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        無人機激光雷達(dá)系統(tǒng)在線路勘測中的應(yīng)用

        2021-10-23 03:05:50朱偉鑫何卓陽阮永洪謝爭云廖子毅李遴鈺
        電力安全技術(shù) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:施工系統(tǒng)

        丘 丹,朱偉鑫,何卓陽,阮永洪,謝爭云,廖子毅,李遴鈺

        (廣東電網(wǎng)能源發(fā)展有限公司,廣東 廣州 510000)

        0 引言

        近年來無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)技術(shù)發(fā)展迅速,其憑借高度的靈活性和相對低廉的數(shù)據(jù)獲取成本,被廣泛應(yīng)用于輸電線路領(lǐng)域;而激光雷達(dá)(light detection and ranging,LiDAR)技術(shù)以作業(yè)場景大、空間數(shù)據(jù)獲取速度快、自動化程度高、精度高、數(shù)據(jù)量大、時效性好、通用性強等特點著稱,目前激光在信息領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出激光成像、測距、傳感、探測、通信、信息處理、顯示、存儲等多個方向,對推動國家信息化、電力行業(yè)等民生及國家重大戰(zhàn)略安全領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)。

        在此基礎(chǔ)上,針對特殊地形、交叉跨越情況復(fù)雜的輸電架空線路工程項目中人工勘測準(zhǔn)確度低的問題,提出了引入UAV LiDAR系統(tǒng)進(jìn)行勘測。首先利用搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)的無人機對目標(biāo)線行通道進(jìn)行巡視,采集數(shù)據(jù),形成三維模型;然后利用三維模型對施工關(guān)鍵點進(jìn)行多維度測量、定量分析,包括樹障點云的全自動快速分類,還原植被下地表的地形地貌,獲得交叉跨越距離、長度、角度準(zhǔn)確數(shù)據(jù)等,提高了地理空間三維信息數(shù)據(jù)的獲取精度和處理效率,有助于全面了解現(xiàn)場情況,便于項目安全、可靠實施,驗證UAV LiDAR系統(tǒng)在輸電線路現(xiàn)場勘測中的優(yōu)勢。

        1 人工勘測與UAV LiDAR系統(tǒng)勘測能力對比

        以某地區(qū)220 kV某線路技改工程為例,結(jié)合工程數(shù)據(jù)討論分析UAV LiDAR系統(tǒng)在輸電線路跨鐵路架線施工中的應(yīng)用。涉及該線路原n—(n+1)檔跨越鐵路電力線路10 kV自閉線,施工區(qū)段地形主要以丘陵和山地為主,其中丘陵約占70 %,山地約占30 %;沿線山地以經(jīng)濟(jì)林為主,生長桉樹、松雜樹、藤蔓、蕨類等原生性亞熱帶常綠闊葉林種。

        1.1 人工勘測情況

        該區(qū)段位于山谷地帶,道路交通十分不便。n—(n+1)檔跨越鐵路電力線路10 kV自閉線z—(z+1)桿,跨越處地勢較低,植被十分豐富且高大,種植有較多桉樹,高約20~30 m,無法看清沿線交叉跨越情況,容易遺漏部分跨越物。

        n—(n+1)檔與鐵路交叉跨越情況見表1。因樹障影響視線,無法利用經(jīng)緯儀、全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測量,只能定性、模糊處理。若必須使用經(jīng)緯儀、全站儀測量,則需砍伐林道,疏通視線,但鄰近電力線路砍樹存在觸電、火災(zāi)風(fēng)險,樹木傾倒失控造成人員傷亡等風(fēng)險,且需要耗費大量人力。在植被茂密的山區(qū)巡察,還存在蚊蛇蟻獸傷害等風(fēng)險。

        表1 n—(n+1)檔與鐵路交叉跨越情況

        通過現(xiàn)場初步勘察,發(fā)現(xiàn)原n—(n+1)檔(跨越鐵路10 kV自閉線)地處山地,地形條件較差,植被十分豐富且高大,對視線通暢造成困擾,僅靠傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場勘察,難以全面、精確了解現(xiàn)場情況,無法制定周全的施工方案。

        1.2 UAV LiDAR系統(tǒng)引入現(xiàn)場勘測

        引入UAV LiDAR系統(tǒng)對線行通道展開巡視,原n—(n+1)檔跨越鐵路10 kV自閉線。結(jié)合相應(yīng)軟件系統(tǒng),生成現(xiàn)場三維模型,精準(zhǔn)測出交叉跨越物間的最小距離、交跨長度等數(shù)據(jù)。該項目所使用的激光雷達(dá)發(fā)射的脈沖穿透性強,可穿透樹木植被掃描到地表數(shù)據(jù),并可根據(jù)激光脈沖強度精準(zhǔn)分類出植被及地表,還原植被下地表的地形地貌。實踐表明,結(jié)合前期UAV LiDAR系統(tǒng)現(xiàn)場勘測結(jié)果及后期數(shù)據(jù)處理分析,獲得較為全面、準(zhǔn)確的現(xiàn)場勘察信息,有利于制定可行性、安全性更高的施工方案,確保作業(yè)項目高質(zhì)量開展。

        2 工程論證及方案制定

        2.1 搭設(shè)跨越架保護(hù)措施

        人工現(xiàn)場初步勘察時,擬采用搭設(shè)跨越架作為保護(hù)措施,經(jīng)過UAV LiDAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為該方案不可行。原因如下:

        (1) 某10 kV自閉線對地距離偏高,最高達(dá)25.28 m。對照上述分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)交叉跨越段10 kV自閉線對地距離普遍較高(16.31~25.28 m),超出普通跨越架搭設(shè)高度,存在較大安全風(fēng)險,并需要組織專家論證可行性。

