無人機航攝測量技術在電力工程測量中的應用

尹磊董前兵

（成都城電電力工程設計有限公司，四川 成都 610021）

隨著經濟和科技的快速發展，我國電力工程建設水平也得到了快速的提高。除了一些特高壓、跨區域電網等大型或超大型電力工程外，普通用于城市主城區的輸配電網建設也以規模大但工期短、時效性強等特點逐漸占據了電力市場的大幅比例。在這樣的電力建設總體趨勢下，依托于無人機航科攝影測量技術的數字化電力線路勘測手段應運而生，使得電力工程測量更加簡單、方便和高效，擺脫了傳統的拍攝成本高、速度慢、風險大、受天氣環境影響大等諸多難題。本文就無人機航空攝影測量技術于電力工程測量中的應用進行探討。

一、電力工程中無人機航空攝影測量概念

對于長距離、跨區域的大型輸電線路工程而言，測量工作需要更加精準，測量的工作量也大幅提高，傳統的測量方式已經無法滿足測量要求。近年來，計算機技術、攝影技術和無人航空技術都得到了快速發展，在這三種技術發展的基礎上，發展出了無人機航空攝影測量技術，逐漸成為了最新技術研究的熱點。該種新型數字化勘測手段，可以有效的提高輸電線路設計環節、勘測環節的精準程度。通過實踐測試，無人機航空測繪技術在精度方面達到了1∶2000的技術規范要求，在技術條件、天氣情況完全允許的情況下，甚至可以完成1∶1000的地形圖測繪要求。

就構架組成而言，無人機航空測繪系統分為兩個部分：傳感器和遙感平臺。其中，傳感器為安裝在外部機身的拍攝裝置，核心設備是數碼攝像機；而遙控平臺則是指帶無人機機身及其相關的飛行參數設置系統。我國目前使用的主流無人機，是由中國航空工業集團自主研發的，具有體積小、速度快、飛行海拔高、通信距離遠等操作優點。該機在無電磁波干擾的情況下通信距離可以達到15km，降落滑跑距離150m，飛行海拔最高可以達到3600m，最大承載力超過3.5G，飛行時間1小時，飛行速度最大超過90km/h。

二、無人機數據制作全流程

根據無人機航拍特點及影像自身特性，工程中一般將一次完整的航拍過程分為三個階段：攝影計劃規劃、建立測區調控控制網及后期的內業數據空三加密處理。總體而言，無人數據處理的完整流程框架如圖1所示。

1 攝影計劃規劃

我們測量過程中要使用到無人機對輸電線路全路徑進行設計時，首先要將需要測量的范圍，無人機測量時起降位置等內容進行設計規劃，只有在完整正確的規劃和設計后進行無人機航空測量，才能夠獲得更加真實準確的測量數據和圖像。

1.1 航帶設計規劃

無人機的最大飛行時間是1小時，因此每一次的航空飛行拍攝包括起降時間，我們必須要控制在50分鐘內，防止無人機因能源耗盡而導致墜機。尤其針對大面積目標拍攝，航帶的規劃設計更加重要，通常需要幾個小時的航空拍攝才能完成。這個情況下應合理設計多個架次，每一個架次保持在50分鐘內，在測量區域規劃航帶。多架飛機按照計劃繼續相應的交替降落和補給，可以完全獲得整個目標輸電線路的影響數據。

1.2 測量區范圍

要對輸電線路全線進行完整、準確的無人機航空測量，就必須首先將線路全境的測繪區域做好規劃。對于的輸電線路測繪目標，應在從空中俯瞰成一個兩邊等寬的長條帶狀目標，同時應將4個角控制在標準范圍內，才能便于我們操控無人機進行航空測量。隨后，結合相應的飛機飛行時間、飛行距離、飛行速度，設計整個航拍的流程和次數。較長的且曲折系數較大的線路，可分割成多個航帶進行航飛。

