神州万利集团 2021-11-03 15:12
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以下文章来源于DJI大疆行业应用 ，作者四川送变电 田力
DJI大疆行业应用.
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近年来，获取输电线路点云数据已经成为电网无人机巡检的一项重要工作。然而，在川西高原，输电线路翻越高山大河，沿线多悬崖峡谷；同时，为提高基建和运行经济性，线路杆塔常被设计为同塔多回的多层架设形式，这些都给点云采集工作带来不小的挑战。
本文介绍了 DJI L1 激光雷达在川西高原多层输电线路场景建模的实际应用案例。DJI L1 搭配经纬 M300 RTK 和大疆智图，形成轻量化一体解决方案，出色地解决了极端恶劣环境下的输电线路点云采集和三维重建难题。
在高海拔、大落差的崇山峻岭间，经纬 M300 RTK 搭载 DJI L1 往返飞行，平均每架次约 30 分钟（不含创建航线耗时）可采集 3～3.5 公里输电线路的点云数据，一天完成 15～20 公里的作业量，通过大疆智图重建形成三维点云，后续主要用于距离测量、航线规划，形成平断面图、数字高程模型等成果。
环境及作业设备
作业对象：川西某 500 千伏输电线路，多层架设：同塔双回，一层地线 + 三层导线；
作业环境：高山大岭、跨金沙江，作业区域海拔范围 2400～3500 米，晴间多云；
设备型号：经纬 M300 RTK 搭载 DJI L1 ； 御 2 行业进阶版，含 RTK 模块；笔记本电脑：R7-5800H + RTX-3070@140W；
相关软件：大疆智图 3.0.2 ，点云智绘 2.5。
作业流程
1. 创建航线
因缺乏作业区段塔顶的精确高度和经纬度坐标，本次使用御 2 行业进阶版（也可直接使用经纬 M300 RTK ）打点创建航线。
（1）在 DJI Pilot 主界面依次进入 [航线飞行]→[航点飞行]→[在线任务录制]；
（2）开启网络 RTK 功能，本次作业选择的是 WGS84 大地坐标系（大疆智图后续支持 CGCS2000 大地坐标系下采集的激光雷达点云数据重建），在起飞前确认无人机已处于 RTK FIX 状态且听到“已连接 RTK，将记录飞行器的绝对高度”语音提示；
* 若作业区域无网络覆盖，可在已知坐标点处架设 D-RTK 2 移动站以实现高精度定位；如既无网络覆盖，也无已知坐标点或 D-RTK 2移动站，则关闭 RTK，并建议手动飞行采集点云，作业完成后通过 PPK 解算即可。
（3）打开 DJI Pilot 相机设置中的网格线（对角线）显示，以辅助更准确的打点；
（4）在每基杆塔顶部正上方合适高度处打点；
* 对于本次作业区段的 500 千伏同塔双回输电线路，我们发现御 2 进阶版可见光相机在 1 倍变焦状态，云台偏航回中、俯仰角-90°，当辅助网格线的两条竖线分别与左、右回上相导线大致重叠时，由此打点创建的航线可使采集的点云覆盖范围较好。
（5）此外，还需在作业区段距首末端杆塔（远离作业区段方向）约 100～150 米水平距离处、线路正上方合适高度添加辅助航点，以保证首末端杆塔点云被充分采集；
（6）对于弧垂较大的档，可考虑在最大弧垂点上方适当高度添加额外航点，使该档点云采集质量更好；
* 对于大档距，使用同一航线在不同时段采集点云时，应考虑不同工况下导线松弛和紧绷变化对航线安全的影响。
（7）创建航线后通过 TF 卡（或 U 盘）导出到经纬 M300 RTK 的遥控器；
（8）为提高多层线路点云采集质量，本次作业采用往返飞行的方式，因此将创建的航线导入 2 次，并在副本航线中调转航线方向。
2．编辑航线
在经纬 M300 RTK 遥控器中导入往返两条航线，并分别设置这两条航线的参数：
（1）参数主页
负载（激光雷达）设置：
[回波模式]：设置为 [双回波]，这有利于减少多层输电线路点云漏采情况，同时提高地物、地面点云采集质量；
[采样频率]：设置为 [240kHz]，以获得更高点云密度；
