無人機傾斜攝影測量技術在電力工程中的應用

張藝凡

（山西工程科技職業大學，山西 晉中 030619）

0 引言

隨著科學技術的不斷發展和進步，在電力工程中無人機傾斜攝影測量技術逐漸替代傳統的測量技術。無人機測量技術能優化測量步驟和測量精度，并且便于測量人員開展具體作業內容，減少作業的難度，為電力系統開展實時性工作提供支持。

1 無人機傾斜攝影測量技術概述

1.1 技術原理

在傳統的攝影體系中，僅僅能實現垂直角度的拍攝工作，而傾斜攝影處理方式能借助同一平臺搭載不同的傳感器，并能從垂直、側視等多角度完成影像的采集處理，這就從根本上彌補了傳統航空攝像的局限性。而對應的無人機傾斜攝影測量技術要將無人機作為基礎飛行平臺，配合傾斜攝影相機，完成航空影像的獲取工作，保證攝像的綜合效果[1]。

無人機傾斜攝影不僅能實現飛機下方垂直角度的攝像處理，還能對航向重疊度、坐標值和旁向重疊值、飛行航向等基礎數據予以實時性采集管理，然后匹配對應的數據分析模塊，在分析相關內容后，就能為后續工作提供較為合理且規范的數據支撐。在無人機傾斜攝影測量技術應用過程中，要將GNSS技術和地理信息技術作為核心處理技術內容，確保多元技術的科學化融合，為數據管理和后續工作任務分析提供支持。

1.2 特點和優勢

相較于傳統的航攝處理，無人機傾斜攝影測量技術無論是價格優勢還是應用效果都更加突出，并且對飛行氣候條件的要求較低，在數字縣域、城鎮等方面都能發揮實際作用。一方面，無人機本身的飛行高度較低，能借助多角度相機完成地面物體頂面和側面的高覆蓋數據匯總，并且實現全要素細節展示。并且，攝影表達內容較為多樣，因此，獲取的相鄰影像之間旁向重疊內容和航向重疊度都較高。另一方面，無人機傾斜攝影測量技術借助計算機進行影像信息的處理，就能完成實時性匹配和建模控制，從而滿足自動化應用控制要求，整體技術應用時效性較強，并且及時減少人工干預問題。最關鍵的是，無人機傾斜攝影測量技術在應用控制體系中，能建立更加合理的共享控制模式，結合豐富的測量功能提升應用效果[2]。除此之外，無人機傾斜攝影測量技術還能有效實現側面紋理數據的采集管理，相較于傳統控制技術模式，其紋理參數、數據內容采集方面更加具有優勢。

2 無人機傾斜攝影測量技術系統組成

無人機傾斜攝影測量技術主要組成部分是無人機、傳感器、數據處理系統和數碼攝影器材。

（1）無人機。目前國內較為常見的無人機主要包括數維翔圖-DM-150W重載型無人機、DM-830八旋翼無人機、上海航遙-ARC524/ARC336/ARC536、DJI-六旋翼無人機等[3]。

（2）傳感器。較為常見的傳感器見表1。

表1 傳感器具體技術特點

（3）數據處理系統。目前較為常見的數據處理系統包括以下二類：①Smart3D，單節點處理效率能達到0.5km2，實現實景三維處理效果，若是要進行GIS展示則需進行格式轉換[4]。②Photomesh，單節點處理效率能達到0.5km2，實現實景三維、DEM/DOM、單體化模型等處理效果，若是要進行GIS展示無需格式轉換。

（4）數碼攝影器材。一般選取的是佳能相機，主要是因為相機自身的畸變數值較為合理，配合圖像處理系統就能有效提升技術處理效果和應用水平，保證無人機傾斜攝影測量技術能發揮其實際優勢[5]。

3 無人機傾斜攝影測量技術在電力工程中的應用

將無人機傾斜攝影測量技術應用在電力工程行業中，要充分結合電力工程的運行模式和要求，整合技術內容，匹配相應的技術處理設備，從而維持整體技術控制的效果，為電力工程可持續發展奠定堅實基礎。

