1000 米高差,DJI L1 川西高原多層輸電線路建模示范

1000 米高差,DJI L1 川西高原多層輸電線路建模示范

2021-8-30 20:55:28 326

近年來,獲取輸電線路點云數據已經成為電網無人機巡檢的一項重要工作。然而,在川西高原,輸電線路翻越高山大河,沿線多懸崖峽谷;同時,為提高基建和運行經濟性,線路桿塔常被設計為同塔多回的多層架設形式,這些都給點云采集工作帶來不小的挑戰。

本文介紹了 DJI L1 激光雷達在川西高原多層輸電線路場景建模的實際應用案例。DJI L1 搭配經緯 M300 RTK 和大疆智圖,形成輕量化一體解決方案,出色地解決了極端惡劣環境下的輸電線路點云采集和三維重建難題。


在高海拔、大落差的崇山峻嶺間,經緯 M300 RTK 搭載 DJI L1 往返飛行,平均每架次約 30 分鐘(不含創建航線耗時)可采集 3~3.5 公里輸電線路的點云數據,一天完成 15~20 公里的作業量,通過大疆智圖重建形成三維點云,后續主要用于距離測量、航線規劃,形成平斷面圖、數字高程模型等成果。

環境及作業設備

作業對象:川西某 500 千伏輸電線路,多層架設:同塔雙回,一層地線 + 三層導線;

作業環境:高山大嶺、跨金沙江,作業區域海拔范圍 2400~3500 米,晴間多云;

設備型號:經緯 M300 RTK 搭載 DJI L1 ; 御 2 行業進階版,含 RTK 模塊;筆記本電腦:R7-5800H + RTX-3070@140W;


相關軟件:大疆智圖 3.0.2 ,點云智繪 2.5。

作業流程

1. 創建航線

因缺乏作業區段塔頂的精確高度和經緯度坐標,本次使用御 2 行業進階版(也可直接使用經緯 M300 RTK )打點創建航線。

(1)在 DJI Pilot 主界面依次進入 [航線飛行]→[航點飛行]→[在線任務錄制];

(2)開啟網絡 RTK 功能,本次作業選擇的是 WGS84 大地坐標系(大疆智圖后續支持 CGCS2000 大地坐標系下采集的激光雷達點云數據重建),在起飛前確認無人機已處于 RTK FIX 狀態且聽到“已連接 RTK,將記錄飛行器的絕對高度”語音提示;

* 若作業區域無網絡覆蓋,可在已知坐標點處架設 D-RTK 2 移動站以實現高精度定位;如既無網絡覆蓋,也無已知坐標點或 D-RTK 2移動站,則關閉 RTK,并建議手動飛行采集點云,作業完成后通過 PPK 解算即可。

(3)打開 DJI Pilot 相機設置中的網格線(對角線)顯示,以輔助更準確的打點;

(4)在每基桿塔頂部正上方合適高度處打點;

* 對于本次作業區段的 500 千伏同塔雙回輸電線路,我們發現御 2 進階版可見光相機在 1 倍變焦狀態,云臺偏航回中、俯仰角-90°,當輔助網格線的兩條豎線分別與左、右回上相導線大致重疊時,由此打點創建的航線可使采集的點云覆蓋范圍較好。

(5)此外,還需在作業區段距首末端桿塔(遠離作業區段方向)約 100~150 米水平距離處、線路正上方合適高度添加輔助航點,以保證首末端桿塔點云被充分采集;

(6)對于弧垂較大的檔,可考慮在最大弧垂點上方適當高度添加額外航點,使該檔點云采集質量更好;

* 對于大檔距,使用同一航線在不同時段采集點云時,應考慮不同工況下導線松弛和緊繃變化對航線安全的影響。

(7)創建航線后通過 TF 卡(或 U 盤)導出到經緯 M300 RTK 的遙控器;

(8)為提高多層線路點云采集質量,本次作業采用往返飛行的方式,因此將創建的航線導入 2 次,并在副本航線中調轉航線方向。

2.編輯航線

在經緯 M300 RTK 遙控器中導入往返兩條航線,并分別設置這兩條航線的參數:

(1)參數主頁

負載(激光雷達)設置:

[回波模式]:設置為 [雙回波],這有利于減少多層輸電線路點云漏采情況,同時提高地物、地面點云采集質量;

[采樣頻率]:設置為 [240kHz],以獲得更高點云密度;

[掃描模式]:根據本次作業對象和環境特點,采用 [非重復掃描]模式,可使山崖、鐵塔、下層導線等立面重建效果更好;