[扫描模式]：根据本次作业对象和环境特点，采用 [非重复扫描]模式，可使山崖、铁塔、下层导线等立面重建效果更好；
[真彩上色]：未开启，在航点中设置。
[高度模式]：保持默认的 [海拔高度]。
（2）航线（全局）设置
[速度]：与点云密度成反比，综合考虑效率要求，本次作业设置为 7m/s；
[海拔高度]：保持默认，未修改（不会影响各航点高度）；
[飞行器偏航角]：设置为 [沿航线方向]；
[云台控制]：设置为 [手动控制]；
[航点类型]：对于山区输电线路场景，设置为 [直线飞行，飞行器到点停]，否则可能对点云覆盖和飞行安全造成较大影响。
（3）航点设置
首个航点设置界面，[航点动作] 添加 [开始等时间间隔拍照]（本次作业设置为3秒）、[开始录制点云模型] 两个指令；
末端航点设置界面，[航点动作] 添加 [结束间隔拍照]、[结束录制点云模型] 两个指令；
所有航点的 [速度]、[飞行器偏航角]、[航点类型] 均勾选[跟随航线]，[海拔高度] 不勾选 [跟随航线]。使用御2进阶版打点创建的航线，这些设置默认均如此，无需修改。
3. 采集点云
（1）航线编辑完成后，启动无人机电源，等待 3～5分钟预热 DJI L1；
（2）执行点云采集任务时，大地坐标系与打点时的选择一致，确认经纬 M300 RTK 的定位为 RTK FIX 状态；
（3）无人机飞往起始航点附近就位，操控无人机来回“摩擦” 2 次加减速飞行，以校准 DJI L1 的惯导，校准结束时使无人机尽量靠近起始航点，云台俯仰角本次作业手动调整为 -75°并保持；
（4）第一次校准完成后立即上传第 1 条（去往）航线并执行，开始采集点云，随后每飞行约 100 秒，需暂停进行一次手动加减速，确保作业精度满足要求；（经纬 M300 RTK 的航点飞行功能后续将支持自动“摩擦”加减速）
（5）采集点云时，切至 [点云] 或 [分屏] 视图可监视实时点云效果，第一时间为评估作业质量提供直观依据；
（6）第 1 条航线结束后，上传第 2 条（返回）航线并执行完成。
4. 模型重建
（1）在大疆智图中新建 [激光雷达点云处理] 任务，导入 DJI L1 采集的原始数据文件夹；
（2）输出坐标系和高度设置：本次作业设置与打点一致的大地坐标系，并选择对应投影带，高度设置保持默认 Default（椭球高），这样后续需要在模型中规划自动巡检航线时可直接使用模型高度，方便快捷；
（3）[点云精度优化]：根据需要设置，本次重建未开启（开启后重建时间会明显增加）；
（4）本次作业 DJI L1 采集的原始数据大小为 8.63G，模型重建耗时 6 分 32 秒。
以下视频来源于DJI大疆行业应用
可以看出，两条航线采集的原始数据在未开启 [点云精度优化] 的情况下，建成的模型重叠一致，杆塔、绝缘子、地面地物轮廓较为完整、清晰，地线和各层导线均未出现连续缺少点云的情况。通过点云智绘软件快速计算得出点云密度为 222.225 点/平方米，满足实际应用需求。
要点技巧
1. 即使已有作业区段杆塔的精确坐标和高度，仍然建议打点创建航线，这样可以起到提前勘查线路上方交跨物、卫星信号和无线电干扰等情况的作用，为顺利完成后续点云采集飞行打下基础。
2. 无人机在打点时（特别是打点所在杆塔为大转角塔时）航向对准下一基杆塔，可使创建的自动飞行航线与线路走向高度一致。
3. 经多次实践验证，回波模式选择 [双回波]，可应对采集点云过程中有薄雾的情形，较好地获取点云数据。
4. 经多次对照测试，对于大落差、跨江河地形的多层输电线路，宜采用非重复扫描方式，云台俯仰角建议接近 -75°，且不宜向 -90°（垂直向下方向）靠拢。
5. 在航线自动飞行过程中，可将监视器切至 FPV 画面，DJI Pilot HUD 独有的速度矢量球和目标航点空间导航技术，可帮助飞手提前检查创建的航线（航点）是否正确，保障飞行安全。
6. 一般情况下，建议打点、点云采集飞行、PPK 解算（如果需要）、模型重建等过程的大地坐标系选择保持一致，减少可能的作业误差。
7. 执行往返两条航线形成的两个单独原始数据文件夹（内部文件保持不移动、不修改），放入同一文件夹后再导入大疆智图，可使重建形成的 LAS 成果为单一文件。
