無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用實(shí)踐

宋佳

摘 要：本文詳細(xì)介紹了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的內(nèi)容和特點(diǎn)，之后結(jié)合實(shí)際輸電線路工程對(duì)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在其中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探索研究，希望能夠促進(jìn)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在我國(guó)輸電線路工程中的廣泛推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航測(cè)技術(shù)；輸電線路工程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0129-02

前 言

近些年來，我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)速度不斷加快，社會(huì)發(fā)展對(duì)電力能源的需求量持續(xù)提升，同時(shí)電網(wǎng)工程的規(guī)模也更大。在現(xiàn)階段的電網(wǎng)工程建設(shè)中，傳統(tǒng)工測(cè)技術(shù)已經(jīng)無法滿足此時(shí)工作的需要。于是，無人機(jī)、數(shù)碼相機(jī)技術(shù)等開始在工程測(cè)量中嶄露頭角，發(fā)揮出不俗的作用。本文主要對(duì)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在輸電線路工程中的應(yīng)用效果進(jìn)行分析研究。

1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)系統(tǒng)

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)系統(tǒng)主要包括無人機(jī)飛行臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、攝像設(shè)備、通信設(shè)備、遙控設(shè)備以及地面信息接收和處理設(shè)備都多個(gè)部分構(gòu)成。其中飛行控制系統(tǒng)由垂直陀螺、GPS接收天線、飛機(jī)自主飛行處理器等幾個(gè)部分構(gòu)成。地面相關(guān)配套設(shè)備的內(nèi)容包括影像接收和顯示終端、地面高清影像數(shù)據(jù)處理終端以及飛機(jī)飛行和拍攝遙控設(shè)備。

1.2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和局限

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的是通過自動(dòng)駕駛飛行平臺(tái)上設(shè)置的高分辨率數(shù)碼相機(jī)獲取地面高分辨率影像，為工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。其中涉及到了的3S技術(shù)的應(yīng)用，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）無人機(jī)航測(cè)技術(shù)采用的無人機(jī)升降靈活，對(duì)環(huán)境的要求較低，更加適合野外作業(yè)。當(dāng)前階段，我國(guó)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)通常采用超輕型的飛機(jī)，這種飛機(jī)起飛不需要跑道，可以在較為寬闊的路面上起飛。

（2）作業(yè)高度偏低，常在低空或是超低空進(jìn)行作業(yè)，因此除了一些特殊的環(huán)境之外，不必進(jìn)行空域申請(qǐng)，作業(yè)簡(jiǎn)單方便，同時(shí)獲取的數(shù)碼影像也更加清晰。

（3）安全性高，無人機(jī)可以通過遙控飛行完成作業(yè)，同時(shí)還具備滑翔、彈射以及傘降保護(hù)等功能，可以應(yīng)對(duì)大多數(shù)的突發(fā)事故。

（4）適應(yīng)性強(qiáng)。對(duì)于一些不便測(cè)量的丘陵或是山地的地區(qū)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)同樣適用。同時(shí)，無人機(jī)受到外氣候、天氣等因素的影響較小。

（5）成本低。無人機(jī)體型較小，方便運(yùn)輸，在不同測(cè)量地區(qū)之間可以靈活調(diào)動(dòng)。同時(shí)無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)以及操作成本較低，通過較低的成本獲得了更好的效益。

但與此同時(shí)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用同樣存在一定的局限：

（1）無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的續(xù)航能力較低、監(jiān)控范圍較小，因此只適用于小區(qū)域作業(yè)。

（2）無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)采采用的是非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，因此鏡頭畸變較大，會(huì)對(duì)影響資料的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

（3）無人機(jī)視角機(jī)較低，受到視點(diǎn)變化的影響，其特征匹配難度較大，且影響數(shù)據(jù)量較大。

（4）旋偏角較大，經(jīng)常出現(xiàn)超過規(guī)范要求的情況。

2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在輸電線路工程中的應(yīng)用實(shí)踐研究

隨著無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，其應(yīng)用范圍變得越來越廣，但是在十點(diǎn)下路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較少。本次研究選取的是220kV緬甸伊江上游電站輸電線路工程的國(guó)內(nèi)部分，這段工程具有高差大、環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，可以充分的驗(yàn)證無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。具體作業(yè)內(nèi)容如下：

2.1 無人機(jī)航空攝影

在利用無人機(jī)進(jìn)行航空攝影的過程中，為了獲得高質(zhì)量的營(yíng)銷，應(yīng)該對(duì)航空線路進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置，盡可能的控制航行高度和覆蓋帶寬。結(jié)合本次工程的實(shí)際情況，主要采用但航線航拍的方式，對(duì)于個(gè)別經(jīng)過困難區(qū)域的線路根據(jù)需要采用雙航線航拍的方法。在航線設(shè)計(jì)的過程中，工作人員接借助了谷歌地圖，確定了航空攝影的比例尺，并對(duì)每條航線的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。此外，在線路設(shè)計(jì)的過程中同時(shí)還要考慮到無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間。

