解决方案 | 基于无人机平台应用激光雷达技术计算煤堆体积

一、概述

测定煤堆储量是火电厂、煤矿等单位的常规工作,测定储量的关键在于测定体积。对于不规则的煤堆体积测量,早期的方法是使用推土机对煤堆进行整形,再人工用皮尺丈量,或用经纬仪视距导线测量等方法来完成,投入的人力物力较多,且误差较大。

随着全站仪技术的普及,大家逐渐使用全站仪进行测量。但仍需要在测量前将煤堆顶面尽可能的推平,再使用全站仪测量煤堆地面和顶面范围,内容包括平面坐标和高程,然后再通过计算得出体积。

激光雷达技术的发展及硬件软件的快速更新迭代,使得测定煤堆储量的工作有了更便捷的手段。本文介绍使用无人机激光雷达设备进行煤堆体积测量,不需要对煤堆整形即可快速获取煤堆体积。

二、设备选用

无人机激光雷达扫描系统—LiAir 100

LiAir 100无人机激光雷达扫描系统是一款的轻型激光雷达点云数据采集系统 ,一体化集成集激光雷达扫描仪、GNSS 和 IMU 定位定姿系统及存储控制单元,可实时、 动态、海量采集高精度点云数据及丰富的影像信息,通过配套的LiAcquire 机载激光雷达地面站软件,可快速获取高精度的煤堆三维信息数据。

产品优势

  • 高精度:精度满足 1:1000 地形测图需求;
  • 高效率:单机日测 2平方公里;
  • 系统稳定:安全作业时长累计超 8000 小时;
  • 操作简单:支持一键式流程化数据采集,一键起降自动执行航线;
  • 实时测量:作业过程支持实时量测地物坐标、距离及高程,支持应急救援快速响应;
  • 实时监测:支持点云数据、POS参数、设备状态在作业过程实时显示;

标准版 高精度版
重要参数 绝对精度 ±12cm ±10cm
相对精度 ±5cm ±5cm
重量 3.3kg 3kg
扫描范围 100m 100m
垂直视野 -30°~+10° -30°~+10°
水平视野 360° 360°
相机 可选配 可选配
惯导系统 GNSS GPS,GLONSS,BD GPS,GLONSS,BD
姿态精度(后处理) 0.1°(1σ) 0.015°(1σ)
方位角精度(后处理) 0.1°(1σ) 0.08°(1σ)
激光雷达单元 激光传感器 Velodyne HDL-32E
安全等级 1级
测量范围 100m
测距精度 ±2cm
垂直视野 -30°~+10°
水平视野 360°
扫描频率 5Hz~20Hz
角分辨率(垂直) 1.33°
角分辨率(水平) 0.1°~0.4°
激光波长 903nm
最大有效测量速率 700,000Pts/sec
搭载平台 无人机平台 DJI M600 PRO
轴距 1133mm
尺寸 1668 mmX 1518 mmX 727 mm
重量 9.5kg
起飞重量 15.5kg
续航时间 空载:32min
作业时间 3.2kg载荷:21min
最大风抗性 8m/s
最大速度 18m/s(无风)
巡航半径 2Km
使用温度 -10℃~ 40℃
电池 4500mAh*6
适配软件 航线规划 LiPlan 激光雷达地面站软件
设备状态监控、数据解算 LiAcquire 机载激光雷达操控软件
点云数据处理分析(选配) LiDAR360 点云数据处理分析软件

 

控制和解算软件:LiAcquire机载激光雷达地面站软件,进行设备控制/实时监测

  • 开启/关闭激光雷达扫描仪、相机、惯导;
  • 实时显示设备作业状态;
  • 支持远程下载原始数据;
  • 支持航带裁切,真彩色点云解算,点云量测,数据回放;

 

数据处理软件—LiDAR360点云数据处理分析软件

三、作业流程

外业数据采集过程

  • 航线设计
  • 采集过程实时监测
  • 点云数据解算

煤堆体积测量流程

数据解算完成后,直接将点云数据导入LiDAR360软件,若采集的数据有噪声点,需先对点云数据进行去噪处理。

去噪前 ↑

去噪后 ↑

去噪后直接利用体积量测工具即可进行煤堆体积量测。通过人工给定测量基准面和测量范围,20秒内即可计算得到煤堆的体积。