2 建立測量調控控制網

2.1 測量區控制網布設

為了保證無人機的拍攝的圖像準確的獲取位置和坐標以及后期圖像的制作與處理，必須要在需要測量的對線路沿線建立控制網。控制網大小必須要按照輸電線路的長短來建立，并根據控制網的情況來，設置相應的GPS控制點使之均勻分布，并最終建立相應坐標系。

2.2 現場布置

對輸電線路全線的測量工作必須要保證拍攝到的圖像畸變較小沒有瑕疵。針對以上兩個要求，必須要使控制點布設的具體位置圖像清晰，能夠更容易的判斷立體測量方位，且布置外控點時還需要保證均勻，這種做好外控點布置，利用無人機航空拍攝出來的圖像和數據具有可靠性。

3 無人機航攝影像數據處理

3.1 影像比例糾正（CCD畸變系數β）

相機坐標與影像坐標不同，因此需對影像先進行畸變差糾正。參數包括主點坐標（I0，J0），對稱畸變參數（K1，K2），非對稱畸變參數（P1，P2），CCD非正方形比例系數α和CCD非正交性畸變系數β。

3.2 空中拍攝（三角測量）

空中拍攝航測系統，指的是利用少量的測區中物方空間坐標的地面控制點，通過區域網平差計算，求解加密點的物方空間坐標與影像的外方位元素的運算方式，簡稱區域網空中三角測量。利用空中三角測量，可以使測區中加密點分布更均勻、航帶間轉點更密集、加密精度更可靠，在平差結算后系統自動生成每張影像的加密點坐標和外方位元素文件。

3.3 DEM數據匹配（正射影像）

DOM實現的原理是通過生成的測區地表DEM模型，對影像進行正射投影產生。目前，很多電力勘測單位利用PixelGrid軟件，自動進行多模型、多重疊的DEM柵格數據，完成匹配、采集等多項工作，保證像方DEM點更準確的切準地面。以測區為單位，創建像對正射影像，分辨率根據要求輸出。為了保證影像的完整和質量，整測區像片的正射影像都生成。

三、無人機在電力設計領域的運用實例

近年來，無人機技術的應用已經滲透到了電力行業的方方面面，利用無人機技術進行線路巡查、重大自然災害的電力救援等案例層出不窮。在眾多方面之后，尤以無人機配套電力工程的全周期設計最為突出，使用效果也最為顯著，達到了節約人力、壓縮工期的優化目標。

以西南高原山區某線路工程為例，本工程運用了7個航帶、3200景0.04m分辨率的無人機影像數據，通過內業空三加密處理，恢復為三維大場景線路選線航測平臺。多專業人員佩戴專業的立體眼鏡，在真實的航測工程環境下有序開展線路的初期大方案比選、路徑優化等多個環節的數字化輸電線路設計工作。隨后，航測人員采用手工測量方式，在無人機立體像對上開展精化線路地形斷面測量，獲取全路徑范圍內亞米級的地形斷面信息，對路徑方案的可行性及排桿立塔的合理性進行進一步的詳細論證。同時，設計人員可進一步利用無人機影像資源，制作全彩色路徑正攝影像圖、三維大場景路徑漫游模型等一系列數字化航測遙感衍生產品，從而最終實現基礎資料數字化、設計過程可視化、成品質量精確化的設計最終目標。全彩色路徑正攝影像示意圖詳如圖2所示。

結語

現代電力工程測量越來越多的將無人機航空攝影技術加入其中，航空攝影測量技術可以大量的減少人力物力，并且拍攝的圖像準確、客觀，拍攝無場地和時間要求、速度快、成本低等多種優勢，實踐表明無人機航空測量不僅在電力工程方面具有優勢，在其他測量領域也可以大展拳腳。無人機航空測量攝影技術是一項值得在電力工程中推廣的技術。

[1]陶文.無人機航空攝影測量技術在電力工程測量中的應用[J].科技傳播，2013（10）.

[2]何慶新，王柏恒.無人機航空攝影測量技術在電力工程測量中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2014（22）.