無人機航測技術在電網工程建設中的應用

柏琛

摘要：近些年，隨著電子技術的發展，小型無人機技術取得了巨大突破。較遠的飛行距離、較長的續航時間以及較高的飛行品質使得其可以應用于大多數行業以及日常中，尤其基于無人機遙感遙測領域，具有很好的發展前景。此次就無人機結構構成以及其在電網構成建設中的應用進行分析，對其未來發展進行展望

關鍵詞：無人機技術；電網工程；遙感遙測

引言

作為電能需求大國，我國電力系統已經初步形成全覆蓋。但近些年隨著我國經濟的發展，迎來了新一輪的電力需求增長，因此需要對原有線路進行改造升級并架設新型配電網。基于數字化的工程設計、施工模擬以及模擬運行，可以大大提高工程規劃的科學性與合理性，因此數字化圖像處理技術在業內逐漸得到認可與使用。傳統的影像收集與地理測繪等需要耗費大量人力以及物力資源，同時對于航拍條件以及環境等有一定的要求。整個流程十分負載繁瑣，而無人機的問世無疑給該技術帶來了新的變革。基于無人機低空飛行技術可以有效獲得工程環境影像資料，從而為工程設計與施工提供重要數據參考。

1.無人機測繪系統構成

無人機主要有地面保障系統、飛控系統、傳感器系統、飛行平臺以及地面監控系統五個部分構成。地面監控系統主要由地面通訊系統以及監控軟件、維護系統構成。飛行系統則主要由自動駕駛儀、GPS導航系統、姿態控制設備、氣壓計等等設備構成，其中GPS技術為其核心技術，其可以有效實現定點曝光以及相機旋偏改正技術；此外就傳感器系統而言，由于無人機其動力上的限制，因此實際可以搭載的荷載能力有限，專業的航拍設備難以有效搭載，因此通常標配高端單反數碼相機，包括NikonD700等高端相機；當前國內較為成熟的飛行平臺主要由垂直尾型無人機系統、倒桅尾型無人機系統以及雙發型無人機系統等幾種。如下表所示為無人機飛行平臺的主要幾個參數指標。

2.無人機技術在電網工程建設中的應用分析

無人機體型較小、攜帶方便，可以有效搭載航空遙感系統，在機動方面更加靈活、響應更快且成本更低，時效性更強，目前隨著該技術的逐漸普及與應用，已然形成與衛星遙感預計普通航空遙感并行的發展廣度。特別是在較為嚴重的自然災害應急響應、惡劣天氣情況下的光學影像捕捉收集、輸送電線路的路徑規劃、企業廠址選擇以及影像獲取等等，基于無人機技術的航拍與航測系統擁有衛星遙感以及普通航空遙感所無法代替的優勢。

2.1輸電線路規劃設計

對于輸電線路工程，尤其是大型水電站出線走廊設計中，基于無人機技術所搭載的攝影測繪系統對工程范圍內進行航空拍攝，可以有效輔助整個走廊通道的設計規劃，從而模擬現場視野首先的不足。有助于綜合考量環境因素以及規劃因素等各方面的不足，協調工程項目之間的進行，對有限的通道資源進行充分利用，繼而使得線路走向以及區域規劃等更為科學合理。

線路廊道的檢測以及桿塔零部件的檢測是無人機進行輸電線路檢測的主要內容。基于前者路徑規劃時受制于無人機性能以及其它因素的影響，使得實際符合無人機巡檢的路線極為難找。實際在路徑規劃時應當綜合考慮以下幾個層面。首先為最大航行距離，假定該最大航程為L，而實際航線存在n個接點，如下圖所示：

