Eine neue Option für die Inspektion städtischer Freileitungen – SLAM100 Handheld-LiDAR-Scanner

Mit der rasanten Stadtentwicklung wachsen auch die städtischen Stromversorgungssysteme weiterhin relativ schnell, und die Länge der Freileitungen nimmt stetig zu. Dies stellt Betrieb und Instandhaltung der Leitungen vor immer größere Herausforderungen. Herkömmliche manuelle Inspektionen basieren hauptsächlich auf Vor-Ort-Begehungen und sind daher aufwändig und wenig effizient. Insbesondere in komplexen städtischen Gebieten sind Effizienz und Genauigkeit nicht optimal. Die luftgestützte LiDAR-Inspektion mittels UAVs ist hingegen ein ausgereiftes Verfahren zur Inspektion von Freileitungen. Durch die Integration von Vor-Ort-Inspektion, Datenverarbeitung und -analyse lassen sich Leitungsfehler schnell erkennen.

Es bestehen jedoch große Unterschiede zwischen städtischen Gebieten und Regionen wie Gebirgen und Hügeln. Städtische Gebiete sind dicht besiedelt, und die dortigen Stromleitungen und die umliegende Landschaft bilden ein komplexes Geflecht, das die Flugsicherheit von Drohnen ernsthaft gefährdet. Für die Inspektion von Stromleitungen in städtischen Gebieten eignet sich die mobile Lidar-Rucksackplattform S-PACK100 in Kombination mit SLAM100 ideal für die anspruchsvollen Arbeitsbedingungen. Die Anwender tragen den S-PACK100 auf dem Rücken und gehen in normalem Tempo entlang der Leitung, um diese aus nächster Nähe digital zu scannen.

Städtische Freileitungen

Die Lidar-Rucksackplattform S-PACK100 ist eine neu eingeführte, integrierte Erweiterungsplattform für den mobilen Lidar-Scanner SLAM100. Sie ermöglicht die Erweiterung um ein RTK-Modul und ein Panoramakameramodul, die Montage des SLAM100-Scanners und den mobilen Einsatz beim Gehen, Fahren usw. Die Plattform führt Huckepack-Scans durch, wodurch nicht nur die Einsatzmöglichkeiten des SLAM100 erweitert, sondern auch dessen Effizienz gesteigert wird.

SLAM100+S-PACK100+S-RTK100+S-PANO100

Das Testgebiet befindet sich in der Nähe eines großen Parkplatzes in einer bestimmten Stadt. Die Spannung der Freileitungen in diesem Gebiet beträgt 220 kV. Die zu untersuchende Leitung verfügt über insgesamt vier Masten und ist etwa 1 km lang. Beidseitig verlaufen zwei weitere Leitungen parallel dazu. Die Umgebung ist komplex und geprägt von Bebauung und Vegetation, zahlreichen Straßen und Siedlungsgebieten. Die Leitung kreuzt Flüsse und Brücken. Dies spiegelt die typischen Merkmale und Bedingungen urbaner Freileitungen wider.

Übersicht über das Testgebiet und die Streckenführung

Testumgebung

Angesichts der komplexen Gegebenheiten im Untersuchungsgebiet legte das Erfassungspersonal die Erfassungsroute im Voraus abschnitts- und gebietsweise fest, um die Integrität der Punktwolken-Ergebnisse zu gewährleisten und Stromausfälle und -unterbrechungen zu vermeiden. Die Routenplanung für die Erfassung erfolgt nach folgenden Grundsätzen:

♦ In normalen Fußgängerbereichen (z. B. innerhalb des Parkplatzes) genügt es, die Besucher gemäß der üblichen Vorgehensweise an beiden Seiten der Linie einzusammeln.

♦ Über Brücken, Flüsse und andere Bereiche hinweg, unter der Voraussetzung, die Sicherheit der Datensammler zu gewährleisten, nähern Sie sich der Ziellinie von weit her so weit wie möglich und erfassen Sie Daten auf beiden Seiten von Brücken und Flüssen vollständig.

