1000 米高差,DJI L1 川西高原多層輸電線路建模示範

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近年來,獲取輸電線路點雲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,這些都給點雲採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雲採集和三維重建難題。

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)可採集3~3.5公里輸電線路的點雲數據,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雲,後續主要用於距離測量、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:同塔雙迴,一層地線+三層導線;

作業環境:高山大嶺、跨金沙江,作業區域海拔範圍2400~3500米,晴間多雲;

設備型號:經緯M300 RTK搭載DJI L1 ;禦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 ,點雲智繪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,本次使用禦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]→[在線任務錄製];

(2)開啟網絡RTK功能,本次作業選擇的是WGS84大地坐標系(大疆智圖後續支持CGCS2000大地坐標系下採集的激光雷達點雲數據重建),在起飛前確認無人機已處於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,並建議手動飛行採集點雲,作業完成後通過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;

*對於本次作業區段的500千伏同塔雙迴輸電線路,我們發現禦2進階版可見光相機在1倍變焦狀態,雲台偏航回中、俯仰角-9 0 °,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採集的點雲覆蓋範圍較好。

(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雲被充分採集;

(6)對於弧垂較大的檔,可考慮在最大弧垂點上方適當高度添加額外航點,使該檔點雲採集質量更好;

* 對於大檔距,使用同一航線在不同時段採集點雲時,應考慮不同工況下導線鬆弛和緊繃變化對航線安全的影響。

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

(8)為提高多層線路點雲採集質量,本次作業採用往返飛行的方式,因此將創建的航線導入2 次,並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,並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[雙迴波],這有利於減少多層輸電線路點雲漏採情況,同時提高地物、地麵點雲採集質量;

[採樣頻率]: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,採用[非重複掃描]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];

[雲台控制]:設置為[手動控制];

[航點類型]:對於山區輸電線路場景,設置為[直線飛行,飛行器到點停],否則可能對點雲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)、[開始錄製點雲模型] 兩個指令;

末端航點設置界面,[航點動作] 添加[結束間隔拍照]、[結束錄製點雲模型] 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]。使用禦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. 採集點雲

(1)航線編輯完成後,啟動無人機電源,等待3~5分鐘預熱DJI L1;

(2)執行點雲採集任務時,大地坐標係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,雲台俯仰角本次作業手動調整為-75 °並保持;

(4)第一次校準完成後立即上傳第1 條(去往)航線並執行,開始採集點雲,隨後每飛行約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 的航點飛行功能後續將支持自動“摩擦”加減速)

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

(6)第1 條航線結束後,上傳第2 條(返回)航線並執行完成。

4. 模型重建

 

(1)在大疆智圖中新建[激光雷達點雲處理] 任務,導入DJI L1 採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,並選擇對應投影帶,高度設置保持默認Default(橢球高),這樣後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)[點雲精度優化]:根據需要設置,本次重建未開啟(開啟後重建時間會明顯增加);

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

以看出,兩條航線採集的原始數據在未開啟[點雲精度優化]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雲的情況。通過點雲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,為順利完成後續點雲採集飛行打下基礎。

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[雙迴波],可應對採集點雲過程中有薄霧的情形,較好地獲取點雲數據。

4.經多次對照測試,對於大落差、跨江河地形的多層輸電線路,宜採用非重複掃描方式,雲台俯仰角建議接近-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、點雲採集飛行、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),放入同一文件夾後再導入大疆智圖,可使重建形成的LAS 成果為單一文件。