其中第n-4至第n-3的航線軌跡實際航程為L1，則這航行軌跡總的航程應當滿足

公式中i表示為實際所取的點序號。

此外當無人機需要改變飛行姿態時，還應當直飛一段的距離從而用于客戶由于慣性而產生的一系列影響，通常將該段距離定義為最小步長記為L2。基于廊道的巡檢方式則是在假定的空間范圍對所搜滿足約束條件的飛行方式，其可以通過所規劃空間內的一系列路徑節點類分析得到。假定任意兩個節點將其用線段連接，則對于每條巡檢線路可以用以數組{1、2、3...n}表示，則1代表為該路徑的起點，n則表示為終點。數組{2、3、4...n-1}則表示巡檢路徑的中間節點。基于一系列的節點表示相關飛行路徑，具有以下幾個優勢，首先可以依據期望的飛行精度對路徑節點數進行有效管控；其次可以將初始規劃問題劃分為多個小問題，從而將復雜問題進一步簡化、此外對問題進行劃分后，可以依據各個不同子問題是否達到全部滿足約束條件繼而對初始問題是否滿足要求進行判斷；最后基于一系列的路徑點表示廊道巡檢路徑問題，有助于計算以及表達。假設某k+1個節點的巡檢路徑，m表示為該路徑第i段的長度情況，起飛點為無人機巡檢作業起飛基地。則其目標函數為

公式中c表示為處罰函數；

廊道巡檢路徑的規劃是一種基于全局視角的路徑優化問題，需對大量數據以及約束條件進行綜合分析，在分析計算式務必把握好減少計算量以及避免產生局部最優解可能。而基于桿塔巡檢的路徑規劃則由于現行缺乏完善的技術案例，因此在巡檢拍攝時隨意性較大，同時也有可能使得圖片采集模糊，信息混亂，容易造成漏拍等可能，因此巡檢質量難以得到保障，存在一定隱患，因此應用并不多。

2.2地形圖的測繪

通常基于無人機航測技術可以用于小比例尺的地形圖繪制，一般成圖比例為1：2000.在一些電網工程的可研階段，可以進行高程控制措施，比如將以往的野外管控以及野外測量數據轉變為高程等等，最終形成1：1000的比例尺地形圖。從而為相關站址的選擇以及安排等提供重要影像、高程等的重要基礎數據，降低勞動強度的同時大大提高勞動效率。

2.3電網系統應急救災應用

我國每年都會有一定的自然災害發生，拒不完全統計平均每年由于自然災害而直接或者間接導致的財產損失達2000億元。一旦發生災害，基于快速有效的措施可以很好的降低經濟損失。因此，完善緊急救援相關措施，及時恢復電力網運行或者重建電力網系統，對于減輕國家損失，恢復人們正常生活等十分必要。

災害發生后，快速獲取現場災情第一手高清影像資料，可以有效為應急救災中心指導提供重要幫助，為救災工作的落實創造良好條件。而實際由于災害的發生通常伴有極為惡劣的天氣環境，比如2008年南方大雪災害，由于天氣環境的影響傳統形式的航拍以及衛星拍攝等均受到嚴重限制難以及時獲得現場災區的詳細圖像信息。基于無人機技術搭載高分辨率影像設備，基于無人機低空遙感系統具有更好的機動效果、對環境的適應能力也更強，無需專門的機場進行起降，應對惡劣天氣的能力也更高，既而可以快速及時抓取災害現場第一手高清影像資料，從而為下一步國網公司緊急救災對災害進行更為科學的評估，制定針對性的緊急救災措施、制定電網重建方案，并配備可靠先進的技術設備。由此可見，無人機的應用大大提高了救援的效率，同時對電網系統的災后重建與恢復等提供了重要的基礎資料。

3.結束語

與以往的航空攝影測量相比，基于無人機測量技術對于起降環境沒有過多要求，且整個系統集成度高，機動性更為靈活，轉場實現更為方便、快捷。對于氣候環境等條件要求不高，而實際現場所捕獲的圖像清晰度以及分辨率等更高，系統總的運行成本也得到大大降低。目前該技術已經被廣泛應用于緊急救災、站址選擇以及工程設計優化等領域。但飛行姿態不穩定、續航時間有效、單架次拍攝面積有效等問題也是當前無人機發展需要克服的。電網工程往往規模較大，且設計面廣，因此無人機技術在電網測繪以及規劃方面具有重要意義。隨著市場需求量的不斷增加，無人機現有弊端勢必將受到更多人的關注，并最終得到解決，與各個行業形成更好的契合。

參考文獻

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