Datenerhebungsmethode

Installieren Sie den SLAM100 zusammen mit der Rucksackplattform S-PACK100. Nach dem Einschalten des SLAM100 verbinden Sie ihn mit dem CORS-Netzwerk, wählen Port und Quellknoten aus und stellen den Rucksack für 2–3 Minuten im Freien auf. Dies ermöglicht dem RTK-Modul, schnell nach Satelliten zu suchen und diese zu fixieren. Sobald die Initialisierung des SLAM100 abgeschlossen ist, erfassen die Datensammler mithilfe der Rucksackplattform Daten gemäß der festgelegten Erfassungsroute und den Regeln. Während der Erfassung können sie die Scanübersicht in Echtzeit über die mobile App SLAM GO APP einsehen. Der Feldscan ist in drei Bereiche unterteilt, die durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet sind: Bereich 1 (grün) dauert 10 Minuten, Bereich 2 (rot) 15 Minuten und Bereich 3 (gelb) ebenfalls 15 Minuten, insgesamt also 40 Minuten.

Feldsammlung

Nutzen Sie die PC-basierte Software SLAM GO POST Pro, um die Punktwolkendaten mittels einer nicht-starren Transformation mit nur einem Klick auf Basis der RTK-Trajektorie zu verarbeiten. Diese Transformation eliminiert nicht nur durch die Verwendung der wahren Koordinatenwerte den Einfluss akkumulierter Fehler und verbessert die Genauigkeit der Punktwolken, sondern integriert die Punktwolken auch direkt in das absolute Koordinatensystem. Dadurch entfallen nachfolgende Registrierungsschritte, und Punktwolken aus verschiedenen Scansequenzen werden präzise zusammengeführt, um die Anforderungen an die Punktwolkenergebnisse für die Leistungsprüfung zu erfüllen.

Die durchschnittliche Punktdichte der Punktwolke des Freileitungskanals beträgt 980 Punkte/m², und die Doppelleitung auf demselben Mast wird schnell gezeichnet, und die Stromleitungen über den Fluss und die Brücke sind vollständig und durchgehend ohne Unterbrechung.

Die Punktwolkendaten der Freileitungskanäle, Erdungsdrähte, Verbindungsleitungen, Masten und Isolatoren sind klar abgedeckt, die Struktur ist vollständig und die vierfach geteilten Leiter sind deutlich sichtbar.

Die Punktwolke wird mit den GNSS-RTK-gemessenen Eckpunkten des Turmfußes abgeglichen (die roten Punkte sind die Messpunkte, insgesamt 16). Anschließend wird die Genauigkeit der Punktwolke überprüft. Der Fehler in der Ebene der Punktwolke beträgt 5,3 cm, der Fehler in der Höhe 4,7 cm.

Punktwolken- und Checkpoint-Anpassung

Die mit SLAM100 gewonnenen hochpräzisen Punktwolkendaten erfüllen die Anforderungen von Inspektionsdiensten im Energiebereich vollständig. Dank seiner Portabilität, der GPS-Abhängigkeit und der Kompatibilität mit verschiedenen Plattformen eignet es sich für die Inspektion von städtischen Haupt- und Verteilungsnetzen in komplexen Umgebungen, wo Flüge nicht möglich sind. Im Vergleich zum großflächigen Einsatz von UAV-gestützter LiDAR-Technologie in der Energieinspektion stellt SLAM100 eher ein ergänzendes technisches Mittel dar. Darüber hinaus ermöglicht SLAM100 detaillierte Scans von Energieanlagen wie Masten und Umspannwerken, die präzise Erfassung von Form, Umriss und geometrischen Abmessungen von Leitungsarmaturen, die Erstellung dreidimensionaler Modelle von Masten und Umspannwerken sowie die Anfertigung digitaler Register für Energieübertragungsanlagen zur Unterstützung der Entwicklung intelligenter Stromnetze.