Inspection aérienne de lignes électriques sur 130 km en Afrique du Sud

Les couloirs de transport d’électricité comptent parmi les infrastructures les plus difficiles à inspecter pour un opérateur. Les lignes traversent des forêts, des rivières et des montagnes ; les pylônes sont situés loin de toute route ; et les détails les plus importants, tels que l’affaissement des conducteurs, l’état des fils de terre et la distance entre les conducteurs et la végétation, sont difficiles à mesurer depuis le sol ou à partir de photographies. Dans la région de Komati, en Afrique du Sud, Strata Geomatics a utilisé le système LiDAR aéroporté CHCNAV AlphaAir 15 Pro (AA15P) à bord d’un avion piloté pour survoler un couloir de ligne électrique de 130 km, afin de déterminer si un seul vol pouvait fournir les données nécessaires à l’inspection d’une ligne électrique.

Le projet : un couloir de transport d'électricité de 130 km en Afrique du Sud

Strata Geomatics est une entreprise spécialisée dans la géomatique, basée en Afrique du Sud. Dans le cadre de ce projet, son équipe technique a installé l'AlphaAir 15 Pro à bord d'un aéronef piloté et a réalisé un balayage d'un tronçon de 130 km du couloir de transport d'électricité à haute tension. Ce vol avait pour objectif de répondre à trois questions :
 

• Le système pouvait-il fonctionner sans problème et collecter des données de manière fiable lorsqu'il était installé sur un aéronef piloté ?
   
• Quelle serait la qualité du nuage de points obtenu à la vitesse de croisière normale de l'avion ?
   
• Les pylônes seraient-ils clairement visibles, et les câbles aériens seraient-ils capturés dans leur intégralité ?
   

La dernière question était la plus difficile. En Afrique du Sud, les câbles aériens varient en termes de matériau et de diamètre, ce qui rend leur capture difficile de manière homogène.

Pourquoi l'inspection des lignes électriques ne se limite pas à l'imagerie

Toutes les méthodes d'inspection courantes présentent des lacunes à un niveau ou à un autre :
 

• L'inspection manuelle oblige les équipes à s'approcher des lignes à haute tension, ce qui comporte des risques d'électrocution, de chute et d'autres dangers sur le terrain. Parcourir un long couloir à pied prend du temps, et certaines sections éloignées peuvent s'avérer totalement inaccessibles.
   
• L'inspection par hélicoptère réduit l'exposition au sol, mais elle est coûteuse et dépend de créneaux de sécurité de vol restreints et de conditions météorologiques favorables.
   
• Les caméras à lumière visible et les orthophotos prises par drone fournissent un enregistrement visuel utile, mais elles ne peuvent pas voir à travers le couvert végétal et ne fournissent pas de profondeur 3D fiable. Il est donc difficile de mesurer l'affaissement, la déviation due au vent, la marge de franchissement ou la distance entre les conducteurs et les arbres, alors que ce sont précisément ces informations qui sont indispensables à la gestion de la végétation.
   

Le LiDAR aéroporté résout tous ces problèmes d’un seul coup. L’appareil vole à bonne distance de la ligne, les impulsions laser traversent les ouvertures du couvert végétal pour atteindre le sol, et chaque point est associé à des coordonnées 3D mesurées.

La solution CHCNAV AlphaAir 15 Pro (AA15P)

L'AlphaAir 15 Pro pèse 2,6 kg ; ce système peut donc être installé aussi bien sur un aéronef piloté que sur un grand drone à voilure fixe, selon le projet.

Trois caractéristiques l’ont rendu adapté à ce couloir :
 

• Jusqu’à 16 retours par impulsion, ce qui améliore la pénétration de la végétation et aide le système à collecter des points au sol plus complets sous le couvert végétal.
   
• Un champ de vision de balayage de 75° et jusqu’à 2,4 millions de points par seconde, ce qui permet de concentrer l’énergie laser sur des structures fines telles que les câbles au sol et d’assurer une large couverture du couloir en un seul passage.
   
• Calcul automatique des paramètres : le logiciel de vol définit les paramètres de balayage optimaux en fonction du type d’aéronef, de l’altitude, de la vitesse et des exigences du projet, ce qui évite aux opérateurs de devoir configurer le scanner manuellement.

Le processus : de l'installation au nuage de points final

01. Installation et vérification du système. Les câbles de la caméra, du GNSS et d'alimentation sont regroupés au sein d'un seul connecteur en forme de A, ce qui a simplifié l'installation à bord de l'avion et réduit le nombre de connexions à vérifier. Avant le décollage, le logiciel affichait l'état de l'autocontrôle de chaque composant, ce qui a permis à l'équipe de s'assurer que le système était prêt et d'éviter toute erreur de configuration en vol.

