多旋翼飛行器在線路設計中的應用研究

肖鑫鑫

摘 要：本文對架空線路設計的一般方法和各階段的困難進行了論述，提出多旋翼飛行器在線路設計中應用的可能性及應用實例，最后提出了多旋翼飛行器在線路設計領域的發展方向，為線路設計階段多旋翼飛行器的應用提供了參考。

關鍵詞：架空線設計；多旋翼飛行；應用研究

中圖分類號：V275.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0036-03

在電力系統設計中，輸電線路規劃是一門較為復雜的學科，一般可分為選線定位、現場踏勘、設計排位等幾個階段，其中現場踏勘是線路設計中相當重要的一步。現場踏勘階段，對整個線路的重要交叉跨越、塔位情況、地質情況、避讓敏感地帶、檔距控制、交通運輸情況都有詳細而全面的了解。為了掌握線路的沿線狀況，優選路徑和及時排除線路設計的潛在隱患，每年都要花費巨大的人力和物力資源進行現場踏勘工作上。而且目前業主對項目設計成品的要求越來越高，很多項目業主要求提供工程項目實施以后的實景效果圖。

多旋翼飛行器（unmanned aerial vehicle， UAV），是一種由無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器[1]。利用無人飛機進行輸電線路航拍以用于線路前期勘探和規劃研究需要跨遙感、遙控、遙測技術與計算機技術多個高技術專業，研究深度和水平要求較高，是一項剛剛起步的新技術，但與以往常規人工徒步踏勘方法相比較，此項技術更為先進、安全、有效，可在復雜地形和危險地帶中作業，且飛行成本低廉，可以成為線路前期勘測和規劃的一種新的經濟可行的手段[2]。

利用多旋翼飛行器航拍相比人工徒步踏勘具有效率高、檢測精度高等優點；無人駕駛小飛機機身輕巧，并裝載有先進的航測系統，和有人飛機、直升機相比，受陰、雨、霧等天氣的限制要小得多。這些優越的性能使無人飛機成為輸電網前期規劃的更為有效的工具。

目前外委多旋翼飛行器拍攝一天的費用約為5000元，且效果未必能滿足線路設計的需要。本文通過對當前多旋翼飛行器研究和比較，結合電力線路設計的特點，開發了一套經濟適用的多旋翼飛行器航拍設備，在今后的線路工程效果圖制作、路徑障礙較多的線路現狀的勘測等方面進行廣泛的應用，為線路勘測的準確性和設計成品的完整性、美觀性提供保障。同時通過項目的實施，得到滿足線路設計需求的多旋翼飛行器拍攝成品，取得很好的經濟效益。

1 架空線路工程設計概述

從線路設計本身來講，一般可分為室內選線定位、現場踏勘、現場測量、室內排位等幾個階段，這幾個階段相輔相成，各有各的工作重點，可能因為現場實際情況的變化而交叉反復進行[3]。

1.1 室內選線定位

該階段一般需要現場測得地形圖，如今設計院基本能夠通過業主或測繪院購買獲得地圖，觀看此比例的圖紙既可把握全局又可兼顧局部。線路方案以2個～3個為宜，一般來說，此時的重點應放在線路的走向及耐張桿塔的定位上，當然要兼顧線路總長及耐張段長度、轉角度數等設計參數的合理性。

1.2 現場踏勘

現場踏勘是線路設計中相當重要的一步，一條線路設計的合理與否，關鍵看此階段的工作。輸電線路所經地區一般都有各種線網需相鄰或交叉跨越，如各種電壓等級的輸電線路、通訊線路及房屋建筑等設施。

1.3 現場測量

目前現場測量階段有測量資質的設計院基本自行勘測，目前測量手段比較先進，基本均采用GPS衛星定位系統，測量出來的線路平面圖和斷面圖精度較高，能夠滿足線路設計的需要。

1.4 室內排桿定位

目前設計單位在室內排桿定位基本采用與測量軟件配套的定位軟件室內排桿定位與以前相比可以較為輕松地完成。設計線路與各交叉跨越物的距離也可以準確地測量出來，設計的精度可以得到較大的保證。

2 目前架空線路工程設計的困難

因為目前測量工具、設計軟件已經比較先進，線路路徑經過全線測量之后，后續室內排桿、現場定位、施工設計等準確性基本是可以保證的。目前架空線路設計中的困難主要在方案和可行性研究階段，在路徑選擇、優化及現場踏勘的過程中，下文討論均只限于此范圍內。