由于無人機(jī)通常采用的是非量測(cè)相機(jī)，因此鏡頭畸變較大，因此在正式作業(yè)之前，要進(jìn)行試驗(yàn)檢校，確定畸變改正參數(shù)。

2.2 外控和調(diào)繪

結(jié)合無人機(jī)像幅小、重疊面積大等特點(diǎn)，本次工程作業(yè)中工完成了16條航帶的像控點(diǎn)測(cè)量和終勘定位所需的基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量，控制點(diǎn)數(shù)量過百。外業(yè)采用的是GPS快速靜態(tài)作業(yè)模式，采用邊連式網(wǎng)型。在起算點(diǎn)設(shè)置了6個(gè)可靠性較高的GPS C級(jí)點(diǎn)。之后結(jié)合1954年北京坐標(biāo)系和1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)完成全部航線路徑的調(diào)繪。

無人機(jī)航測(cè)獲得的影像數(shù)據(jù)分辨率很高，極大的降低了誤差出現(xiàn)的幾率，大幅度提高了后期成圖的精確性。

2.3 內(nèi)業(yè)處理

本次工程內(nèi)業(yè)處理采用的是我國(guó)武漢大學(xué)研發(fā)的低空小數(shù)碼數(shù)據(jù)處理軟件和PixelGrid無人機(jī)空三加密系統(tǒng)，具體作業(yè)流程為：建立工程、空三加密、數(shù)字高程模型生成、外業(yè)調(diào)繪資料錄入、正攝影像圖制作。

2.4 優(yōu)選線路

無人機(jī)航測(cè)優(yōu)化的主要目的是通過線路長(zhǎng)度縮減、障礙物避讓等手段實(shí)現(xiàn)工程成本投入降低的同時(shí)提升輸電線路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。因此，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該采用立體瀏覽的方式，通過立體像塊的對(duì)快速漫游甚至無間隙漫游的方式判斷線路是否符合電力輸電線路工程建設(shè)的要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行線路優(yōu)選。通過優(yōu)化選線平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)線路周邊的地形地貌以及物體進(jìn)行觀察，對(duì)于可能會(huì)對(duì)架空送電線路造成影響的地物和陡峭地貌，要通過專門的軟件測(cè)量其坡度，判斷是否具備立塔條件。之后通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)整體線路進(jìn)行優(yōu)化排位和投資估算，綜合各方面因素選擇最佳線路。立體瀏覽的優(yōu)勢(shì)就在于設(shè)計(jì)人員可對(duì)立體影像進(jìn)行放大、縮小等操作，可以避免因目標(biāo)模糊和視野受阻導(dǎo)致的失誤。

2.5 精度分析

線路平段面的精度和內(nèi)業(yè)測(cè)圖、外業(yè)高程擬合以及關(guān)鍵點(diǎn)校測(cè)三者之間存在緊密的聯(lián)系。因此為了避免數(shù)據(jù)誤差，本次工程共設(shè)置了兩百多個(gè)斷面點(diǎn)進(jìn)行高程誤差數(shù)據(jù)分析，分三次獲得高程差值，其中第一次為未經(jīng)過擬合得高程差值，第二次和第三次分別為經(jīng)過轉(zhuǎn)角、塔位樁參與高程擬合的高程差值以及實(shí)測(cè)斷面點(diǎn)參與擬合后的高程差值。之后通過一定程序的分析可知，采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)選取的高程實(shí)測(cè)點(diǎn)經(jīng)過擬合后的線路平斷面圖能夠滿足線路勘測(cè)設(shè)計(jì)的要求。

通過將途徑正攝影像圖和實(shí)地情況進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的航測(cè)技術(shù)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地面植被較少或是地面裸露的地區(qū)，斷面點(diǎn)高程精確度更高，充分滿足了電力行業(yè)航測(cè)規(guī)程的要求。但是在地面植被較為濃郁的地區(qū)誤差較大，容易出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。因此，對(duì)此此類地區(qū)，必須要在無人機(jī)航測(cè)完成后進(jìn)行野外校測(cè)和補(bǔ)測(cè)，并進(jìn)行擬合處理，如此才能保障航測(cè)平斷面圖的質(zhì)量。

在工程實(shí)踐中，通過對(duì)測(cè)圖數(shù)據(jù)的分析可知，當(dāng)分辨率處于0.2～0.25m范圍內(nèi)時(shí)，基本上可以保障平斷面測(cè)圖的精度。因此，在一些山地輸電線路工程設(shè)計(jì)中，可以適當(dāng)?shù)慕档头直媛剩瑪U(kuò)大數(shù)碼相機(jī)的單航覆蓋范圍。由此可見，將無人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于輸電線路工程中完全可以達(dá)到要求。

3 結(jié) 語

綜上所述，通過本文分析可知，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)相較于傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)雖然具備精度高、成本低等優(yōu)勢(shì)，但是同樣存在續(xù)航能力低、監(jiān)控范圍小等不足。結(jié)合其在輸電線路工程中的應(yīng)用實(shí)踐來看，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)完全可以達(dá)到工程測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于我國(guó)電力工程建設(shè)速度的提升具有十分重要的意義。

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收稿日期：2018-9-11