Inspeção aérea de linhas elétricas ao longo de 130 km na África do Sul

Os corredores de transmissão são alguns dos ativos mais difíceis de inspecionar para uma empresa de serviços públicos. As linhas atravessam florestas, rios e montanhas, as torres situam-se longe de qualquer estrada e os detalhes mais importantes, tais como a flacidez dos condutores, o estado do fio de terra e a distância entre os condutores e a vegetação, são difíceis de medir a partir do solo ou através de fotografias. Na região de Komati, na África do Sul, a Strata Geomatics utilizou o sistema LiDAR aéreo CHCNAV AlphaAir 15 Pro (AA15P) numa aeronave tripulada ao longo de um corredor de linhas elétricas com 130 km, para verificar se um único voo poderia fornecer os dados necessários para a inspeção das linhas elétricas.

O projeto: um corredor de transmissão de 130 km na África do Sul

A Strata Geomatics é uma empresa de geomática sediada na África do Sul. Para este projeto, a sua equipa técnica instalou o AlphaAir 15 Pro numa aeronave tripulada e realizou a digitalização de um troço de 130 km de um corredor de transmissão de alta tensão. O voo foi concebido para responder a três questões:
 

• Será que o sistema poderia funcionar sem problemas e recolher dados de forma fiável quando montado numa aeronave tripulada?
   
• Que qualidade de nuvem de pontos proporcionaria à velocidade normal de cruzeiro da aeronave?
   
• As torres seriam claramente visíveis e os cabos aéreos seriam captados na íntegra?
   

A última questão foi a mais difícil. Na África do Sul, os cabos aéreos variam em termos de material e diâmetro, o que torna difícil a sua captura de forma consistente.

Por que razão a inspeção de linhas elétricas requer mais do que imagens

Todos os métodos de inspeção comuns apresentam alguma lacuna:
 

• A inspeção manual obriga as equipas a aproximarem-se de linhas de alta tensão, com o risco de choque elétrico, quedas e outros perigos no terreno. Percorrer um longo corredor a pé é demorado e pode ser impossível chegar a secções remotas.
   
• A inspeção por helicóptero reduz a exposição no solo, mas é dispendiosa e depende de janelas de segurança de voo restritas e de boas condições meteorológicas.
   
• As câmaras de luz visível e as ortofotografias captadas por drones proporcionam um registo visual útil, mas não conseguem ver através da copa da vegetação e não apresentam profundidade 3D fiável. Isso dificulta a medição da flacidez, da deflexão causada pelo vento, da distância de passagem ou da distância entre os condutores e as árvores, que são precisamente as informações de que o gestão da vegetação depende.
   

O LiDAR aéreo resolve todos estes problemas de uma só vez. A aeronave voa a uma distância segura da linha, os impulsos de laser atravessam as aberturas na copa até ao solo e cada ponto contém uma coordenada 3D medida.

A solução CHCNAV AlphaAir 15 Pro (AA15P)

O AlphaAir 15 Pro pesa 2,6 kg, pelo que o mesmo sistema pode ser instalado numa aeronave tripulada ou num UAV de asa fixa de grandes dimensões, dependendo do projeto.

Três características tornaram-no adequado para este corredor:
 

• Até 16 retornos por impulso, o que melhora a penetração na vegetação e ajuda o sistema a recolher pontos no solo mais completos sob a copa das árvores.
   
• Um campo de visão de varredura de 75° e até 2,4 milhões de pontos por segundo, o que concentra a energia do laser em estruturas finas, como cabos subterrâneos, e proporciona uma ampla cobertura do corredor numa única passagem.
   
• Cálculo automático de parâmetros, em que o software de voo define os parâmetros de varredura ideais com base no tipo de aeronave, altitude, velocidade e requisitos do projeto, para que os operadores não precisem de configurar o scanner manualmente.

O fluxo de trabalho: da instalação à nuvem de pontos final

01. Instalação e verificação do sistema. Os cabos da câmara, do GNSS e de alimentação estão reunidos num único conector em forma de A, o que simplificou a instalação na aeronave e reduziu o número de ligações a verificar. Antes da descolagem, o software apresentava o estado da autoverificação de cada componente, permitindo à equipa confirmar que o sistema estava pronto e evitar erros de configuração durante o voo.