3.1 地形測繪

在電力工程綜合管線管理控制工作中，為了保證實時性信息和數據的匯總管理，要匹配相應的攝影技術方案。近幾年，無人機傾斜攝影測量技術被廣泛應用在地形測繪工作中，進行三維地形構建分析，有效獲取相關數據，提升數據匯總的便捷高效性，極大程度上減少作業人員的工作難度、工作強度，保證作業成本滿足經濟性要求。還能依據獲取的數據快速了解地形信息，以確保后續電力工程設施管理和控制的及時性。

3.2 三維建模

相較于傳統的影像獲取處理模式，無人機傾斜攝影測量技術能借助不同的角度相機完成地形地物影像的實時性匯總管理，并且建立批量自動提取信息處理模式，這大大提高了三維地形模型繪制和數據信息分析的水平，以保證電力工程作業人員能依據繪制的三維建模內容開展相關工作，提高工作效率[6]。除此之外，配合無人機傾斜攝影測量技術實現三維建模，還能為后續養護維護工作提供保障，發揮技術優勢，為區域性電力工程管理控制提供保障。

3.3 工程規劃

伴隨著電力工程的不斷發展和進步，擴展電力工程業務范圍成為了階段性工作重點，傳統的工程管理方案需要投入大量的人力物力進行現場考察和分析，建立信息數據對比分析體系。而在無人機傾斜攝影測量技術支持下，依據三維模型就能更便捷地完成電力工程規劃設計工作，依靠數據庫完成信息的對比分析，搭建更加便捷且靈活的信息控制管理平臺，保證電力輸電線路工程路徑分析方案和塔位選擇等內容都能得到落實，不僅能減少資源投入，還能提升精準度，提高綜合工程規劃管理的水平。另外，應用無人機傾斜攝影測量技術進行三維設計，保證發變電工程規劃更加貼合實際需求，從項目選址到風電場機位布置等相關細節工作都能落實到位，促進電力工程可持續性發展。

例如，據統計，銀東輸電線路寧夏段會有20%的鐵塔位于沙漠中，因此，在當地電力系統布線工作開展過程中，為了避免“風動塔搖”等現象對輸電線路安全和穩定產生的影響，當地政府聯合超高壓公司組建治沙項目小組，針對±660kV銀東直流輸電線路通道下方流動沙地開展相應的規劃治理，主要是采用補種草方格的方式。在補種工作開展過程中，為了了解其實際情況，利用無人機傾斜攝影測量技術實現精準測繪草方格的實際應用面積，大大提升了治理成效。無人機傾斜攝影測量技術實現了對線路通道走廊的傾斜攝影測量，利用外業和內業全面聯動的處理機制，搭建三維影像數據模型，實現草方格面積結構的實時性繪制處理。相較于傳統處理技術，不僅節省了數據采集時間，還全面提升了操作便捷性，減少人工操作中產生的誤測或者是漏測等問題，為電力工程特殊環境的規劃提供了保障。最后，無人機傾斜攝影技術搭配生物治沙模式，實現了“以點連線、以線帶面”的管理目標，逐步擴大沙漠治理范圍，累計種植樹苗8萬余棵，播撒草籽1000多公斤，鋪設草方格近34萬m2，治理沿線沙漠總長度達75km，治理面積達44.3萬m2，使輸電線路通道形成“綠色防護長廊”[7]。

3.4 輔助管理

對于電力工程綜合管理工作而言，無人機傾斜攝影測量技術還能強化施工質量管理。無人機飛行高度較低且相機分辨率較高，能及時監督，針對電力工程項目基坑處理、澆筑處理、回填操作等進行影像數據的匯總，以便于施工部門能及時對不良問題予以糾正，電力工程項目中，輸電線路組塔、架線施工等關鍵施工單元，借助無人機傾斜攝影測量技術，可建立全過程輔助管理控制工作模式，能及時回傳施工現場的作業內容，對關聯塔位進行對比分析，自動識別組塔以及架線工作的進度和要求，從而保障電力工程施工效果[8]。

3.5 實物測量調查

以HF水電站為例，主要對象是10kV輸電線路3.40km等。按照以下流程完成實時性調研，以保證電力工程現場實物測定分析工作順利開展。

（1）無人機傾斜攝影測量數據采集。采取DM5-2010傾斜相機無人機，2010萬像素，配置對應的GPS和定位系統，采用DJI GO4 APP進行野外拍攝地點選取，主要是對HF水電站規劃區域內進行實物測量。

