10 分鐘 2 公里 | 大疆 L1 激光雷達城區(qū)配網(wǎng)點云建模示范


在電網(wǎng)運維向智能化、數(shù)字化邁進的過程中，三維點云數(shù)據(jù)模型的重要性日益凸顯�；�于三維點云模型，運維單位可以搭建設(shè)備信息管理數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)線路可視化、數(shù)字化；還可規(guī)劃無人機自動化飛行航線，大幅提升巡檢效率。  
其中，城區(qū)配網(wǎng)的三維點云模型采集和無人機自動飛行一直是業(yè)內(nèi)難題。配網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜：線路桿塔位于人、車通行道路之間，空間狹小，兩側(cè)寬度 10～20 米不等；線路通道兩邊建筑物高于桿塔高度 2～10 倍；線路兩側(cè)的樹木也可能會高于導(dǎo)線和桿塔；周圍樓房之間、桿塔之間常有斜拉線；遮擋情況導(dǎo)致無人機 GPS 衛(wèi)星信號差。  要完成近距離（3m 以內(nèi)）和多角度（桿塔的上、左、右、下）有效巡檢，無人機飛手的巡檢技術(shù)水平和心理素質(zhì)都面臨著巨大考驗。要解決城區(qū)配網(wǎng)的自動化巡檢問題，首先要能生產(chǎn)高質(zhì)量的點云數(shù)據(jù)，把復(fù)雜工況場景中的細節(jié)全部掃描出來。

 近日，大疆行業(yè)應(yīng)用聯(lián)合合作伙伴，使用經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 L1 激光雷達，1 架次 10 分鐘完成 1.9 km的南網(wǎng)某城區(qū) 10kV 配網(wǎng)點云數(shù)據(jù)采集；使用大疆智圖軟件，13 分鐘完成 6.43 GB 的數(shù)據(jù)處理，生成模型，有效解決了這一業(yè)內(nèi)難題。

流程說明
作業(yè)場景和目標：南網(wǎng)某城區(qū)配網(wǎng)環(huán)境，使用經(jīng)緯 M300 RTK 和大疆 L1 激光雷達進行 10kV 配網(wǎng)架空線路以及通道內(nèi)周邊環(huán)境的建模工作。實際工作中包含外業(yè)采集與內(nèi)業(yè)處理兩部分。

 外業(yè)部分
1. 現(xiàn)場勘測：步行或者開車觀察整個作業(yè)路徑，并對其中的危險點和難點拍照記錄，分析和制定采集點云的航線路徑規(guī)劃方案，實地落實好每一條航線的起飛點與降落點。
2. 創(chuàng)建航線：使用經(jīng)緯 M300 RTK 內(nèi)置的“在線任務(wù)錄制”功能，按照航線規(guī)劃方案在每一基有高差和轉(zhuǎn)彎的桿塔上進行“打點”，完成航線錄制后生成本次的數(shù)據(jù)采集航線。
3. 航線編輯：
L1激光雷達設(shè)置參考值：
掃描模式：非重復(fù)性掃描。在飛行高度較低，飛行速度較慢的情況下，采用非重復(fù)性掃描能在只掃描一遍的情況下獲得更多的物體立面信息，兼顧效率與質(zhì)量。
云臺角度：-90°。
回波模式：三回波。減少因為遮擋導(dǎo)致的桿塔、導(dǎo)線、樹木、拉線、光纖、網(wǎng)線等點云漏采的情況。
采樣頻率：160KHz/回波。使每次回波獲得*高的點云密度，由于總上限是480KHz，所以采用三回波和二回波點云數(shù)據(jù)量大小基本不會有變化。
點云上色：真彩上色。
經(jīng)緯 M300 RTK 自動飛行采集航線設(shè)置參考值：
打點/飛行高度：高于被測物體 15-25 m。雖然 10kV 配網(wǎng)線路寬度只有 1.5m-2m 左右，但是在掃描時仍然要充分考慮周邊環(huán)境，建議掃描外擴范圍為 20 m 左右，后續(xù)在規(guī)劃航線的時候能夠充分考慮范圍內(nèi)高層建筑對航線的影響。
飛行速度：5m/s。配網(wǎng)場景工況復(fù)雜，同一坐標位置在不同高度有多層物體，需要相對降低飛行速度才能將盡可能多的信息掃描完整。
海拔高度：跟隨航線。保持與打點的高度一致。
飛行器偏航角：沿航線方向。保證掃描時機頭方向為航線行進方向。
云臺控制：手動控制。
航線類型：直線飛行，飛行器到點停。
經(jīng)緯 M300 RTK 自動飛行采集航線的航點動作設(shè)置參考值：