02. Voo e recolha de dados. A aeronave sobrevoou o corredor a 120 nós (cerca de 220 km/h) e a 500 m acima do solo. Os parâmetros do LiDAR foram calculados automaticamente a partir dessa altitude e velocidade. Uma pré-visualização em tempo real do plano de voo ajudou o piloto a ajustar o rumo e a altitude, e o sistema controlou automaticamente a aquisição de dados ao longo das linhas de voo predefinidas, o que evitou capturas redundantes.

03. Processamento. O software de processamento realizou uma verificação da precisão da trajetória e destacou quaisquer secções com menor precisão, para que a equipa pudesse avaliar a qualidade dos dados antes de produzir o resultado final. O ruído foi filtrado e a nuvem de pontos resultante ficou completa e limpa.

Os resultados: torres, cabos de terra e espaço livre numa única passagem

O voo respondeu às três perguntas. A cobertura ao longo do corredor de 130 km foi completa, as torres foram claramente reconstruídas e os fios aéreos foram captados como linhas contínuas, com uma densidade medida de 4 pontos por metro quadrado nas linhas elétricas.
 

As estruturas delicadas mantiveram-se intactas nas partes mais exigentes do corredor. As linhas elétricas permaneceram claramente visíveis nos pontos em que cruzavam outras linhas, incluindo as de nível inferior. Uma torre de suspensão do tipo «cat-head» foi totalmente reconstruída, sendo visíveis no perfil as suas cadeias de isoladores, travessas e fios de terra. Esse nível de detalhe proporciona uma base fiável para a análise da inclinação das torres, a identificação de defeitos nos encaixes e a inspeção dos ativos das empresas de serviços públicos.

«A avaliação dos cabos aéreos tem sido, desde há muito, um desafio nas inspeções às linhas elétricas. Devido ao seu pequeno diâmetro e à elevada altitude a que se encontram, é difícil captá-los com clareza através de imagens tradicionais ou de varreduras com drones a baixa altitude. Com uma taxa de aquisição de dados de 2,4 milhões de pontos por segundo e um campo de visão de 75°, o AA15P proporciona uma elevada densidade da nuvem de pontos. Os dados resultantes relativos aos fios de terra são contínuos e completos, tornando as variações de flacidez imediatamente visíveis. Problemas como fios partidos ou soltos, que anteriormente exigiam a escalada manual de torres para inspeção visual, podem agora ser identificados diretamente a partir dos dados da nuvem de pontos.»

Equipa técnica, Strata Geomatics

LiDAR aéreo em comparação com a inspeção convencional de linhas elétricas

A tabela abaixo compara o AlphaAir 15 Pro com as duas alternativas mais comuns. Os valores relativos ao AlphaAir 15 Pro correspondem aos valores típicos da CHC Navigation para trabalhos em linhas elétricas.
 

Apoio à gestão da vegetação em instalações de serviços públicos

Para as empresas de serviços públicos, o resultado mais valioso de uma inspeção de linhas elétricas com LiDAR é, muitas vezes, os dados relativos à distância mínima de segurança em relação à vegetação. Com até 16 ecos por impulso, a energia do laser atinge o solo através da copa das árvores, e a classificação de múltiplos ecos separa a vegetação dos condutores, permitindo calcular a distância mínima de segurança entre ambos. Isso transforma a gestão da vegetação, que antes se baseava numa avaliação visual, em dados medidos e repetíveis.
 

As mesmas características são adequadas para programas em corredores longos. Numa aeronave tripulada, o AlphaAir 15 Pro pode voar a mais de 1 000 m acima do solo, bem afastado da linha. O sistema fica pronto em 15 minutos após a chegada ao local, e o seu SSD removível de 512 GB suporta mais de 8 horas de aquisição contínua. Funciona entre -20 °C e +50 °C com classificação IP64 e tem mantido uma qualidade de eco estável em condutores de diferentes materiais, desde fios de aço galvanizado altamente refletores até condutores ACSR de menor refletividade.
 

Para conhecer outro projeto com o AlphaAir 15 Pro, veja como uma equipa de levantamento captou um corredor de gasoduto de 70 km na Namíbia em dois dias, ou leia como o LiDAR aéreo apoia o levantamento rodoviário. Para o processamento de nuvens de pontos, explore o CHCNAV CoPre.

Descarregue o estudo de caso completo (PDF)

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Sobre a CHC Navigation

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