Inspektion von Freileitungen auf einer Strecke von 130 km in Südafrika

Übertragungskorridore gehören zu den am schwierigsten zu inspizierenden Anlagen eines Energieversorgers. Die Leitungen führen durch Wälder, über Flüsse und Berge, die Masten stehen weit abseits jeglicher Straßen, und die wichtigsten Details – wie die Durchhanglänge der Leiter, der Zustand des Erdungsdrahts und der Abstand zwischen Leitern und Vegetation – lassen sich vom Boden aus oder anhand von Fotos nur schwer messen. In der Region Komati in Südafrika setzte Strata Geomatics das luftgestützte LiDAR-System CHCNAV AlphaAir 15 Pro (AA15P) an Bord eines bemannten Flugzeugs über einem 130 km langen Stromleitungskorridor ein, um herauszufinden, ob ein einziger Flug die für eine Stromleitungsinspektion erforderlichen Daten liefern kann.

Das Projekt: Ein 130 km langer Stromübertragungskorridor in Südafrika

Strata Geomatics ist ein Geomatikunternehmen in Südafrika. Für dieses Projekt montierte das technische Team des Unternehmens den AlphaAir 15 Pro auf einem bemannten Flugzeug und scannte einen 130 km langen Abschnitt einer Hochspannungsleitung. Der Flug sollte Antworten auf drei Fragen liefern:
 

• Konnte das System reibungslos funktionieren und zuverlässig Daten erfassen, wenn es an einem bemannten Flugzeug montiert war?
   
• Welche Qualität würde die Punktwolke bei der normalen Reisegeschwindigkeit des Flugzeugs aufweisen?
   
• Wären die Masten deutlich sichtbar, und würden die oberirdischen Stromleitungen vollständig erfasst werden?
   

Die letzte Frage war die schwierigste. In Südafrika variieren die oberirdischen Erdungskabel hinsichtlich Material und Durchmesser, was eine einheitliche Erfassung erschwert.

Warum bei der Inspektion von Stromleitungen mehr als nur Bildmaterial erforderlich ist

Jede gängige Prüfmethode weist irgendwo eine Lücke auf:
 

• Bei manuellen Inspektionen müssen die Teams in die Nähe von Hochspannungsleitungen, was die Gefahr von Stromschlägen, Stürzen und anderen Gefahren vor Ort mit sich bringt. Das Absuchen eines langen Korridors zu Fuß ist zeitaufwendig, und abgelegene Abschnitte sind unter Umständen gar nicht erreichbar.
   
• Die Inspektion per Hubschrauber verringert zwar die Gefährdung am Boden, ist jedoch kostspielig und hängt von engen Flugsicherheitsfenstern sowie guten Wetterbedingungen ab.
   
• Kameras für sichtbares Licht und Orthofotos von Drohnen liefern zwar nützliche visuelle Aufzeichnungen, können jedoch nicht durch das Blätterdach hindurchsehen und bieten keine verlässliche 3D-Tiefeninformation. Das erschwert die Messung von Durchhang, Windauslenkung, Überfliegungsabstand oder dem Abstand zwischen Leitern und Bäumen – genau jene Informationen, auf die sich das Vegetationsmanagement stützt.
   

Luftgestütztes LiDAR löst all diese Probleme auf einmal. Das Flugzeug fliegt in sicherem Abstand zur Leitung, Laserimpulse dringen durch Lücken im Baumkronendach bis zum Boden vor, und jeder Punkt ist mit einer gemessenen 3D-Koordinate versehen.

Die CHCNAV AlphaAir 15 Pro (AA15P)-Lösung

Das AlphaAir 15 Pro wiegt 2,6 kg, sodass das gleiche System je nach Projekt sowohl in einem bemannten Flugzeug als auch in einem großen Starrflügel-UAV installiert werden kann.

Drei Eigenschaften machten es für diesen Korridor geeignet:
 

• Bis zu 16 Rückläufe pro Impuls, was die Durchdringung der Vegetation verbessert und dem System hilft, unter dem Blätterdach vollständigere Bodenpunkte zu erfassen.
   
• Ein Scan-Sichtfeld von 75° und bis zu 2,4 Millionen Punkte pro Sekunde, wodurch die Laserenergie auf feine Strukturen wie Erdungskabel konzentriert wird und in einem einzigen Durchgang eine breite Korridorabdeckung ermöglicht wird.
   
• Automatische Parameterberechnung, bei der die Flugsoftware anhand des Flugzeugtyps, der Flughöhe, der Geschwindigkeit und der Projektanforderungen die optimalen Scanparameter festlegt, sodass die Bediener den Scanner nicht manuell konfigurieren müssen.

Der Arbeitsablauf: Von der Installation bis zur fertigen Punktwolke

01. Installation und Systemprüfung. Die Kabel für Kamera, GNSS und Stromversorgung sind in einem einzigen A-förmigen Stecker zusammengefasst, was die Installation am Flugzeug vereinfachte und die Anzahl der zu prüfenden Anschlüsse reduzierte. Vor dem Start zeigte die Software den Selbstteststatus jeder Komponente an, sodass das Team sich vergewissern konnte, dass das System betriebsbereit war, und Konfigurationsfehler während des Fluges vermeiden konnte.