 首個航點：航點動作添加“開始等時間間隔拍照（2秒）”和“開始錄制點云模型”。

 中間等航點：無需設(shè)置，飛行過程中會繼續(xù)保持點云錄制和間隔拍照。

 末端航點：航點動作添加“結(jié)束間隔拍照”和“結(jié)束錄制點云模型”。

 其他設(shè)置要點：速度、飛行器偏航角、航點類型設(shè)置為跟隨航點動作。海拔高度設(shè)置為不跟隨航點動作。

 注意：由于城區(qū)各種障礙物遮擋以及信號干擾源較多，進行 8 字標定飛行時需要選擇空曠位置。執(zhí)行航線時，無人機飛行配速不宜太快，采集過程中無人機駕駛員要時刻關(guān)注無人機圖傳、數(shù)傳、衛(wèi)星信號以及 RTK 信號的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)某項信號衰減應(yīng)該馬上采取對應(yīng)的處理策略立刻調(diào)整，保持整個采集過程中各項數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定狀態(tài)。

 內(nèi)業(yè)部分
1. 在大疆智圖中新建 [激光雷達點云處理] 任務(wù)，導(dǎo)入大疆 L1 采集的原始數(shù)據(jù)文件夾，由于配網(wǎng)線路分段較多，將此次需要重建的多個數(shù)據(jù)文件夾導(dǎo)入到同一任務(wù)進行點云模型重建。

2. 輸出坐標系和高度設(shè)置：本次作業(yè)設(shè)置 WGS84 的坐標系，并選擇對應(yīng) UTM 投影帶(本案例地區(qū)為 UTM zone 48N)，在后續(xù)的桿塔自主精細化巡檢的航線規(guī)劃過程中，點云模型可以直接加載使用，不用再進行坐標系的轉(zhuǎn)換。

3. 開啟點云精度優(yōu)化功能，解算多架次的激光數(shù)據(jù)時能夠?qū)⒏鞫螖?shù)據(jù)無縫連接（需要大疆智圖PRO版以上才能使用此功能)。

 作業(yè)總結(jié)
1. 本次外業(yè)采集長度為 1920m、1 個架次 10 分鐘完成，飛行前的打點時間為 10 分鐘左右；按照每天實際作業(yè)時間 5 小時計算（去除轉(zhuǎn)場時間），在保證作業(yè)安全的前提下，日均作業(yè)量約為 25km（具體作業(yè)量看現(xiàn)場工況復(fù)雜程度）。

2. 本次作業(yè)大疆 L1 采集的原始數(shù)據(jù)大小為 6.43 GB。使用大疆智圖，一站式離線處理數(shù)據(jù)，開啟點云精度優(yōu)化功能，模型重建耗時 12 分 57  秒，多段數(shù)據(jù)融合生成的點云模型數(shù)據(jù)大小為 15.6GB（包含.pnts格式和.las格式）。

L1 為配網(wǎng)巡檢解決了哪些問題？

點云采集
可解決城市配網(wǎng)架空線路通道工況下難以通過可見光相機的方式進行高精度、高質(zhì)量點云數(shù)據(jù)采集的問題，包括：1. 可見光采集設(shè)備無法通過實體遮擋物采集到更下層的細節(jié)；2. 可見光采集設(shè)備在采集架空線路數(shù)據(jù)時，需要一定長度的橫向外擴飛行，當飛行外擴距離大于周邊建筑物與桿塔的距離時，由于建筑物高于桿塔，外擴飛行所拍到的可見光照片都是建筑物頂部，使得需要建模區(qū)域無法保證有效的外擴重疊率而造成點云模型缺失。  
L1 可以避免可見光采集時因建筑物遮擋導(dǎo)致的點云缺失

 無人機精細化巡檢
傳統(tǒng)人工手動控制無人機在配網(wǎng)架空線路復(fù)雜的工況中飛行并進行精細化巡檢，很難保證無人機駕駛員在保持安全距離的情況下拍出符合標準能夠分辨桿塔缺陷的照片；且巡檢照片的質(zhì)量和數(shù)量會隨著不同無人機駕駛員的技術(shù)水平、抗壓能力和責(zé)任心等因素影響而產(chǎn)生較大的波動，不利于機巡作業(yè)數(shù)據(jù)的標準化生產(chǎn)。大疆 L1 生成的點云模型可用于規(guī)劃無人機自主飛行航線，從而進行配網(wǎng)架空線路高質(zhì)量且標準統(tǒng)一的無人機精細化巡檢。  
用電高峰巡檢：城市配網(wǎng)架空線路的用電負荷主要開始于每天工作結(jié)束后，主要集中在每天傍晚 18:30-22:00 之間。人工操作無人機在這個可見光線不足的時段進行巡檢飛行是風(fēng)險極高的行為，而基于大疆 L1 激光雷達采集的點云模型所規(guī)劃的無人機自主飛行航線，讓這一目標得以實現(xiàn)，可以開展夜間工況下對架空線路易發(fā)熱點的巡檢測溫工作；這是人工控制無人機巡檢和日間無人機巡檢所不能做到的。