2.1 原始資料的準確性無法保證

如第1節所述，雖然我院可以從電力公司的PMS系統獲得1：1000的電子版地形圖，但由于地圖的版本問題，地形地貌的準確性無法得到保證。同時電子地圖不是三維系統，交叉跨越信息無法獲取。根據現有使用經驗，相關架空線的信息也不能保證完全準確。如果完全按照PMS電子版地圖來設計，存在一定的隱患。

2.2 現場踏勘的局限性

在可行性研究階段，一般根據電子版平面圖，需對線路路徑全線進行踏勘，并對轉角、重要跨越點進行詳細的勘測。但是由于現場地形條件的限制，部分需要踏勘的點無法到達或者觀察視角有限導致踏勘效果不佳。現場拍攝的照片因為角度問題無法全面準確地反應現場情況，線路設計的準確性受到影響。

2.3 業主對設計要求的苛刻性

目前，設計市場已經逐步放開，電網設計的壟斷性在逐漸減弱。我院已經進入了北京、河北等外地設計市場，同時在上海市場遭到了經研院、外地民營設計院的強力挑戰。項目單位在選擇較多的情況下，對設計院的要求也越來越嚴苛，給予可行性研究設計周期越來越短，要求越來越高，要求可研達到初設深度，部分工程要求能夠按照可研的材料清單進行招標。

而在可行性研究階段，一般不對線路進行詳細測量，也沒有足夠的時間對線路進行詳勘，這就對線路的可研設計提出了較大的挑戰，既要滿足精度的要求，又要滿足進度的要求。

2.4 業主的其他要求

隨著市場的開放，業主對設計的要求越來越多，有些已經超出了一般情況下可研設計的范圍。在我院部分工程中，業主要求提供線路竣工后的效果圖。以前我院提供的在模擬環境下的效果圖能夠滿足業主的需要，近來業主提高要求，要求按照現場實景提供效果圖，進一步增加了可研設計階段的難度。endprint

綜上所述，在目前的設計環境下，線路設計在前期階段確實存在一定的問題需要解決。雖然不是每一個工程都會碰到上述問題，但問題的存在是客觀的。我們有必要準備一些必要的應對方案，可以更好更快地相應業主的要求，也符合我院“我們可以做得更好”的理念。

3 多旋翼航拍飛行器在線路設計中的應用

3.1 多旋翼航拍飛行器應用方法

目前多旋翼航拍飛行器較多運用于線路的施工和運檢階段，包括線路的常規巡檢、導線架線初次導引繩的牽引、冰災等特殊情況下線路觀冰應急響應等[4]。

相對于初設、施工圖階段而言，方案、可研階段的困難其實就是設計輸入準確性的問題。如果能夠在可研階段現場踏勘時取得準確的圖像資料，對于設計事非常有利的。因此，多旋翼航拍飛行器是非常適用于的線路前期踏勘的工具。多旋翼飛行器是一種能夠垂直起降、無人駕駛自動飛行系統，整機重量輕，一次飛行滯空時間較長，可懸停、可轉彎、可攜帶攝像機照相機，具有非常好的飛行穩定性和靈活性，獲得圖像資料能夠滿足設計需求。同時相對大型航片拍攝飛行器，費用也比較便宜，是線路前期踏勘比較合適的選擇。

3.1.1 輸電線路規劃

在各種類型電站輸電線路走廊規劃中，利用航拍飛行器測繪系統對規劃區域進行詳細的測繪，并高效地獲得相應參考數據，可有效減小地面現場不利環境對勘測的不利影響。通過分析數據，考慮相關因素，各工程項目關系協調，充分利用有限的通道資源，使線路走向和區域規劃更加合理。多旋翼飛行器航拍測繪技術運用于輸電路徑優化設計工作中，可以優化了輸電線路路徑，節約了工程投資。

3.1.2 地形圖測量

多旋翼飛行器測繪適用于小比例尺的地形圖測量，成圖比例尺一般小于1：2000。但電網工程的可研設的地形圖。為站址布置及優化提供影像、高程等詳細的基礎資料，減少測繪強度，提高規劃效率。