02. Flug und Datenerfassung. Das Flugzeug flog den Korridor mit einer Geschwindigkeit von 120 Knoten (ca. 220 km/h) und in einer Höhe von 500 m über dem Boden ab. Die LiDAR-Parameter wurden automatisch aus dieser Höhe und Geschwindigkeit berechnet. Eine Echtzeit-Vorschau des Flugplans half dem Piloten bei der Anpassung von Kurs und Höhe, und das System steuerte die Datenerfassung automatisch entlang der voreingestellten Fluglinien, wodurch redundante Aufnahmen vermieden wurden.

03. Verarbeitung. Die Verarbeitungssoftware führte eine Überprüfung der Trajektoriengenauigkeit durch und markierte alle Abschnitte mit geringerer Genauigkeit, sodass das Team die Datenqualität vor der Erstellung des Endergebnisses beurteilen konnte. Störsignale wurden herausgefiltert, und die resultierende Punktwolke war vollständig und sauber.

Das Ergebnis: Masten, Erdungskabel und Freiraum in einem Arbeitsgang

Der Flug lieferte Antworten auf alle drei Fragen. Die Erfassung entlang des 130 km langen Korridors war lückenlos, die Masten wurden klar rekonstruiert, und die oberirdischen Erdungskabel wurden als durchgehende Linien erfasst, wobei die gemessene Dichte an den Stromleitungen bei 4 Punkten pro Quadratmeter lag.
 

Feinstrukturen blieben auch in den anspruchsvollsten Abschnitten des Korridors erhalten. Stromleitungen blieben dort deutlich sichtbar, wo sie andere Leitungen kreuzten, einschließlich Leitungen auf niedrigerer Höhe. Ein Aufhängemast in Katzenkopfbauweise wurde vollständig rekonstruiert, wobei seine Isolatorreihen, Traversen und Erdungsdrähte im Profil sichtbar waren. Dieser Detaillierungsgrad bietet eine zuverlässige Grundlage für die Analyse der Mastneigung, die Identifizierung von Befestigungsfehlern und die Inspektion der Versorgungsanlagen.

„Die Begutachtung von oberirdischen Erdungskabeln stellt bei der Inspektion von Stromleitungen seit langem eine Herausforderung dar. Aufgrund ihres geringen Durchmessers und ihrer großen Höhe ist es schwierig, sie mit herkömmlichen Bildaufnahmen oder Drohnenscans aus geringer Höhe klar zu erfassen. Mit einer Datenerfassungsrate von 2,4 Millionen Punkten pro Sekunde und einem Sichtfeld von 75° liefert der AA15P eine hohe Punktwolkendichte. Die daraus resultierenden Daten zu den Erdungsleitungen sind lückenlos und vollständig, sodass Abweichungen in der Durchhanghöhe sofort erkennbar sind. Probleme wie gebrochene oder lose Litzen, die bisher eine manuelle Besteigung des Mastes zur Sichtprüfung erforderten, lassen sich nun direkt anhand der Punktwolkendaten identifizieren.“

Technisches Team, Strata Geomatics

Luftgestütztes LiDAR im Vergleich zur herkömmlichen Stromleitungsinspektion

In der folgenden Tabelle wird der AlphaAir 15 Pro mit den beiden gängigsten Alternativen verglichen. Bei den Werten für den AlphaAir 15 Pro handelt es sich um die typischen Werte von CHC Navigation für Arbeiten an Stromleitungen.
 

Unterstützung bei der Vegetationspflege im Versorgungsbereich

Für Energieversorger sind die Daten zur Vegetationsabstandskontrolle oft der wertvollste Ergebnis einer LiDAR-Inspektion von Stromleitungen. Mit bis zu 16 Rücklaufsignalen pro Impuls dringt die Laserenergie durch das Blätterdach bis zum Boden vor, und durch die Klassifizierung der Mehrfachrückläufe wird die Vegetation von den Leitern unterschieden, sodass der Mindestabstand zwischen beiden berechnet werden kann. Dadurch wird das Vegetationsmanagement von einer visuellen Beurteilung zu gemessenen, wiederholbaren Daten.
 

Die gleichen Eigenschaften eignen sich auch für Projekte mit langen Trassen. An Bord eines bemannten Flugzeugs kann der AlphaAir 15 Pro in einer Höhe von mehr als 1.000 m über dem Boden fliegen, weit entfernt von der Leitung. Das System ist innerhalb von 15 Minuten nach Ankunft vor Ort einsatzbereit, und seine austauschbare 512-GB-SSD unterstützt mehr als 8 Stunden kontinuierliche Datenerfassung. Es arbeitet bei Temperaturen von -20 °C bis +50 °C mit Schutzart IP64 und liefert eine stabile Echogüte bei Leitern aus unterschiedlichen Materialien, von stark reflektierenden verzinkten Stahlsträngen bis hin zu ACSR-Leitern mit geringerer Reflektivität.
 

Erfahren Sie bei einem weiteren AlphaAir 15 Pro-Projekt, wie ein Vermessungsteam in Namibia innerhalb von zwei Tagen einen 70 km langen Pipelinekorridor erfasst hat, oder lesen Sie, wie luftgestütztes LiDAR die Straßenvermessung unterstützt. Für die Punktwolkenverarbeitung entdecken Sie CHCNAV CoPre.

Laden Sie die vollständige Fallstudie herunter (PDF)

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und autonome Systeme und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview