無人機傾斜攝影技術在輸電線路運維中的應用

鄧百川，陳華超，張光明，鄧小康，朱輝良

(廣東電網有限責任公司惠州供電局輸電管理所，廣東 惠州 516001)

目前，在輸電線路的運行維護管理工作中，關于高差、距離等的測量工作覆蓋多個業務內容，如線行樹障的面積測量；基礎邊坡的尺寸測量；線行保護區內測量違章建筑的尺寸、位置信息等。高壓輸電線路橫穿崇山峻嶺已經形成常態，而如何在這紛繁復雜的地形、地貌上準確地測出想要的數據，則是輸電工人面臨的一大難點。

無人機具有設計靈活、操作方便、人員零損傷、低成本等諸多優點，隨著以深圳大疆創新科技有限公司為首的無人機企業在世界范圍內的行業地位越來越高，也帶動了更多的企業投入到無人機的研發中。目前，無人機在國防、民用、商用領域，都顯示出了獨特的研究價值，已廣泛應用于航拍、植保、物流以及輸電線路巡檢工作中[1]。

本文利用無人機傾斜攝影技術，現場拍攝影像進行三維建模，形成“可移動的現場”，從而實現對輸電線路的精準測量，解決了輸電線路運維中傳統測量方法的弊端。

1　原理和方法

1.1　測試原理

采用無人機對測量對象開展傾斜攝影、正射攝影等方式進行相片采集，然后利用點云技術將每張照片全方位模塊化整合，通過三維立體建模系統，最終形成1:1比例的模擬真實場景立體影像，將野外的現場原封不動“搬到”辦公室，再導入距離測量軟件，使得所需的測量數據信息更清晰、更直觀、更準確，測量工作風險更低。技術路線如圖1所示。

圖1　技術路線

1.2　無人機地面站

無人機系統由地面站、飛機、鏈路三個核心部分組成。無人機地面站作為無人機系統的重要組成部分，是整個無人機系統的指揮控制中心，用于對無人機的地面控制和管理。地面站系統硬件部分一般包含地面站計算機、通信數據鏈和輔助操控設備等，配合相應的軟件系統，實現對無人機的完整控制[2]。由于無人機的型號和用途等不同，各型號的無人機都有單獨的地面站系統，從而更好地監視無人機的飛行狀況和對無人機進行遙控[3]。

1.3　傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。

相對于正射影像，傾斜攝影能更加真實的反映現場的三維環境，通過軟件可直接利用拍攝影像進行三維建模，從而進行高度、長度、面積、體積、角度、坡度等屬性的測量[4]。

2　工程實例

惠州供電局輸電管理所運維的110 kV金榕丙線N66塔投運時間為2017年7月，為新遷改桿塔，位于丘陵地帶，地形復雜，為測量帶來很大的不便，本次以該塔為例進行說明。

本次采用的飛機是微型多旋翼無人機(Phantom 4 Pro)，其搭載相機配備1英寸2 000萬像素CMOS傳感器及24 mm F2.8廣角鏡頭。

2.1　建立三維模型

首先利用DJI GS Pro地面站軟件規劃無人機飛行路線，而后利用傾斜攝影技術進行現場影像采集，并將圖片導出后，進行圖像處理。

將處理后圖像通過三維實景建模平臺進行建模，本次采用Altizure App 。該平臺是集相片采集、三維建模和在線瀏覽為一體的移動端平臺，可提供云服務將人機照片轉換為實景和物體的真三維模型，并且在多種移動終端可用，方便快捷，滿足現場快速測量的要求，建立的三維模型。建立的3D模型可進行自由縮放、360°旋轉、多角度觀察，在顯示器或移動終端上呈現直觀真實的現場。

2.2　測量數據

(1)在3D模型上對桿塔根開進行測量，測量結果為6.77 m，如圖2所示。

為驗證測量準確性，對桿塔根開進行現場實測，實測值為6.759 m，在實際誤差允許范圍內。

對現場大跨度，傳統測量較為困難的地形進行快速、準確測量，如對坡高進行測量，測量值為59.15 m。

用測距儀實測坡高為59.10 m，在實際誤差允許范圍內。

2.3　工作量說明

采用基于無人機立體成像的距離測量技術進行現場勘查，就此現場進行對比，工作小組從拍攝到建模，僅需2人配合在2 h就能完成，期間大部分時間都是無人機和計算機自動運行，節約人力的同時，準確性僅受設備的系統誤差影響。而傳統測量，僅考慮基本要求的工程必須的數據，就需要至少3人連續工作3～4 h，采用經緯儀、皮尺、測距儀等工具進行人工測量，準確性既受設備系統誤差影響，又受人為操作影響。

3　結束語

在輸電線路實際運維中，無人機傾斜攝影技術在測量中的應用具有以下優點：

(1)利用三維立體成像系統，可以更加直觀地看到測量對象全方位的狀況，資料方便調用，相當于將測量現場“搬到”辦公桌前。

(2)在移動終端也能觀測三維立體影像軟件，幫助運行人員或管理人員在外出差或旅途中方便調取信息，提高應急響應能力，提供決策依據。

(3)通過對輸電線路保護區內樹障開展面積測量，對于多邊形不規則圖形可以形成直觀可視的影像資料，測出多邊形各邊長度，從而計算面積。

(4)對于基礎邊坡存在缺陷的測量對象形成三維影像，清晰直觀地在電腦桌前測量邊坡坡率等各項尺寸信息。

(5)針對輸電線路邊坡塌方，測量邊坡面積，以及與輸電線路桿塔水平距離。

參考文獻：

[1]周學明，胡丹暉，吳向東，等.小型無人機在輸電線路故障點查找上的應用與分析[J].湖北電力，2015，39(2)：38-40.

[2]劉智騰.小型無人機地面站軟件設計與實現[D].南昌：南昌航空大學，2015.

[3]盧艷君，劉季為，張曉東.無人機地面站發展的分析研究[J].沈陽航空航天大學學報，2014，31(3)：60-64.

[4]湯堅，楊驥.無人機傾斜攝影技術在特高壓輸電線路路徑優化中的應用研究[J].南方能源建設，2015，(2)：203-206.