3.1.3 線路影像資料的制作

通過選用合適的飛行器和云臺，可以攜帶高精度照相機和攝像機升空拍攝，取得現場最新的實際地形地貌數據，通過后期處理，可以在沒有進行全線詳勘的情況下提高設計精度，優化設計成品。

3.2 多旋翼航拍飛行器應用實例

送電部在部分線路工程中已經對多旋翼航拍飛行器進行了試用。

3.2.1 試飛

項目組成員首先在單位附近的復興公園和新電大廈附近進行了試飛，搭載數碼相機進行拍照，取得照片非常清晰，效果較好。

3.2.2 在展宏進線工程中的應用

110kV展宏輸變電工程是上海市電力公司的競賽工程，部分線路路徑因河道、民房的阻隔無法到達，項目采用多旋翼航拍飛行器拍攝照片，多角度展示現場情況，為線路設計提供了有力依據。

同時根據飛行器拍攝到的圖像資料，經后期軟件處理制作了實景效果圖，得到了業主的認可。

3.2.3 在上海商飛進線工程中的應用

110kV上海商飛用戶站進線工程中，架空線路多次變更，需連續跨越河流、高架路等，現場踏勘時因多處阻隔，無法完整觀測現場情況。同樣采用多旋翼航拍飛行器拍攝圖像，解決了現場踏勘的困難。

同時業主要求做實景效果圖比選不同的路徑方案，根據航拍圖像處理制作出的成品得到業主的高度認可。

3.2.4 應用中的問題

目前送電部試用的多旋翼航拍飛行器為業余愛好者制作，穩定性有待提高，若采用專業飛行器，可能取得更好的效果。

試用過程中曾出現摔機，因此需指定規范的流程使用和操作飛行器。

因設備限制，僅試用了照相功能，未測試攝像功能。

3.3 航拍照片及效果圖展示

如圖1、2、3。

4 多旋翼航拍飛行器的發展趨勢

目前小型多旋翼航拍飛行器在國內外均是科研院校和工程公司研究的熱點，科研成果較多，市場上也已經出線多個品牌的多旋翼航拍飛行器產品及其附件。多旋翼航拍飛行器因其靈活、經濟的特點，在民用領域已經得到較為廣泛的應用。在電力行業，目前主要應用于人力不便達到區域的電力線路的巡檢，國內多個省公司已經積累較為豐富的運行經驗。

現有的多旋翼飛行器航拍系統，由于技術落后，只能依靠手動遙控，不僅勘察距離有限，對人的操作能力也提出了較高的要求。未來，通過采用先進的信息儀器設備，在無飛行器的基礎上引入GPRS通信技術、衛星定位技術以及GIS的路徑決策機制優化飛行器的勘測能力和自動化水平。用帶有GPRS無線通信技術并安裝有巡線系統客戶端的智能移動終端錄入并遠程無線傳送現場勘察信息以代替現有人工現場遙控和拍攝。

多旋翼航拍飛行器在民用領域有著廣闊的應用前景，極具研究價值。隨著多旋翼飛行器及航空測量技術的不斷進步，以及我國電力事業的迅猛發展，多旋翼飛行器測量系統必將發揮出更大作用。

5 結語

本文首先分析了架空線路設計的一般過程及存在的困難，提出了多旋翼航拍飛行器在輸電線路規劃、地形圖測量、線路影響資料制作方面應用的可能性。同時通過試用實例，初步展示了多旋翼航拍飛行器在線路設計中的應用成果，積累了相關應用經驗。

多旋翼航拍飛行器在民用領域有著廣闊的應用前景，極具研究價值。隨著多旋翼飛行器及航空測量技術的不斷進步，以及我國電力事業的迅猛發展，多旋翼飛行器測量系統必將發揮出更大作用。

參考文獻

[1]陳曉兵，馬玉林，徐祖艦.無人飛機輸電線路巡線技術探討[J].南方電網技術，2008，2（6）：56-61.

[2]楊成順，楊忠，葛樂，等.基于多旋翼無人機的輸電線路智能巡檢系統[J].濟南大學學報，2013，27（4）：358-362.

[3]萬體勇.架空輸電線路設計探討[J].工業技術，2011，15：130.

[4]陳西廣，董罡，王濱海，等.固定翼無人機巡檢輸電線路探討[J].山東電力技術，2011，5：1-5.endprint