，

2、三维实景化展示展示现场通道情况，实现任意空间距离的精确三维量测，开展线路运维危险点的智能化监测分析与预警。无人机巡线工作是一种大量野外作业过程。用无人机进行低空巡线，是一种高效的巡线过程。它不仅能把部分野外的巡线作业转移到室内来做，还能把肉眼所难以发现的、处于萌芽状态的隐患显现出来。利用无人机搭载激光雷达系统进行电力巡线是一项先进的技术手段。采用该项技术进行电力巡线，不仅在工作效率上可以大幅度提高，也能大大的减少野外工作，降低了巡线成本。2系统组成及工作原理2.1系统组成机载三维激光扫描系统分为三个部分：无人机机载平台、机载激光测量模块、后处理软件。整套系统设备列表如下：产品型号无人机载Lid

3、ar平台无人机飞行平台大疆M600Pro激光扫描设备Velodyne16定位定姿系统MEMS+GPS高清影像系统Sony电源系统高性能锂电池软件移动三维测量系统操控软件HD_ARS100_Logging定位定姿后差分处理软件中海达多源数据融合软件HDDataCombine点云处理软件HD3LSScene海达基础平台软件HDStudioQT三维点云建模软件HDModeling电力巡线无人机LiDAR通过激光雷达系统巡线采集、处理电力沿线的激光点于，可以实现电力线路的真实三维重建，恢复电力线的沿线地表形态、地表附着物（建筑、树木等）、线路杆塔三维位置和模型等。此方案可以为输电线路监护人员提供数据基

4、础，了解输电线路设备设施的结构信息，发现其中的异常和隐患，以及线路走廊中被跨越物对线路的威胁。该方案收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合效果更好。机载激光测量系统工作原理如下：无人机搭载系统在作业区域往返飞行，机载激光测量模块进行数据采集工作。中海达机载激光测量系统一体化集成高精度激光扫描仪、高清相机、GPS、IMU等，其中GPS通过导航卫星获取系统实时位置，IMU记录系统姿态，激光扫描仪通过发射、接收激光点云获取系统行进过程中的地面高精度、高密度地面信息，高清记录目标区域的正摄影像。各传感器的数据通过同步控制系统进行统一作业，通过后续解算软件获取到精确的测绘成果

5、。机载激光雷达主要包括激光点云数据采集和POS定位定姿航向数据采集，其中PoS最为重要。PoS数据的精度决定了三维激光点云数据的精度，可以说高精度的PoS数据是获取高精度点云数据的基础。无人机机载LiDAR原始数据采集流程应严格按照上述的采集步骤进行：1 .航线设计：航线设计时应该考虑到地形的起伏、荷载无人飞行高度、飞行速度等因素。如果遇到地形起伏比较大的地块航线的设计尽量的在目视范围内，无人机飞行的高度和速度决定扫描点云的点间距。在上述因素全部考虑到航线设计中后，提前讲轨迹线路导入飞行平台飞控中并进行航线验证，并确定飞行任务结束后无人机的动作。以保证整个飞行架次的安全；2 .参数设置：此时的

6、参数设置主要是设置机载Iidar的参数，参数包含相机参数和激光器的参数；3 .精度收敛：进行精度收敛时应该选择开阔的场景进行，一是对GPS信号没有遮挡，二是保证飞行器能有足够的安全空间进行动态动作。动态的动作最好是进行“8”字形运动。这一步骤对系统误差收敛和达到标称的精度至关重要，LiDAR系统可以利用这一过程对IMU常值误差、IMU线性误差、IMU温度误差、IMU安装偏差角误差等多种误差进行评估和修正；4 .测区采集：完成了精度收敛步骤后，系统可直接进行待测区域进行数据采集。机载LiDAR数据的处理主要有POS数据的处理、点云数据的处理，通过海达自主研发的高自动化软件进行处理，获得配电线路巡

7、检所需的各项报告成果。电力数据处理流程分为点云处理、巡检报告的生成两大块。IMU海达二维激光点云处理软件对融合出原始点云数据进行分类、编辑等处理，可按多种格式输出点云数据，根据分类结果，设置相关参数，输出DEM、DSM自动提取电力线弧垂，比对弧垂 到地表的距离，输出巡检报告海达二维激光点云建模软件进行 快速、高效的二维建模，得到二维模型2.5.1数据预处理软件根据PoS输出的高精度轨迹数据，自动生成激光点云全景影像和激光点云的配准，并对点云进行着色多种方式的扫描过滤，根据用户应用需要过滤不需要的点云支持导入矢量数据与点云数据进行叠加分析提供智能的点云分类算法，方便点云的后处理多种点云渲染方式，

