前言

我國電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)歷了高速發(fā)展階段，蓬勃發(fā)展的先進(jìn)輸電技術(shù)是真正的“電力高速公路”，在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大勢中占有舉足輕重的地位。目前，輸電線路規(guī)模已躍居世界首位。隨著線路里程不斷增加，人均巡檢長度逐年增加，三維激光掃描作為一種可以快速獲取目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)，并以點(diǎn)云的形式展現(xiàn)出物體表面真實(shí)結(jié)構(gòu)的新型測繪技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用電力線數(shù)字化、變電數(shù)字化以及電力巡檢中。國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等電力企業(yè)，在傳統(tǒng)人工巡檢方式的基礎(chǔ)上，積極探索新型電力巡檢和電力數(shù)字化方式，引入最新型GeoSLAM激光雷達(dá)技術(shù)，大大提高了巡檢效率。

GeoSLAM是一款室內(nèi)外一體化的移動(dòng)激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，結(jié)合激光雷達(dá)和同步定位與地圖構(gòu)建（SLAM）技術(shù)，無需GPS即可實(shí)時(shí)獲取高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)。輕巧的設(shè)計(jì)使得GeoSLAM既可以手持或背包使用，也可搭載于飛機(jī)和汽車等平臺(tái)進(jìn)行使用。

GeoSLAM可應(yīng)用于變電站、電力線、換流站、桿塔等的快速三維建模與數(shù)據(jù)更新。

 

某電力線掃描成果

 

 

 

某變電站三維掃描和數(shù)字化成果

室內(nèi)細(xì)節(jié)和電力設(shè)施

 

三維數(shù)字化

 

SLAM基本原理

SLAM (Simultaneous localization and mapping)，意為“實(shí)時(shí)定位與地圖構(gòu)建”。SLAM可以理解為: 掃描儀在未知環(huán)境中從一個(gè)未知位置開始移動(dòng),在移動(dòng)過程中根據(jù)位置估計(jì)和地圖進(jìn)行自身定位，同時(shí)在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實(shí)現(xiàn)掃描儀的自主定位和導(dǎo)航。

SLAM技術(shù)特點(diǎn)

目前，現(xiàn)有的地面移動(dòng)測量系統(tǒng)通常是基于車載的移動(dòng)測量系統(tǒng)的，但目前地面移動(dòng)測量系統(tǒng)均需要依賴于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，只能用于室外環(huán)境。然而， 由于室內(nèi)和地下空間等環(huán)境中沒有 GNSS 信號(hào)，因此，傳統(tǒng)的移動(dòng)測量系統(tǒng)無法正常工作。固定式激光掃描可以用于室內(nèi)室外的環(huán)境，但是復(fù)雜場景需要大量換站，然后進(jìn)行點(diǎn)云拼接， 數(shù)據(jù)獲取的效率十分低下。然而，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)技術(shù)在移動(dòng)測繪方面具有較好的應(yīng)用，不依托 GNSS 信號(hào)，能夠?qū)κ覂?nèi)和室外的地面水平環(huán)境進(jìn)行地圖構(gòu)建和環(huán)境建模。因此，SLAM 技術(shù)在測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用降低了測量復(fù)雜性，不需要大量標(biāo)記地物點(diǎn)，不需要GPS 信號(hào)，適用于在室內(nèi)室外場景，對(duì)于解決傳統(tǒng)測繪中的定位及場景重建問題具有廣闊的前景。

由于 SLAM 技術(shù)無需 GNSS 信號(hào)，對(duì)工作環(huán)境又有極強(qiáng)的適應(yīng)性，基于 SLAM 技術(shù)的移動(dòng)測量系統(tǒng)在多個(gè)測繪領(lǐng)域發(fā)揮作用，具體表現(xiàn)為：

(1)外業(yè)數(shù)據(jù)采集速度極快，可快速獲得所需點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度高。

(2)內(nèi)業(yè)點(diǎn)云預(yù)處理時(shí)間短，自動(dòng)化程度高，基本不需要人工干預(yù)，短時(shí)間便能獲得配準(zhǔn)好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

(3)操作簡單方便，無需換站，連續(xù)采集，具有連貫性，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化掃描作業(yè)。

(4) SLAM 技術(shù)的測繪移動(dòng)測量掃描儀在任意環(huán)境中長時(shí)間工作故障率低，對(duì)于精度要求較高的重點(diǎn)區(qū)域，可與固定測站式三維激光系統(tǒng)配合使用，既能保證精度，又能保證效率。

 