        (2) 去除植被后地形地質(zhì)情況顯示,該區(qū)域地形高低不平,坑洼較多,跨越架生根困難,穩(wěn)定性較差,安全無法保障。若搭設(shè)跨越架,需大面積砍伐林木,無法獲得林業(yè)部門批準(zhǔn),且鄰近帶電線路容易發(fā)生火災(zāi)、壓斷導(dǎo)線等事故。

        2.2 改造跨越處10 kV自閉線兩基直線水泥桿

        人工現(xiàn)場初步勘察時,擬采用將跨越處10 kV自閉線兩基直線水泥桿改造為耐張段的施工方法,經(jīng)與產(chǎn)權(quán)單位鐵路局溝通協(xié)調(diào)后,確認(rèn)該方案不可行,原因是鐵路局不同意改變線路的電氣結(jié)構(gòu)。

        2.3 跨越處10 kV自閉線耐張段停電降線

        通過UAV LiDAR系統(tǒng)了解到,該跨越處10 kV自閉線耐張段共3檔,約1.1 km,測量出220 kV某線路對10 kV自閉線交跨距離。距121號塔475.562 m處,220 kV某線路對10 kV自閉線凈空距離最小(14.65 m)。因此,在不改變線路電氣結(jié)構(gòu)的前提下,申請10 kV線路停電降線,成功配合了220 kV某線路拆舊線施工。

        基于UAV LiDAR系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)信息,對上述三種方案進(jìn)行對比分析,論證結(jié)果是第三種方案可行性高,依據(jù)方案對跨越處10 kV自閉線耐張段停電降線,成功拆除了220 kV某線路原n—(n+1)檔舊線行(跨越鐵路電力線路10 kV自閉線z—(z+1)桿)。該次項目的成功開展,得益于UAV LiDAR 系統(tǒng)在現(xiàn)場勘察中所發(fā)揮的準(zhǔn)確性、全面性、實用性等優(yōu)勢,是UAV LiDAR系統(tǒng)在輸電架空線路中的成功應(yīng)用。

        3 人工勘測與UAV LiDAR系統(tǒng)勘測對比

        以該項目220 kV某線路技改工程為例,分析傳統(tǒng)人工勘測和利用UAV LiDAR系統(tǒng)勘測這兩種方式的優(yōu)劣。

        3.1 傳統(tǒng)人工勘測方式

        (1) 優(yōu)點:能夠直觀了解后期交通運輸、青賠協(xié)調(diào)等事宜,也便于聯(lián)系沿線的交通運輸部門、跨越物產(chǎn)權(quán)單位、村民等,此方式在施工現(xiàn)場普遍使用,是施工準(zhǔn)備階段必不可少的一道基本工序。

        (2) 缺點:人工爬山,存在蚊蟲蛇蟻叮咬的風(fēng)險;必須到達(dá)鐵塔樁位才能開展勘測作業(yè),遇惡劣天氣時,存在道路塌方、倒塌風(fēng)險,安全性較低;人員配置較多,至少兩人結(jié)伴出行,路上耗費時間太多;對某些處于高山密林的鐵塔樁位,甚至數(shù)次繞道依然無法抵達(dá)鐵塔樁位。人的視線有限,易受林木、山坡阻擋,導(dǎo)致無法使用經(jīng)緯儀、全站儀等常用測量工器具,僅依靠人的感官進(jìn)行判斷,易受天氣、個人定勢思維的影響無法得出較準(zhǔn)確的結(jié)果,甚至得出錯誤結(jié)論,準(zhǔn)確性較低。

        僅人工勘測的單次費用而言,成本較低,但考慮到無法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),需多次勘察以致效率低下影響施工進(jìn)度,不適宜單獨采用。

        3.2 UAV LiDAR系統(tǒng)勘測方式

        (1) 優(yōu)點:勘察人員無需抵達(dá)塔位、交跨處,省去了翻山越嶺的辛苦和危險,安全性高;UAV LiDAR系統(tǒng)巡視速度可達(dá)20 km/h,30 min內(nèi)可完成對特定塔段的勘察,效率高;可定量得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),更全面了解地形地貌、跨越物等,準(zhǔn)確度高。

        本文構(gòu)建的機會創(chuàng)新性與資源拼湊模式匹配關(guān)系模型,能夠指導(dǎo)初創(chuàng)企業(yè)的創(chuàng)業(yè)行為,幫助初創(chuàng)企業(yè)獲得較高的創(chuàng)業(yè)績效。同時,能夠促使創(chuàng)業(yè)者從機會創(chuàng)新性和資源拼湊的雙重視角思考創(chuàng)業(yè)問題,正確判斷機會的創(chuàng)新程度,充分利用手頭資源和社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò),最大化創(chuàng)造價值,實現(xiàn)創(chuàng)業(yè)成功。但本研究的案例企業(yè)僅來自天津、深圳和成都三個城市,缺少其他地區(qū)的樣本分析,未來會采用大樣本統(tǒng)計方法進(jìn)一步驗證研究結(jié)論。

        (2) 缺點:需要使用專業(yè)設(shè)備(搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)的無人機以及專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件),需要專業(yè)人員配合開展數(shù)據(jù)處理和分析,單次使用費用較高;僅靠UAV LiDAR系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場勘測,難以全面了解評估交通運輸和青賠協(xié)調(diào)情況,不利于后期開展施工。

        目前,傳統(tǒng)人工勘測方式仍然是最普及、最簡單的一種方式。有條件的情況下,針對特殊地形、惡劣環(huán)境,可有效利用UAV LiDAR系統(tǒng)實施勘測。兩種方式有機結(jié)合,能夠更加全面、直觀、準(zhǔn)確地了解項目,同時有利于制定更加安全、可靠的施工方案。

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