02. Vol et collecte de données. L'appareil a survolé le couloir à une vitesse de 120 nœuds (environ 220 km/h) et à une altitude de 500 m au-dessus du sol. Les paramètres LiDAR ont été calculés automatiquement à partir de cette altitude et de cette vitesse. Un aperçu en temps réel du plan de vol a aidé le pilote à ajuster le cap et l'altitude, et le système a contrôlé automatiquement l'acquisition le long des trajectoires de vol prédéfinies, ce qui a permis d'éviter toute capture redondante.

03. Traitement. Le logiciel de traitement a effectué un contrôle de la précision des trajectoires et a mis en évidence les sections présentant une précision moindre, ce qui a permis à l'équipe d'évaluer la qualité des données avant de générer le résultat final. Le bruit a été filtré, et le nuage de points obtenu était complet et propre.

Les résultats : pylônes, câbles de mise à la terre et dégagement en une seule opération

Le survol a permis de répondre à ces trois questions. La couverture le long du corridor de 130 km était complète, les pylônes ont été clairement reconstitués et les fils aériens ont été capturés sous forme de lignes continues, avec une densité mesurée de 4 points par mètre carré sur les lignes électriques.
 

Les structures fines ont résisté dans les zones les plus exigeantes du corridor. Les lignes électriques sont restées clairement visibles là où elles croisaient d’autres lignes, y compris celles situées à un niveau inférieur. Un pylône de suspension de type « cat-head » a été entièrement reconstitué, ses chaînes d’isolateurs, ses traverses et ses fils de terre étant visibles sur le profil. Ce niveau de détail constitue une base fiable pour l’analyse de l’inclinaison des pylônes, l’identification des défauts d’ajustement et l’inspection des infrastructures des services publics.

« L'évaluation des câbles aériens au sol constitue depuis longtemps un défi dans le cadre des inspections des lignes électriques. En raison de leur faible diamètre et de leur grande hauteur, il est difficile de les capturer clairement à l'aide d'images traditionnelles ou d'un balayage par drone à basse altitude. Avec un débit d’acquisition de données de 2,4 millions de points par seconde et un champ de vision de 75°, l’AA15P offre un nuage de points à haute densité. Les données ainsi obtenues sur les fils de terre sont continues et complètes, ce qui permet de visualiser immédiatement les variations d’affaissement. Des problèmes tels que des brins cassés ou desserrés, qui nécessitaient auparavant de grimper manuellement au sommet d’un pylône pour une inspection visuelle, peuvent désormais être identifiés directement à partir des données du nuage de points. »

Équipe technique, Strata Geomatics

Comparaison entre le LiDAR aéroporté et l'inspection classique des lignes électriques

Le tableau ci-dessous compare l'AlphaAir 15 Pro aux deux alternatives les plus courantes. Les chiffres relatifs à l'AlphaAir 15 Pro correspondent aux valeurs typiques de CHC Navigation pour les travaux sur les lignes électriques.
 

Soutien à la gestion de la végétation des infrastructures de service public

Pour les services publics, les données relatives au dégagement de la végétation constituent souvent le résultat le plus précieux d’une inspection de lignes électriques par LiDAR. Avec jusqu’à 16 échos par impulsion, l’énergie laser traverse le couvert végétal pour atteindre le sol, et la classification des échos multiples permet de distinguer la végétation des conducteurs, ce qui permet de calculer la distance minimale à respecter entre eux. La gestion de la végétation passe ainsi d’une évaluation visuelle à des données mesurées et reproductibles.
 

Ces mêmes caractéristiques conviennent aux programmes portant sur de longs corridors. À bord d’un aéronef piloté, l’AlphaAir 15 Pro peut voler à plus de 1 000 m au-dessus du sol, bien à l’écart de la ligne. Le système est opérationnel dans les 15 minutes suivant son arrivée sur site, et son SSD amovible de 512 Go permet plus de 8 heures d’acquisition en continu. Il fonctionne entre -20 °C et +50 °C avec un indice de protection IP64, et il a maintenu une qualité d’écho stable sur des conducteurs de différents matériaux, allant des torons en acier galvanisé hautement réfléchissants aux conducteurs ACSR à faible réflectivité.
 

Pour découvrir un autre projet réalisé avec l’AlphaAir 15 Pro, découvrez comment une équipe de levé a cartographié un couloir de pipeline de 70 km en Namibie en deux jours, ou découvrez comment le LiDAR aéroporté facilite les levés routiers. Pour le traitement des nuages de points, découvrez CHCNAV CoPre.

Télécharger l'étude de cas complète (PDF)

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À propos de CHC Navigation

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