（2）在飛行工作開始前，將設備調試到標準應用狀態，結合規劃航線完成航空攝影處理工作，無人機飛行高度設置為60m，相機傾斜角度為65°到70°，旁向重疊度為60%，航向重疊度為80%[9]。

（3）影像信息的預處理。在影像信息采集后，對輸電線路的基礎數據信息進行預處理操作，剔除不合格影像，并且結合規定要求完成數據格式的轉換，避免不完整數據對后續實物分析工作產生的影響，保證輸電線路建模數據的完整性和像片格式的準確性。在預處理工作結束后，就要將數據導入到Smart3D軟件進行數據處理，完成建模工作。

（4）空中三角測量和密集點云處理。

①空中三角測量指的是要借助立體攝影測量，結合少量的野外控制點，在室內控制點加密的情況下，保證加密點和平面位置測量的準確性。這種方式能最大程度上提高輸電線路野外分析控制點的定向準確性，從而保證無人機傾斜攝影測量技術發揮其實際優勢，進行有效處理分析。

②密集云點處理工作，預處理結束后將相關數據導入Smart3D軟件后就要進行空三加密，軟件會結合實際測量的數據信息以及影像資料自動匹配生成密集點云，與原始照片進行對比分析，就能為水電站相關電力工程項目設施實時性測試工作提供依據[10]。

（5）模型的輸出。密集點云生成后，結合紋理貼合處理，Smart3D自動生成三維模型，紋理映射能對模型中的幾何缺陷予以修復處理，提升三維模型的質量水平，更加接近電力工程實時性分布情況，確保后續工作開展的規范效果。

4 應用無人機傾斜攝影測量技術的注意事項

正是基于無人機傾斜攝影測量技術的優勢，在電力工程中要充分踐行全過程技術質量管理控制機制，整合技術要點，維持技術運行流程的合理性和科學性，并匹配復雜電力工程測量應用平臺，維持良好的控制效果。與此同時，要保證航帶規劃設計、像控點布設等工作都能滿足標準化質量需求。

4.1 航帶規劃設計

在航空攝影工作中，航帶規劃設計是非常關鍵的環節。因此，為了保證無人機傾斜攝影測量技術應用效果和流程的規范性，就要結合測區的實際航攝任務要求以及航攝規范標準，確定航攝技術的處理流程，踐行全過程規劃設計管理方案，發揮技術優勢，避免漏點問題對無人機傾斜攝影測量技術應用效果產生影響。在航帶規劃設計工作環節中，要對航攝參數、航攝分區設計、航線敷設等基礎內容予以管理，確保應用效果。結合電力工程的基本需求，提升規劃范圍內數據分析的準確性[11]。

另外，無人機的基礎飛行時間有限，一般不會超出1個小時，所以，在航帶規劃設計工作中也要充分考量設備的運行時間，確保能在一定時間內實現最大范圍內關鍵節點的影像處理。一般而言，在電力工程航空攝影工作開始前，要對無人機起飛、降落、起飛架次等基礎信息進行綜合規劃，對航帶設計標準予以有效銜接管理，以保障電力工程的綜合效果。

4.2 像控點布設

電力工程中，像控點的布設具有重要的價值，是影響最終攝影成果的關鍵環節之一，因此，要結合電力工程實際應用要求選取更加匹配的布點，并且對弧形地物、水系、高程急劇變化的位置要進行有效的分析和評估，避免無人機碰撞造成安全問題。并且，為了保證布設的規范性和合理性，一般是在航攝操作開始前利用刷油漆的方式布置像控點標識，刷成“L”形或者是“+”形，提升觀測點的實時性精度水平[12]。

5 結束語

總而言之，在電力工程勘察分析工作中，應用無人機傾斜攝影測量技術具有重要的意義，相關技術部門要結合技術流程、技術應用標準等完善技術方案，發揮無人機傾斜攝影測量技術優勢，實現地形測繪、三維建模、工程規劃、輔助管理、實物測量等目標，從而全面提升電力工程現場管理水平，減少人力物力的損耗和浪費，為電力工程可持續發展奠定堅實基礎。