Мы начинаем публикацию серии статей, раскрывающих возможности применения технологии воздушного лазерного сканирования (ВЛС) для мониторинга существующих и проектирования новых линий электропередач (ЛЭП)
Генерирующие электричество предприятия и транспортировка электроэнергии сегодня являются одними из самых важных компонентов, обеспечивающих функционирование нашей цивилизации.
С каждым годом электроэнергия становится все более и более востребованной, замещая другие типы топлива во многих отраслях народного хозяйства.
Ни для кого не секрет, что основной пик строительства инфраструктуры воздушных линий электропередач пришёлся на 70-80 годы прошлого века, и во многих странах постсоветского пространства эта инфраструктура эксплуатировались без капремонта на протяжении более 30 лет, используя запас прочности, заложенный при строительстве в советское время.
Все актуальнее и важнее становится задача проведения всестороннего мониторинга ЛЭП, определения состояния, износа проводов и загрязнения изоляторов, выявление критического провисания, касания проводов земли и различных объектов. По статистике большую часть повреждений воздушных линий составляют короткие замыкания и обрывы проводов. Оперативно решить данные задачи позволяет аэросъемка и воздушное лазерное сканирование с применением беспилотников.
В данной статье мы покажем возможности использования оборудования TOPODRONE для мониторинга существующих воздушных ЛЭП на примере проекта по лазерному сканированию электропередач новой моделью TOPODRONE LiDAR 100 HDL, которая является самым точным и продвинутым решением в нашей линейке систем лазерного сканирования.
Рис. 1. TOPODRONE LiDAR 100 HDL, оснащенный высокоточным ГНСС приемником и профессиональной инерциальной системой Honeywell
TOPODRONE LiDAR 100 HDL создан на базе сенсора Velodyne HDL32, имеет 32 откалиброванных в заводских условиях лазера с углами обзора до 30 градусов, что позволяет получать высокоточные и детальные трёхмерные модели с высоким уровнем детализации. Рабочая дальность сенсора до 100 метров, а использование высококачественной инерциальной системы и ГНСС приёмника позволяет получать облако точек с точностью до 2-3 см в плане и по высоте.
TOPODRONE LiDAR 100 HDL может быть установлен на квадрокоптеры DJI Matrice 200/210, DJI Matrice 300, DJI Matrice 600, а так же интегрирован с новейшими камерами TOPODRONE RGB 24 и TOPODRONE RGB 61, обеспечивающими не только раскрашивание в реальные цвета высоко детального облака лазерного сканирования, но и получение снимков с высоким разрешением, показывающих состояние изоляторов (Рис. 2-3).
Рис. 2. TOPODRONE LiDAR 100 HDL, установленный на борт DJI Matrice 300.
Рис. 3. Один из возможных вариантов интеграции фотокамеры с разрешением 61 мп и лидаром.
Выполняя аэросъемку линий электропередач, необходимо использовать профессиональное программное обеспечение для планирования миссий, которое позволяет подготовить маршруты полетов с учетом расположения опор и детальной модели рельефа. В данном проекте использовалось приложение UgCS Expert, созданное специально для воздушного лазерного сканирования (Рис. 4).
Рис. 4. Планирование полетов в UgCS Expert.
Аэросъемка трассы ЛЭП выполнялась в два прохода на высоте 80 метров. На протяжение всего времени полетов была установлена базовая станция, записывающая статические ГНСС измерения в непосредственной близости от района работ.
На следующем этапе была выполнена постобработка ГНСС измерений в программном обеспечении TOPODRONE Post Processing, которое является логическим продолжением популярных во всем мире программных продуктов TOPOSETTER и TOPOLiDAR.
TOPODRONE Post Processing включает в себя все необходимые модули для обработки статических измерений и определения координат базовых станций, уравнивания траекторий движения дрона, геопривязки фотоснимков, генерации облака точек, а также поддерживает различные системы координат и геоиды.
Для определения высокоточных координат базовой станции мы выполнили расчет статических измерений в модуле Static Post Processing (Рис. 5).
Рис. 5. Интерфейс программного обеспечения TOPODRONE Post Processing.
На следующем шаге мы рассчитали высокоточную траекторию движения дрона с установленным лазерным сканером на борту с учетом ГНСС и инерциальных данных записанных с частотой 200 Гц (200 раз в секунду), выполнили генерацию облака точек в модуле LiDAR Cloud Generation и приступили к автоматической классификации, выделению проводов, опор ЛЭП, растительности и других объектов.
Следует отметить высокое качество облака точек, полученное лазерным сканером TOPODRONE LiDAR 100 HDL, без применения фильтрации и других методов подавления шумов.
На рисунках 6-9 представлены примеры отображения ЛЭП, характеризующиеся четкостью и детальностью, недоступной для других моделей, в том числе и твердотельных сенсоров.
Рис. 6. Высокодетальное облако точек воздушного лазерного сканирования, полученное с помощью TOPODRONE LiDAR 100 HDL.
Рис. 7. Высокодетальное облако точек воздушного лазерного сканирования, полученное с помощью TOPODRONE LiDAR 100 HDL.
Рис. 8. Пример результатов воздушного лазерного сканирования ЛЭП сенсором TOPODRONE LiDAR 100 HDL.
Рис. 9. Пример результатов воздушного лазерного сканирования ЛЭП сенсором TOPODRONE LiDAR 100 HDL.
На рисунках 10-13 показаны результаты автоматической классификации облака точек, выделены столбы, воздушные линии электропередач, верхний кабель, изоляторы и растительность.
Рис. 10. Автоматическая классификация облака точек, выделены опоры ЛЭП, воздушные линии, верхний трос, изоляторы, рельеф и растительность.
Рис. 11. Автоматическая классификация облака точек, выделены опоры ЛЭП, воздушные линии, верхний трос, изоляторы, рельеф и растительность.
Рис. 12. Автоматическая классификация облака точек, выделены опоры ЛЭП, воздушные линии, верхний трос, изоляторы, рельеф и растительность.
Рис. 13. Автоматическая классификация облака точек, выделены опоры ЛЭП, воздушные линии, верхний трос, изоляторы. Обратите внимание, что рельеф и растительность исключены из отображения.
По результатам классификации облака точек была произведена векторизация расположения проводов и изоляторов (Рис. 14-15).
Следующим шагом мы выполнили анализ наличия ненормативного сближения ЛЭП с растительностью и другими объектами.
Рис. 14. Результаты автоматической векторизации проводов и изоляторов.
Рис. 15. Результаты автоматической векторизации проводов и изоляторов.
Используя результаты автоматической классификации облака точек возможно автоматически выполнить поиск объектов, находящихся в ненормативной близости от ЛЭП, составить отчет, а также определить угол наклона каждой опоры, провисы проводов и расстояние между ними.
Пример данного проекта демонстрирует широкие возможности использования оборудования TOPODRONE для оперативного мониторинга существующих линий электропередач, позволяющее в кратчайшие сроки получить достоверную информацию о их состоянии.
Применение технологий воздушного лазерного сканирования обеспечивает не только высокую точность и детальность создаваемых трехмерных моделей, но и непревзойдённую оперативность получения данных в течение нескольких десятков минут после выполнения полетов.
Одновременно следует отметить впечатляющую продуктивность систем воздушного лазерного сканирования TOPODRONE, позволяющую выполнить съемку десятков километров трасс воздушных линий электропередач с применением одного комплекта оборудования и привлечением одного-двух человек обученного персонала.
