飞行验证应用示范总结报告0306.docx

应用示范总结报告
5Kg级SKY-Lark无人机载激光雷达系统具有探测距离远、测量精度高、数据采集速度快、点云密度大、提供独特的多回波测量数据的特点，具有良好的激光雷达及多旋翼无人机平台一体化作业能力，可广泛用于地形测量、数字城市建模、电力巡线、水利勘测、灾害评估等高精度三维测量领域。系统自研制成功以来，已先后在贵州、广东等开展了电力线巡检、大比例尺地形测绘等示范应用。
1贵阳电力巡线示范应用
2016年8月底，北科天绘公司在贵州电力设计院配合下，使用SKY-Lark无人机激光雷达系统对贵州电网进行电力线巡检示范应用飞行。通过航飞作业，获取了电力线走廊高精度激光点云和高清影像数据，通过数据分析提供了电力线危险点检测报告。
1.1航飞设计
电力线巡检测区位于贵阳市修文县，线路长度2.5 公里，采取双回线路往返飞行方式，飞行高度150~200m、飞行速度4~5m/s，激光点频30万点/秒，并同步进行航摄作业，共飞行2个架次。飞行线路规划图见图1。

图 1 飞行线路规划示意图
1.2航飞作业
1）首先在地面对无人机雷达系统进行参数配置和飞行线路配置。其次对系统上电，在地面静止5~10分钟以完成惯导系统的初始化。然后无人机平台起飞作业。系统起飞作业见图2。

图 1 系统起飞作业
2）SKY-Lark无人机雷达系统巡线作业在线上飞行高度约为100米，侧偏距离约为20米。去程在线路走廊左侧飞行，返程在线路走廊右侧飞行，获取了线路走廊完整的三维激光点云和影像数据。线上作业见图3：

图 3 系统线上巡线作业
1.3数据成果
1）测量数据，经统计：激光数据3.73 GB、影像数据1.37 GB(170张)、位姿测量数据0.3 GB、LAS成果数据1 GB，电力线上每隔8cm左右有一个激光点。测量数据效果图见图4、5、6：

图 4 原始激光点云数据（高程模式显示）

图5 电力塔/线数据

图 6 彩色点云数据成果
2）数据分类、危险点检测分析成果见图7、8。

图 7 分类后点云

图 8 危险点检测示意图
1.4 示范应用小结
通过点云检测分析发现的电力线与树木间距超标危险点，与人工巡线结果进行比对检核，两者完全一致。贵阳电力巡线示范应用表明，SKY-Lark无人机激光雷达系统完全能够满足山区复杂地形条件下的电力巡线应用需求，可显著提高电力巡线效率，极大减轻劳动强度。
2地形测绘示范应用
2017年01月10日，北科天绘公司受华南农业大学邀请，利用5KG级SKY-Lark无人机激光雷达系统进行水利勘测地形测绘。通过航飞作业，获取了水利工程的带状高精度激光点云和高清影像数据。经数据处理，提供了测区数字高程模型DEM、正射影像DOM和数字线画图等成果数据。
2.1航飞设计
地形测绘测区位于广东省惠州市，航飞线路长10公里，飞行高度150~200m、速度6m/s，激光点频设置20万点/秒，同步进行航摄作业，共飞行8个架次。测区示意图见图9，飞行架次轨迹见图10。

图 9 测区示意图

图 10 飞行架次轨迹
2.2作业流程
1）控制点布设。以测区附近的高精度控制点为起算，利用GNSS-RTK模式布设控制网。

图 12 控制点布设
2）航飞作业。选择合适的起飞场地，并在最近的控制点上架设GNSS基站。利用无人机激光雷达系统进行航飞作业以获取激光点云和影像数据。GNSS基站图见图13、航飞作业见图14：

图 13 基站架设

图 14 航飞作业
3）检核点测量。利用GNSS-RTK模式在测区硬质路面上进行检核点测量，以作为最终成果的检核依据。共测量检核点157个，如下所示：

图15检核点坐标测量
2.3数据成果
1）数据成果。包括激光点云数据、正射影像数据、数字高程模型及等高线数据。激光点云地面点密度120点/平方米。如图16、17、18所示。

图 16 激光点云数据

图17 正射影像DOM
图 18 测区DEM数据
2）精度检核。将检核点GNSS-RTK测量结果导入DEM数字高程模型中，检核DEM精度，如下表所示：

图 2高程精度检核结果
精度检核结果，当飞行高度150~200时，高程平均误差3.2cm、中误差5.7 cm，平面坐标中误差20 cm。
2.4示范应用小结
广东省惠州市地形测绘应用示范表明，利用5KG级SKY-Lark无人机激光雷达系统进行大比例尺地形测绘，无地面影像控制点时可满足1：1000比例尺测图要求，有地面影像控制点时可满足1：500比例尺测图要求。且具有作业效率高、提供成果快的特点。
3 结论
通过电力线巡检、大比例尺地形测绘示范应用，验证了5KG级SKY-Lark无人机激光雷达系统在用于激光电力巡检、大比例尺地形测绘等工作时，能够显著提高野外测量效率、极大减轻劳动强度。SKY-Lark使用无人机飞行平台，具有较高的灵活性和可操作性，适用于植被茂密、交通不便的山区、滩涂、沙漠、海岛礁等地区作业。激光雷达与其他技术手段相比，具有高精度、真三维、数据处理快捷等特点，且能同步获取影像数据并进行快速融合，因而在测绘地理、城市规划、电力巡护、水利勘测、道路交通工程、农林业监测、地震灾害评估等领域将有广泛的应用市场。