无人机载激光雷达电力巡线方案
发布日期:2018年06月26日 16:34   发布者:北京富斯德科技   浏览次数:160

1、背景

■■随着输电高压等级的不断提高,输电线路巡线作业的安全、稳定、高效运行越来越重要。输电线路跨区域分布,点多面广,所处地形复杂,自然环境恶劣,输电线路设备长期暴露在野外,受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象,这些情况必须及时得到修复或更换。

传统的人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦,特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查,以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查,所花时间长、人力成本高、困难大,某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。

2、激光雷达巡线介绍

■■目前,激光雷达搭载在有人机技术已经很成熟,但直升机能够使用的区域有限,加上成本较高,作业范围基本在220-500千伏的高压骨干线路,110千伏及以下的线路覆盖不到,而这一部分线路有5万公里。与直升机相比,多旋翼无人机的“个头”小,灵活性高,用它们搭载激光雷达进行巡视就填补了这部分空白。

基于轻型激光雷达系统的无人机输电线路运行环境监测系统是利用当今世界最先进的激光扫描技术、航空高精度测绘技术和先进无人机控制技术进行输电线路环境定量化测量和定性化分析预警的全新巡线系统,通过集成高精度、轻量化的激光雷达系统并利用大载荷、长航时、垂直起降无人机系统,可实现长输线路的高精度通道测量、线路杆塔的塔倾和沉降检测、线路垂弧预警及线路周围树木、山体、地质灾害对线路的威胁预警。可有效做到定量检测、提前预防,避免输电线路故障的发生,为线路的安全运行保驾护航。

3、机载雷达系统介绍

■■机载激光雷达系统主要有激光测距单元,光学控制扫描单元,差分GPS,惯性测量单元IMU和控制单元等主要部分组成。其中,差分GPS能够得到扫描仪在空中的三维精确位置;惯性测量单元IMU 能测量出扫描仪在空中的姿态参数(侧滚角,俯仰角,航偏角);扫描单元可以精确测定扫描仪到地面点的距离,根据几何原理就可以算出地

面上各激光采样点的三维位置、反射率和纹理等信息,用此数据进行成像处理后,就可得到精确的三维立体图像。


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图 无人机载雷达系统


4、无人机巡检规划与作业流程

无人机三维数据采集(巡检/勘测)任务由电力部门统一规划,无人机班组按照规划线路、日期、巡检方式制定飞行计划,按照任务流程执行飞行任务。

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图 航线规划

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图 工作流程图


5、技术参数

■■此次激光器采用奥地利RIEGL公司mininVUX-1DL超轻型激光扫描传感器(“DL”代表激光头朝下),并且将加拿大Applanix公司无人机专用惯导卫星姿态定位控制单元集成为一体,在确保全系统轻量化的基础下,同时还保证了测绘级的位置姿态精度以及高质量高密度的点云数据,专为电力线及管道监控作业研发。

激光扫描单元

激光发射频率:100 kHz

最大有效测量速度:100,000 点/秒

物体反射率ρ ≥ 20 % :120m

物体反射率ρ ≥ 60 %:200m

建议作业飞行高度:80 m ( 260 ft )

重复测距精度:10 mm

角度测量分辨率:0.001°

IMU惯性陀螺仪精度:横滚/俯仰0.015°、航偏0.035°

IMU采样频率:200 Hz

位置精度(典型):0.05米-0.3

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RIEGL RiCOPTER 无人机载平台

主要尺寸

收起旋翼臂(运输和存储)

展开旋翼臂准备起飞


624mm x 986mm x 470mm

1920mm x 1820mm x 470mm

MTOM(最大起飞重量)

< 25 kg

最大载荷(电池&传感器)

16 kg

飞行时间(最大有效载荷)

30 min

6、执行飞行任务的注意事项

空域申请:因飞行距离较长,作业前应进行空域申请;以成都为例,需向民航空中管制部门向空军飞行管制部门申报飞行计划。

查阅专档:一是有无跨越飞行路线的输电线路;二是飞行区段内杆塔的高度;三是杆塔的经纬度坐标和海拔高度;四是了解转角度数,供规划飞行线路参考。

现场勘查:一是确认无人机起降场地;二是对查阅专档得到的信息进行核查,重点是有无影响飞行的输电线路、核对杆塔的经纬度和海拔高度;三是了解作业区域的地形地貌有无乱流等。

安全策略:根据情况制定完善的飞行安全策略。

7. 总结

无人机携带激光雷达作业生成点云数据,可以在很短的时间获取输电线路有关距离测量的数据,如通道内的树竹房障、交叉跨越(输电线路、高速、河流等)、导地线弧垂以及杆塔各部件之间的安全距离等。

随着无人机和激光雷达技术的不断提升,基于无人机平台的激光雷达以及超算平台技术,可用于输电线路通道的数据采集和数据处理,对于新建线路踏勘、新线路验收、运行中输电线路的监控及资源管理提供了一种新的方法和模式,将有效提高输电线路巡检的效率和质量,对电网的安全稳定运行起到积极的作用。




预期成果展示

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输电线路与树障的距离测量

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1)断面图(导线与树木的垂直距离10.7米)

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交叉跨越输电线路的线间距离测量

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                          线路交叉跨越                     线路交叉跨越截面

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输电线路跨越房屋

高精度三维模型

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高精度激光点云与航空影像结合

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