Die regelmäßige Inspektion der Stromleitung kann potenzielle verborgene Gefahren oder Verluste wirksam beseitigen und den sicheren Betrieb der Stromleitung gewährleisten. Die manuelle Inspektion von Stromleitungen ist jedoch mit einem hohen Arbeitsaufwand und geringer Effizienz verbunden; zudem birgt die Inspektion von Hochspannungsleitungen Risiken. Für Stromleitungen, die durch karge Hügel und tiefe Täler verlaufen, existiert bislang keine zufriedenstellende Lösung. In diesem Zusammenhang erwies sich das luftgestützte Lidar als äußerst nützlich und konnte seine Stärken unter Beweis stellen. In den letzten Jahren wurde es zunehmend von der Energiebranche akzeptiert und weiter verbreitet. Was ist ein Drohnen-Lidar? Wie funktioniert die Prüfung von Stromleitungen mittels Drohne mit Lidar – welche Arbeitsprinzipien und Prozesse liegen dieser Methode zugrunde? In welchen Bereichen kann sie eingesetzt werden?
Was ist ein Lidar?
Lidar (Light Detection and Ranging) kombiniert Laserdetektion und Entfernungsmessung und vereint Lasertechnologie mit moderner Photodetektionstechnik. Als Sendequelle dient ein Laser, der hochfrequente Laserpulse zum Zielobjekt sendet, um dessen räumliche Position zu ermitteln. Lidar-Systeme integrieren typischerweise Lasermess-Technologie, Globale Positionierungssysteme (GPS) sowie Trägheitsmesstechnik (IMU), um dreidimensionale räumliche Informationen über das Zielobjekt direkt, schnell, aktiv und präzise zu erfassen – mit hoher Datendichte und hoher Auflösung. Aufgrund dieser Vorteile bei der Datenerfassung zählen Lidar sowie bildgebende Spektroskopie und bildgebende Radartechnologie zu den drei führenden Technologien im Bereich der Erdbeobachtung.
Lidar lässt sich je nach Einsatzplattform in bodengebundenes, luftgestütztes und weltraumgestütztes Lidar unterteilen.
Weltraumgestütztes Lidar wird hauptsächlich in der Raumfahrt und für wissenschaftliche Experimente eingesetzt. So startete die NASA 2003 das GLAS (Geoscience Laser Altimeter System) auf dem Satelliten ICESat-1; 2007 wurde ein Laseraltimeter an der chinesischen Mondsonde Chang’e-1 installiert.
Bodengebundenes Lidar wird vorwiegend für die feindetaillierte dreidimensionale Modellierung von Objekten verwendet und eignet sich daher besonders für kleinräumige Anwendungen.
Luftgestütztes Laser-Radar nutzt Drohnen, Hubschrauber oder andere Luftplattformen. Der hochfrequente Laserpuls besitzt eine gewisse Durchdringungsfähigkeit: Er kann dichte Vegetationsdecken durchdringen und so Informationen über die Unterwuchsvegetation im Wald liefern. Dies macht es besonders geeignet für die Erfassung dreidimensionaler Informationen in engen Gebieten, in vegetationsreichen Regionen sowie in Geländen mit komplexer Topografie. Damit bietet es entscheidende technische Unterstützung für den Aufbau digitaler Stromnetze und die Sicherheitsinspektion von Leitungen. Seine Anwendung reicht von der frühen Planung, Vermessung, Konstruktion und Errichtung von Stromnetzen bis hin zur späteren digitalen Verwaltung sowie zum sicheren Betrieb und zur Wartung. .
Werfen wir einen Blick darauf, wie luftgestütztes Lidar technische Unterstützung für den Aufbau digitaler Stromleitungen und die Sicherheitsinspektion von Übertragungsleitungen leistet.
Wie funktioniert Lidar – welche Arbeitsprinzipien und Prozesse liegen ihm zugrunde?
Am Beispiel der Forschungsergebnisse von Wang Cheng und seines Teams vom Institut für Fernerkundung und digitale Erde der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zeigen wir die Anwendung luftgestützten Lidars beim Aufbau digitaler Stromnetze und bei der Sicherheitsinspektion von Übertragungsleitungen. Dabei stellen wir auch das erste freie Lasersystem vor, das das Team für die Stromleitungsinspektion entwickelt hat – das “Point Cloud Rubik’s Cube” genannte Softwaremodul zur Verarbeitung von Lidar-Punktwolken-Daten.
- Funktionsprinzip des luftgestützten Lidar
Der Betriebsmodus und das Funktionsprinzip des luftgestützten Lidar (Abb. 1): Das Laser-Entfernungsmesssystem sendet aktiv hochfrequente Laserpulse zum Zielobjekt aus und erfasst direkt Entfernung, Steigung, Rauheit und Reflexionsvermögen der Oberfläche des Bodenobjekts. Durch die anschließende Verarbeitung entstehen hochaufgelöste dreidimensionale Raumkoordinaten, also sogenannte Punktwolken. Jeder Punkt der Laser-Punktwolken-Daten enthält nicht nur die x- und y-Koordinaten in der Horizontalen, sondern auch Höheninformationen, d. h. den z-Wert. Diese Punktwolken können zudem aus verschiedenen Blickwinkeln dargestellt und vermessen sowie zur Berechnung von Oberflächeninhalt, Volumen usw. des durch die Punktwolke repräsentierten Objekts herangezogen werden – dies stellt den größten Vorteil des Laser-Radars gegenüber herkömmlichen optischen Fernerkundungs- und Mikrowellen-Fernerkundungsdaten dar. Abbildung 2 zeigt die ursprünglichen Laser-Punktwolken-Daten eines Hochspannungs-Freileitungs-Korridors.
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