禾賽P40激光雷達(dá)在特高壓并行線路三維掃描中的作業(yè)方式探索

李云奇 杜亞明 陳昊宇

（江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇南京 210013）

隨著科技不斷發(fā)展進(jìn)步，無人機(jī)搭載三維激光雷達(dá)掃描設(shè)備豐富了架空線路運(yùn)檢手段，可以采集大量的基礎(chǔ)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為通道數(shù)字化提供數(shù)據(jù)支撐。目前，激光雷達(dá)主要分為機(jī)械式激光雷達(dá)、半固態(tài)式激光雷達(dá)以及固態(tài)式激光雷達(dá)，而不同測(cè)程的雷達(dá)之間價(jià)格差異較大，選取經(jīng)濟(jì)合適的雷達(dá)是許多項(xiàng)目執(zhí)行者重點(diǎn)關(guān)注的問題。文章針對(duì)特高壓并行線路通道三維激光掃描，探索禾賽P40雷達(dá)在該并行線路中有效的激光掃描作業(yè)方案。

1 測(cè)區(qū)概況

項(xiàng)目測(cè)區(qū)位于江蘇淮安境內(nèi)，主要為丘陵地形，地勢(shì)高差較大。測(cè)區(qū)內(nèi)包括1 000 kV和800 kV特高壓并行線路，兩條線路內(nèi)側(cè)邊導(dǎo)線間距約60 m。1 000 kV特高壓架設(shè)桿塔大部分約100～120 m，800 kV桿塔高度大部分為60～80 m。

測(cè)區(qū)并行線路示意圖如圖1所示。

圖1 測(cè)區(qū)并行線路示意圖

2 硬件設(shè)備及后處理軟件介紹

本次測(cè)試使用的飛行平臺(tái)為飛馬D300多旋翼無人機(jī)，在飛機(jī)前端加配了圖傳設(shè)備，便于空中實(shí)時(shí)監(jiān)視航路情況。激光設(shè)備為禾賽Pandar40P的40線激光雷達(dá)，無人機(jī)激光掃描系統(tǒng)單架次實(shí)際最大飛行時(shí)間約22 min，數(shù)據(jù)后處理主要為飛機(jī)軌跡解算和雷達(dá)數(shù)據(jù)解算，分別在IE軟件和飛馬無人機(jī)管家中實(shí)施。

無人機(jī)激光掃描系統(tǒng)如圖2所示。Pandar40P性能參數(shù)如表1所示。

圖2 無人機(jī)激光掃描系統(tǒng)

表1 Pandar40P性能參數(shù)

3 作業(yè)方案分析

為了保證作業(yè)過程中特高壓輸電線路的安全，所有飛行嚴(yán)禁在輸電線路上方和兩條并行線路內(nèi)側(cè)進(jìn)行，無人機(jī)距離輸電線塔頂和邊導(dǎo)線兩側(cè)各需要保持15 m以上的安全距離。

為了有效獲取兩并行線路有效的激光點(diǎn)云，1 000 kV塔桿高度普遍比800 kV塔桿高一些，方案在1 000 kV塔桿中應(yīng)用的掃描效果較好時(shí)，可以保證800 kV的效果理論上也沒有問題。

（1）方案一。

針對(duì)800 kV和1 000 kV的并行線路，目標(biāo)為僅獲取1 000 kV單線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)方案為邊導(dǎo)線兩側(cè)各20 m，距塔頂高20 m，飛行速度為5 m/s的自主飛行方式。

1 000 kV塔桿點(diǎn)云（方案一）如圖3所示。

圖3 1 000 kV塔桿點(diǎn)云（方案一）

由圖3可知，1 000 kV塔桿的中下部明顯未獲得有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)，不能滿足要求。

（2）方案二。

針對(duì)800 kV和1 000 kV的并行線路，僅獲取1 000 kV單線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在方案一的基礎(chǔ)上，降低高度，飛行高約80 m，距離邊導(dǎo)線20 m，飛行速度為5 m/s的方式加密采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

1 000 KV塔桿點(diǎn)云（方案二）如圖4所示。

圖4 1 000 KV塔桿點(diǎn)云（方案二）

由圖4可知，與方案一相比，方案二成果中，1 000 kV塔桿的中部改善較明顯，但塔桿底部仍未獲得有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)，也不能滿足要求。

（3）方案三。

針對(duì)800 kV和1 000 kV的并行線路，僅獲取1 000 kV單線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在方案二的基礎(chǔ)上，繼續(xù)降低高度，飛行高約60～65 m（中相導(dǎo)線與下相導(dǎo)線之間），在塔基位置處增加兩點(diǎn)懸停。

1 000 kV塔桿點(diǎn)云（方案三）如圖5所示。

圖5 1 000 kV塔桿點(diǎn)云（方案三）

由圖5可知，成果中1 000 kV塔桿所有結(jié)構(gòu)均能夠掃描清晰，能夠滿足1 000 kV特高壓塔桿的采集要求。按照前面的分析，采用同樣的飛行方式應(yīng)能夠有效獲取800 kV特高壓塔桿的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。故設(shè)計(jì)了方案四。

（4）方案四。

針對(duì)800 kV和1000 kV的并行線路，同時(shí)獲取800 kV和1 000 kV單線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合方案三的設(shè)計(jì)，采用4條航線飛行方式（右側(cè)桿塔為1 000 kV桿塔，左側(cè)為800 kV，紅色圓圈和黃色圓圈為飛行位置示意處）。

并行線路飛行如圖6所示。800 kV塔桿點(diǎn)云如圖7所示。1 000 kV塔桿點(diǎn)云（方案四）如圖8所示。

圖6 并行線路飛行

圖7 800 kV塔桿點(diǎn)云

圖8 1 000 kV塔桿點(diǎn)云（方案四）

方案四能夠有效獲取特高壓并行線路的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，成果滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文改進(jìn)作業(yè)方案，在利用現(xiàn)有激光雷達(dá)基礎(chǔ)上，滿足項(xiàng)目成果需求，避免更換大測(cè)程激光雷達(dá)帶來的高額經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，節(jié)約項(xiàng)目成本，為后續(xù)特高壓并行線路開展激光掃描探索出了一條有效的作業(yè)路徑。