1000 米高差,DJI L1 川西高原多层输电线路建模示范

1000 米高差,DJI L1 川西高原多层输电线路建模示范

2021-8-30 20:55:28 196

近年来,获取输电线路点云数据已经成为电网无人机巡检的一项重要工作。然而,在川西高原,输电线路翻越高山大河,沿线多悬崖峡谷;同时,为提高基建和运行经济性,线路杆塔常被设计为同塔多回的多层架设形式,这些都给点云采集工作带来不小的挑战。

本文介绍了 DJI L1 激光雷达在川西高原多层输电线路场景建模的实际应用案例。DJI L1 搭配经纬 M300 RTK 和大疆智图,形成轻量化一体解决方案,出色地解决了极端恶劣环境下的输电线路点云采集和三维重建难题。


在高海拔、大落差的崇山峻岭间,经纬 M300 RTK 搭载 DJI L1 往返飞行,平均每架次约 30 分钟(不含创建航线耗时)可采集 3~3.5 公里输电线路的点云数据,一天完成 15~20 公里的作业量,通过大疆智图重建形成三维点云,后续主要用于距离测量、航线规划,形成平断面图、数字高程模型等成果。

环境及作业设备

作业对象:川西某 500 千伏输电线路,多层架设:同塔双回,一层地线 + 三层导线;

作业环境:高山大岭、跨金沙江,作业区域海拔范围 2400~3500 米,晴间多云;

设备型号:经纬 M300 RTK 搭载 DJI L1 ; 御 2 行业进阶版,含 RTK 模块;笔记本电脑:R7-5800H + RTX-3070@140W


相关软件:大疆智图 3.0.2 ,点云智绘 2.5。

作业流程

1. 创建航线

因缺乏作业区段塔顶的精确高度和经纬度坐标,本次使用御 2 行业进阶版(也可直接使用经纬 M300 RTK )打点创建航线。

(1)在 DJI Pilot 主界面依次进入 [航线飞行]→[航点飞行]→[在线任务录制];

(2)开启网络 RTK 功能,本次作业选择的是 WGS84 大地坐标系(大疆智图后续支持 CGCS2000 大地坐标系下采集的激光雷达点云数据重建),在起飞前确认无人机已处于 RTK FIX 状态且听到“已连接 RTK,将记录飞行器的绝对高度”语音提示;

* 若作业区域无网络覆盖,可在已知坐标点处架设 D-RTK 2 移动站以实现高精度定位;如既无网络覆盖,也无已知坐标点或 D-RTK 2移动站,则关闭 RTK,并建议手动飞行采集点云,作业完成后通过 PPK 解算即可。

(3)打开 DJI Pilot 相机设置中的网格线(对角线)显示,以辅助更准确的打点;

(4)在每基杆塔顶部正上方合适高度处打点;

* 对于本次作业区段的 500 千伏同塔双回输电线路,我们发现御 2 进阶版可见光相机在 1 倍变焦状态,云台偏航回中、俯仰角-90°,当辅助网格线的两条竖线分别与左、右回上相导线大致重叠时,由此打点创建的航线可使采集的点云覆盖范围较好。

(5)此外,还需在作业区段距首末端杆塔(远离作业区段方向)约 100~150 米水平距离处、线路正上方合适高度添加辅助航点,以保证首末端杆塔点云被充分采集;

(6)对于弧垂较大的档,可考虑在最大弧垂点上方适当高度添加额外航点,使该档点云采集质量更好;

* 对于大档距,使用同一航线在不同时段采集点云时,应考虑不同工况下导线松弛和紧绷变化对航线安全的影响。

(7)创建航线后通过 TF 卡(或 U 盘)导出到经纬 M300 RTK 的遥控器;

(8)为提高多层线路点云采集质量,本次作业采用往返飞行的方式,因此将创建的航线导入 2 次,并在副本航线中调转航线方向。

2.编辑航线

在经纬 M300 RTK 遥控器中导入往返两条航线,并分别设置这两条航线的参数:

(1)参数主页

负载(激光雷达)设置:

[回波模式]:设置为 [双回波],这有利于减少多层输电线路点云漏采情况,同时提高地物、地面点云采集质量;

[采样频率]:设置为 [240kHz],以获得更高点云密度;

[扫描模式]:根据本次作业对象和环境特点,采用 [非重复扫描]模式,可使山崖、铁塔、下层导线等立面重建效果更好;