無論是室外或者室內(nèi)掃描環(huán)境，只要掃描環(huán)境結(jié)構(gòu)特征越明顯SLAM掃描結(jié)果越準(zhǔn)確

 

 

GeoSLAM 系列產(chǎn)品優(yōu)勢

①適用性：不需要大量標(biāo)記地物點(diǎn)，適用于在室內(nèi)室外場景，對(duì)工作環(huán)境有極強(qiáng)適應(yīng)性。

②高效率：100Hz線掃描速度，可在幾分鐘內(nèi)快速獲取精細(xì)的三維空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

③自動(dòng)化：自動(dòng)化程度高，無需人工干預(yù)，短時(shí)間便能獲得已配準(zhǔn)好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

④高精度：慣導(dǎo)系統(tǒng)與SLAM算法相結(jié)合，無需GPS輔助定位便可以進(jìn)行高精度的點(diǎn)云自動(dòng)匹配。

⑤多平臺(tái)：激光頭旋轉(zhuǎn)掃描，可以手持，背包，船載，車載，探測車載及無人機(jī)載等多平臺(tái)搭載。

 

 

GeoSLAM ZEB HORIZON

GeoSLAM ZEB Horizon手持式移動(dòng)三維激光掃描儀是由澳大利亞國家科學(xué)研究機(jī)構(gòu) CSRO 和英國三維激光雷達(dá)采礦行業(yè)解決方案提供者 3D lasermapping 公司以合資企業(yè)的形式成立， 并聯(lián)合研發(fā)出的目前最輕便的SLAM 掃描系統(tǒng)。

GeoSLAM ZEB Horizon 3D 系統(tǒng)

一個(gè)背包搞定所有主配件

 

 

數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件 GeoSLAM HUB 特性

•原始數(shù)據(jù)拖放軟件內(nèi)進(jìn)行處理

•數(shù)據(jù)集合并

•在“GeoSLAM Draw”中將 3D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 2D 矢量數(shù)據(jù)

•集成的 2D 和 3D 查看器

•支持五種主流點(diǎn)云格式導(dǎo)出

•云數(shù)據(jù)，行進(jìn)軌跡，影像資料同步查閱

 

外業(yè)數(shù)據(jù)采集

一個(gè)書包裝下整機(jī)系統(tǒng)

 

靜止開機(jī) 30 秒即可進(jìn)入數(shù)據(jù)采集

 

數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

原始數(shù)據(jù)解算

將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)預(yù)處理軟件 Hub 里進(jìn)行解算，解算數(shù)據(jù)所需時(shí)間和電腦的配置以及掃描所用時(shí)間相關(guān)，一般來說解算時(shí)間約為掃描時(shí)間的 1-3 倍。

 

在預(yù)處理軟件 Hub 中查看點(diǎn)云數(shù)據(jù)的整體 3D 效果，也可以以 2D 效果圖來進(jìn)行顯示。當(dāng)同步影像與點(diǎn)云相匹配之后，點(diǎn)云數(shù)據(jù)還能夠以 RGB 真彩色來顯示，與最終成果圖對(duì)比起來會(huì)顯得更加的直觀有效。

M600 搭載ZEB Horizon 手動(dòng)飛行,電力線上空10 m，真彩色掃描結(jié)果

 

總結(jié)

隨著三維激光掃描技術(shù)的普及與發(fā)展，人們已經(jīng)感受到它與傳統(tǒng)測量儀器之間的天差地別。利用三維激光掃描設(shè)備獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電力附屬物結(jié)構(gòu)重建，獲得精確的弧垂、塔高、塔基地形等數(shù)據(jù)，為數(shù)字化巡線提供了寶貴的資料。這種作業(yè)方式不僅節(jié)約了時(shí)間，提高了作業(yè)效率，也大大減少了人力、物力的投入。目前三維激光掃描設(shè)備樣式繁多，區(qū)別于對(duì)架站場地要求更高的地面式激光掃描儀，以及難以穿透茂盛樹冠的機(jī)載激光雷達(dá)。Geoslam ZEB Horizon手持式掃描儀作業(yè)方式靈活，單人即可完成掃描作業(yè)，能夠快速完整地獲取變電站內(nèi)外、塔基、供電線、高壓線的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，擁有著機(jī)載雷達(dá)與地面掃描儀不可比擬的優(yōu)勢。亦可將GeoSLAM地面設(shè)備采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與GeoSLAM機(jī)載雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配，優(yōu)勢互補(bǔ)，以獲得更加全面精確的樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)。綜上，使用Geoslam ZEB Horizon可極大的提升電力附屬物三維數(shù)字化工作效率。