輸電線路小范圍運行環境探測技術研究及應用

嚴巧　黃豐　王樂天

摘要：為獲取最新輸電線路周邊運行環境資料，本文以500kV蝶滄甲乙線#262號塔山體滑坡隱患區域環境勘測為例，探索利用無人機及圖像合成技術對輸電線路附近存在安全隱患、地形地貌發生較大變化的區域開展輸電線路周邊運維環境探測，旨在形成一套現勢性強、準確性高的三維地理信息圖，給線路運維、搶修及隱患治理等工作提供技術支持。通過前期階段對無人機影像質量進行研究，在得出勘測輸電線路小范圍運行環境所需設置軟件的參數范圍的前提下，使用無人機進行航測，利用基于特征點的拼接方法對成果進行影像合成的勘測成果（數字高程模型圖）能夠滿足線路運維需要，并在工作中進行了應用實踐。

關鍵詞：輸電線路；勘測；小范圍；應用；無人機影像

Research and application of reconnaissance technology for small range operation environment of transmission line

Yan Qiao Huang FengWang Letian

Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co. Ltd.Guangdongfoshan528000

Abstract：To get the latest environment data of transmission line，this paper is based on the regional environment survey of 500kV DieCang # 262 tower landslide hazard phenomenon， exploring the use of unmanned aerial vehicle （uav） and 3D image synthesis technology to survey the region where exists safe hidden trouble or the topography changes greatly，as to form a set of picture with high accuracy processing and threedimensional geographic information，that provides technical support of line operations， repairs and hidden trouble management. Through the sduty of uav image quality in early stages， on knowing the small scale survey transmission line running environment under the premise of the range parameter setting software， using aerial drones to get the data based on the feature points of image stitching method for the synthesis of survey results （digital elevation model figure） to meet the needs of the line operations，and has certain application value.

Key words：Transmission line；Survey；Small scale； Application； UAV image

1 背景

2015年清明節期間，廣東佛山地區輸電線路桿塔附近發生3起山火事件，由于火勢較大，輸電巡視人員無法近距離了解線路設備狀況，使用無人機拍攝的照片也無法作為判斷設備運行情況提供依據。有鑒于此，佛山供電局輸電管理所開展了輸電線路周邊運維環境探測技術的研究工作，其目的在于借助無人機及影像合成技術，探測出輸電設施周邊環境情況，以便于在突發應急事件時為緊急搶修提供決策依據。本文以500kV蝶滄甲乙線#262號塔附近山體滑坡為研究對象，探索利用技術手段探測塔基周邊運行環境，為基礎加固補強提供決策依據，在評價其應用價值后，在工程實踐中深入推廣。

2 無人機拍攝質量研究

2.1 無人機拍攝成果評價

首先對無人機的拍攝圖像質量進行研究，分析其存在的缺陷，研究改善方法。經統計分析，目前無人機進行拍攝得到的圖片存在傾角大、基線短、像幅小、重疊度不高等問題。因此，首先必須對無人機影像質量有直接影響的影像重疊度、航線彎曲度及航高差這三大因素的研究。

在500kV蝶滄#262號塔基礎周邊山體滑坡為研究對象的分析工作中，通過調試、測試及計算，得到實地區域影像的平均航向重疊度為73.23%，平均旁向重疊度為54.3%，航線彎曲度為0.582%，相鄰像片的航高差為1.83米，以上數據均符合成像要求，且最大航高和最小航高之差為4.57米，此數據表面飛行時無人機的空中姿態十分穩定。

2.2 無人機拍攝成果整合

在明確拍攝成果質量后，第二步就是對空中抓拍的多張圖像進行有機整合拼接，使其能夠真實反映飛行區域的地形地貌。

成果整合主要采用的是基于特征點的拼接方法，首先進行圖像重疊度的估算，以此確定相片的拼接順序，減少不必要的計算工作。

基于特征點的進行圖像整合的首要工作是特征點匹配，它是指在兩個具有重疊度的相片中尋找多個同名點。尋找同名點的方法多種多樣，但無人機存在空中姿態穩定性差的問題，其拍攝的影像存在傾斜、變形、色彩不均勻等缺點，所以采用常規匹配方法通常誤差較大，有時無法進行匹配。本項目采取的匹配方法就是SIFT匹配法，在匹配完成后需要對影像進行重采樣，最后拼接成一幅完整圖像。