[真彩上色]:未開啟,在航點中設置。

[高度模式]:保持默認的 [海拔高度]。

(2)航線(全局)設置

[速度]:與點云密度成反比,綜合考慮效率要求,本次作業設置為 7m/s;

[海拔高度]:保持默認,未修改(不會影響各航點高度);

[飛行器偏航角]:設置為 [沿航線方向];

[云臺控制]:設置為 [手動控制];

[航點類型]:對于山區輸電線路場景,設置為 [直線飛行,飛行器到點停],否則可能對點云覆蓋和飛行安全造成較大影響。

(3)航點設置

首個航點設置界面,[航點動作] 添加 [開始等時間間隔拍照](本次作業設置為3秒)、[開始錄制點云模型] 兩個指令;

末端航點設置界面,[航點動作] 添加 [結束間隔拍照]、[結束錄制點云模型] 兩個指令;

所有航點的 [速度]、[飛行器偏航角]、[航點類型] 均勾選[跟隨航線],[海拔高度] 不勾選 [跟隨航線]。使用御2進階版打點創建的航線,這些設置默認均如此,無需修改。

3. 采集點云

(1)航線編輯完成后,啟動無人機電源,等待 3~5分鐘預熱 DJI L1;

(2)執行點云采集任務時,大地坐標系與打點時的選擇一致,確認經緯 M300 RTK 的定位為 RTK FIX 狀態;

(3)無人機飛往起始航點附近就位,操控無人機來回“摩擦” 2 次加減速飛行,以校準 DJI L1 的慣導,校準結束時使無人機盡量靠近起始航點,云臺俯仰角本次作業手動調整為 -75°并保持;

(4)第一次校準完成后立即上傳第 1 條(去往)航線并執行,開始采集點云,隨后每飛行約 100 秒,需暫停進行一次手動加減速,確保作業精度滿足要求;(經緯 M300 RTK 的航點飛行功能后續將支持自動“摩擦”加減速)

(5)采集點云時,切至 [點云] 或 [分屏] 視圖可監視實時點云效果,第一時間為評估作業質量提供直觀依據;

(6)第 1 條航線結束后,上傳第 2 條(返回)航線并執行完成。

4. 模型重建

(1)在大疆智圖中新建 [激光雷達點云處理] 任務,導入 DJI L1 采集的原始數據文件夾;

(2)輸出坐標系和高度設置:本次作業設置與打點一致的大地坐標系,并選擇對應投影帶,高度設置保持默認 Default(橢球高),這樣后續需要在模型中規劃自動巡檢航線時可直接使用模型高度,方便快捷;

(3)[點云精度優化]:根據需要設置,本次重建未開啟(開啟后重建時間會明顯增加);

(4)本次作業 DJI L1 采集的原始數據大小為 8.63G,模型重建耗時 6 分 32  秒。

以看出,兩條航線采集的原始數據在未開啟 [點云精度優化] 的情況下,建成的模型重疊一致,桿塔、絕緣子、地面地物輪廓較為完整、清晰,地線和各層導線均未出現連續缺少點云的情況。通過點云智繪軟件快速計算得出點云密度為 222.225 點/平方米,滿足實際應用需求。



要點技巧

1. 即使已有作業區段桿塔的精確坐標和高度,仍然建議打點創建航線,這樣可以起到提前勘查線路上方交跨物、衛星信號和無線電干擾等情況的作用,為順利完成后續點云采集飛行打下基礎。

2. 無人機在打點時(特別是打點所在桿塔為大轉角塔時)航向對準下一基桿塔,可使創建的自動飛行航線與線路走向高度一致。

3. 經多次實踐驗證,回波模式選擇 [雙回波],可應對采集點云過程中有薄霧的情形,較好地獲取點云數據。

4. 經多次對照測試,對于大落差、跨江河地形的多層輸電線路,宜采用非重復掃描方式,云臺俯仰角建議接近 -75°,且不宜向 -90°(垂直向下方向)靠攏。

5. 在航線自動飛行過程中,可將監視器切至 FPV 畫面,DJI Pilot HUD 獨有的速度矢量球和目標航點空間導航技術,可幫助飛手提前檢查創建的航線(航點)是否正確,保障飛行安全。

6. 一般情況下,建議打點、點云采集飛行、PPK 解算(如果需要)、模型重建等過程的大地坐標系選擇保持一致,減少可能的作業誤差。

7. 執行往返兩條航線形成的兩個單獨原始數據文件夾(內部文件保持不移動、不修改),放入同一文件夾后再導入大疆智圖,可使重建形成的 LAS 成果為單一文件。





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