8、并支持用户配置支持多种点云数据格式的导出，包括obj、dxfxyz、IaS等提供相机位置姿态标定功能，能够标定相机相对于IMU的位置和姿态。根据影像的外方位元素，结合DEM,生成单片正射影像。批量匀光匀色功能。支持参考片匀光，匀光参数匀光等方法。能够自动生成影像金字塔，并能够对影像进行流畅的缩放，平移。支持自定义图幅划分功能，并且能够根据自定义的图幅。支持影像全自动拼接功能，无需任何人工编辑拼接线，就能够得到“无缝的拼接后影像。支持图幅裁切功能。能够通过自定义的图幅，将拼接后的影像裁切成图幅。2.5.3三维建模软件提供方便的基于点云和影像数据的三维建模工具用户任意视图切片操作处理基于AlltO

9、CAD二次开发，与AutoCAD命令无缝集成根据选中的点云自动拟合面、线，提高作业效率采用硬件加速、支持海量点云数据的流畅处理支持自定义模型，能够快速、批量插入预定义电塔模型3.机载LiDAR数据应用利用直升机和无人机平台搭载的激光雷达扫描系统，可以获取高压输电线路上的高密度、高精度激光雷达点云和光学影像数据，实现输电线路本体及周围环境的真三维模型，进行高精度三维空间量测、模拟分析及通道可视化管理。对点云进行去噪、分类之后可以直接在电力线走廊区域进行分析。利用预处理软件中的小工具可测量任意点之间的距离和高差。1、电力分档QQi久久。=.CZOAAOFS3/OQOlOA-IlB-三-将获取到的4

10、基塔数据进行分为三档数据，并对每一档数据进行分析检测。分当前：分档后:图9数据分档后7273塔之间的跨度有381.18m,离地高度有56.79m,上层导线与下层导线间的间距有14.12m,交跨线路的距离有Ilm,同步的可以提取出交跨点的坐标信息;将软件分析阈值设置为净空IOm时，识别如下图所示；图10危险点提取图11危险点提取二图12危险点提取：本次所扫描的7274基塔根据巡检报告显示没有危险点情况，系统软件中如有超过安全阈值的点，测量出电力线弧垂到地表之间的距离，根据设定的安全距离阈值，自动检测出危险点，并自动输出巡检报告。输电线路当前工况安全距离检测报告序杆塔区间距小号塔(m)坐标点璇昭阳

11、性缺陷半径(m)实测距矗(m)拽范要求安全距离(m)水平垂直等空水平垂直争空1T71-T72181.86i042oE757oN植被34.953.679.259.95-15.00杆塔号T7LT72检测结果TW地向公舄杆塔践线皎航符J植被ma电力线eefO；：/阳水系建筑架空地蜿,w越电力段。目运符号图13电力巡检报告3.2 交叉跨越自动判别输电线路交跨点自动提取坐标，可实现三维坐标定位。图14交畤点提取输电线路交跨明细表原Q杆塔区间委小号塔S(m)坐标直交跨属性交跨角度()实剜距离(m)妮范要求安全距离(m)水平垂直净空水平垂直净空1T72-T73145.22442oE465。N弱期支路24.9

12、64.9611.2912.33-12.00-杆塔号T72-T73检测结果图必m符号的被瓯,电力线MFhO交X菖趋I水系建筑物空地找检淤越电力线Ia运符号图15交跨点报告3.3 综合工况模拟根据已有的点云数据和矢量化数据在不同风速、温度等环境下模拟线路的弧垂度。3.4 电力走廊三维可视化基于激光点云对电力走廊范围的地物建立三维模型和地形景观共同组成电力线路资产管理平台。根据已知的电力资产信息建立资产管理数据库，增加三维模型的拓扑关系和详细的资产信息，实现电力资产的三维可视化管理。根据电塔上的监控设备传回的数据，在三维数字化电网的基础上进行各种专业电力分析，如预测模拟不同温度、风速、覆盖条件下弧垂

13、发化情况，模拟树木生长情况，为线路管理决策提供有力支撑。通过巡线采集的激光点云数据，处理成标准的DEM,结合分类后的点云可以实现电力线路的三维数字化，恢复电力线沿线地表形态、地表附着物（建筑、树木等），线路杆塔三维位置和模型等，并将线路的属性参数录入，成为实现线路资产管理的重要依据。利用自主研发生产的建模软件，可将获取的到电塔、电线的点云数据进行矢量化、模型化，同时能Ll的还原建筑物本身的面貌。图19高压线走廊模型化4.机载LiDAR优势精度高、效率高机载LIDAR系统数据采集的精度可达到0.1米，激光点云数据很密集，每平方米可达百个以上激光点；生产流程简单，作业自动化程度高，DEM、等高线等初步成果可直接由点云自动生成。由于每个激光点都有大地坐标，可显著减少外业工作，减少外业时间，降低作业成本。机载IJDAR数据产品丰富包含三维激光点云数据、高清数码影像、4D数据和真三维模型等。在三维软件支持下，叠加数字高程模型和数字正射影像而成的立体三维可视化场景模型，能真实直观地反映实际地形地貌。设计优化选线效率更高机载三维激光LIDAR数据处理自动化程度更高，无需进行航测外业像控测量。三维场景更加逼真，可方便进行全线漫游以及多视角观察，便于设计人员从整体上把握线路路径。内业平断面测图作业效率大大提高。