[真彩上色]:未开启,在航点中设置。

[高度模式]:保持默认的 [海拔高度]。

(2)航线(全局)设置

[速度]:与点云密度成反比,综合考虑效率要求,本次作业设置为 7m/s;

[海拔高度]:保持默认,未修改(不会影响各航点高度);

[飞行器偏航角]:设置为 [沿航线方向];

[云台控制]:设置为 [手动控制];

[航点类型]:对于山区输电线路场景,设置为 [直线飞行,飞行器到点停],否则可能对点云覆盖和飞行安全造成较大影响。

(3)航点设置

首个航点设置界面,[航点动作] 添加 [开始等时间间隔拍照](本次作业设置为3秒)、[开始录制点云模型] 两个指令;

末端航点设置界面,[航点动作] 添加 [结束间隔拍照]、[结束录制点云模型] 两个指令;

所有航点的 [速度]、[飞行器偏航角]、[航点类型] 均勾选[跟随航线],[海拔高度] 不勾选 [跟随航线]。使用御2进阶版打点创建的航线,这些设置默认均如此,无需修改。

3. 采集点云

(1)航线编辑完成后,启动无人机电源,等待 3~5分钟预热 DJI L1;

(2)执行点云采集任务时,大地坐标系与打点时的选择一致,确认经纬 M300 RTK 的定位为 RTK FIX 状态;

(3)无人机飞往起始航点附近就位,操控无人机来回“摩擦” 2 次加减速飞行,以校准 DJI L1 的惯导,校准结束时使无人机尽量靠近起始航点,云台俯仰角本次作业手动调整为 -75°并保持;

(4)第一次校准完成后立即上传第 1 条(去往)航线并执行,开始采集点云,随后每飞行约 100 秒,需暂停进行一次手动加减速,确保作业精度满足要求;(经纬 M300 RTK 的航点飞行功能后续将支持自动“摩擦”加减速)

(5)采集点云时,切至 [点云] 或 [分屏] 视图可监视实时点云效果,第一时间为评估作业质量提供直观依据;

(6)第 1 条航线结束后,上传第 2 条(返回)航线并执行完成。

4. 模型重建

(1)在大疆智图中新建 [激光雷达点云处理] 任务,导入 DJI L1 采集的原始数据文件夹;

(2)输出坐标系和高度设置:本次作业设置与打点一致的大地坐标系,并选择对应投影带,高度设置保持默认 Default(椭球高),这样后续需要在模型中规划自动巡检航线时可直接使用模型高度,方便快捷;

(3)[点云精度优化]:根据需要设置,本次重建未开启(开启后重建时间会明显增加);

(4)本次作业 DJI L1 采集的原始数据大小为 8.63G,模型重建耗时 6 分 32  秒。

以看出,两条航线采集的原始数据在未开启 [点云精度优化] 的情况下,建成的模型重叠一致,杆塔、绝缘子、地面地物轮廓较为完整、清晰,地线和各层导线均未出现连续缺少点云的情况。通过点云智绘软件快速计算得出点云密度为 222.225 点/平方米,满足实际应用需求。



要点技巧

1. 即使已有作业区段杆塔的精确坐标和高度,仍然建议打点创建航线,这样可以起到提前勘查线路上方交跨物、卫星信号和无线电干扰等情况的作用,为顺利完成后续点云采集飞行打下基础。

2. 无人机在打点时(特别是打点所在杆塔为大转角塔时)航向对准下一基杆塔,可使创建的自动飞行航线与线路走向高度一致。

3. 经多次实践验证,回波模式选择 [双回波],可应对采集点云过程中有薄雾的情形,较好地获取点云数据。

4. 经多次对照测试,对于大落差、跨江河地形的多层输电线路,宜采用非重复扫描方式,云台俯仰角建议接近 -75°,且不宜向 -90°(垂直向下方向)靠拢。

5. 在航线自动飞行过程中,可将监视器切至 FPV 画面,DJI Pilot HUD 独有的速度矢量球和目标航点空间导航技术,可帮助飞手提前检查创建的航线(航点)是否正确,保障飞行安全。

6. 一般情况下,建议打点、点云采集飞行、PPK 解算(如果需要)、模型重建等过程的大地坐标系选择保持一致,减少可能的作业误差。

7. 执行往返两条航线形成的两个单独原始数据文件夹(内部文件保持不移动、不修改),放入同一文件夹后再导入大疆智图,可使重建形成的 LAS 成果为单一文件。





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