首先根據傳統SIFT特征匹配原理優化了相關算法，主要在提取特征點提取工作之前通過估算相鄰影像間的重疊度縮小了搜索范圍。進行圖像尺度空間極值點探測時，建立了適應于UAV影像的最優高斯核尺寸，克服了傳統SIFT算法采用固定核尺寸方法的缺陷，既減少了時間消耗，又盡可能多的獲得了特征點。

經多次拼接實驗表明上述方法在保證SIFT算法優點，提升了拼接精度和效率。

3 山體滑坡研究

500kV蝶滄線#262號塔位于佛山市高明區的一處山坡上，經連續幾日的強降雨，塔基周邊發生了山體滑坡情況。為快速獲取該滑坡處及附近區域詳細的地形測繪資料，基于拍攝成果分析結論，本次采用無人機進行航測，同時檢驗輸電線路周邊運維環境探測技術應用于電力行業的可行性。

3.1 前期準備工作

首先明確了無人機拍攝圖像的相關原則。拍攝有效圖形范圍應大于測圖范圍，旁向重疊度和像片航向應分別為50%±5%和80%±5%，旋偏角要求不大于8°。影像地面分辨率應與成圖比例尺相適應，影像色彩飽和度適中，無暗影和光暈，單張影像陰影面積不得大于該影像總面積的1/3。

3.2 拍攝成果整合

圖像整合是指利用影像匹配技術（Image Matching Technology）識別獲得前后圖像同名定向點的影像坐標，最后生成每個原始圖像的圖像點坐標文件。在實際整合過程中，以第一張圖像的坐標系為基準，對其他同航帶像片進行相對定向處理，具體步驟如下：

首先通過光束法進行單航帶自由網平差，由此獲得單航帶定向點文件，對下條航帶做絕對定向，使下條航帶內所有影像統一到上一條航帶坐標系內。

然后再對航帶進行自由網平差計算操作，將生成的最新航帶定向點文件作為下條航帶的控制點。利用多視角圖像匹配技術，生成整個拍攝區域內同名像點的三維坐標。

3.3 生成數字高程模型

基于無人機影像生成數字高程模型（DEM）的方法在行業內已比較成熟，參照相關文獻即可，這里不再詳述。

在500kV蝶滄262號塔山體滑坡DEM中，可使用軟件工具對山體滑坡區域進行測繪，能很好地指導現場的救援工作。同時現場實際的山體滑坡區域值與測繪值誤差滿足現有的無人機航測作業規范，即驗證了輸電線路小范圍運行環境勘測技術應用于電力行業的可行性。

3.4 220kV世藤甲乙線6號塔風災災后勘測

2015年10月4日，佛山順德遭遇了五十年一遇的龍卷風，造成220kV世藤甲乙線6號塔倒塔，因該塔位于江邊，為防止新建桿塔、重型機械進場施工作業對河堤造成損害，所以需要對該受災地區的地形地貌進行精準測繪，以獲取具有參考價值的現場數據，作業步驟如3.1所述，現以PIX4D軟件介紹無人機航測的實際操作方法：

在現場使用無人機進行航拍需時15分鐘，然后用專業的建模軟件對所拍攝的圖像進行處理需時1小時可生成數字高程模型。該數字高程模型在這次抗風搶修復電工作中所起到的顯著作用有以下兩點：

（1）新建桿塔的坐標確定。新建的桿塔位置既要符合輸電線路的運行要求，又要符合水利法規中對河堤穩定的要求，通過數字高程模型可實現精確定位以達到兩者的要求。

（2）青賠區域確定。重型機械進場施工需要給當地農民青賠，但經常出現供電部門與農民因青賠區域面積大小而發生分歧的情況，經過數字高程模型測繪計算出準確的青賠區域面積，雙方圓滿達成青賠協議。

4 小結

（1）本項目前期階段對無人機影像質量進行研究，得出勘測輸電線路小范圍運行環境所需設置軟件的參數范圍。優化了傳統SIFT特征匹配算法，實現了影像拼接的精度與效率的提升。

（2）佛山供電局輸電管理所后期又在110kV坑高線電纜通道土建驗收中推廣應用了研究成果，效果良好，達到預期。再次驗證了輸電線路小范圍運行環境勘測技術應用于電力行業的可行性，下一步將探索在更多業務領域的應用與推廣。

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作者簡介：嚴巧（1988），女，本科，電力工程師 ，從事輸電線路運行管理工作。