無人機航測在輸電線路勘察設計中的前景分析

佛山睿豐能科技有限公司 楊德明

1 引言

隨著人們生活水平的快速提升，對于能源的需求也隨之提升，這也就對電網的建設提出了更高的要求。新建電網環網往往位于一些山地丘陵地帶，這些項目涉及規模較大，同時受地形等因素影響較大，對于地理信息的要求較高。傳統的測繪工作其風險較高，耗時長，且全地形測量精準度較難滿足需求，容易出現誤差，隨著無人機航測與激光技術的應用，可以有效地解決傳統航拍在電力設計中的應用問題，為電力設計提供更加高效的解決方案。

2 無人機航測的特征及發展

無人機航測技術需要利用無人駕駛的飛行器、遙測遙控技術、遙感技術、通信技術、定位技術等多種技術的融合，從而實現智能化、自動化以及專業化獲取自然環境信息和國土資源、電力線路的地理信息，并完成航測數據收集、數據分析、數據建模以及應用分析等。無人機航測有著經濟性高、快速、機動性強等優勢，已經逐漸地從研究階段進入到實用階段。從無人機航測的發展來看，已經經歷了動力源的變更、構型分化、差分類型選擇等不同階段。

2.1 無人機的動力源

從無人機航測的動力源來看，一些早期的無人機航測需要考慮到續航的問題，且受制于當時的電池技術不完善，所以一般使用油動作為驅動。油動的特點在于其續航時間長，但缺點是設備的安全性有待提升，作業時消耗的燃油成本高，航空燃油對于環境也有一定的影響。無人機機身重量輕，但油箱占據大多數重量和空間，隨著無人機飛行的改變，機身重量逐漸降低，對于無人機的測繪工作產生負面影響。近年來，無人機更多使用電力作為驅動，在續航時間上較短，但是電池能夠重復使用，對于機體產生的影響較小，所以更加安全[1]。

2.2 構型分化

構型分化是指無人機的多旋翼或者固定翼的形式，其中固定翼無人機由于其飛行速度快，所以留空時間長、高度高。多旋翼具有可以垂直起降，并且能夠在重點區域懸停，通過這種方式實現重點觀察，二者之間的適用對象有所不同。在電力系統中，多旋翼一般是用在面積較小的風電場、光伏場、變電站等區域進行小面積航測，而固定翼無人機多數應用在較長線路的電力設計上。

2.3 差分類型的選擇

無人機航測&激光主要可以分為事后差分和實時差分兩種類型，多數主流的航測無人機是屬于事后差分，實時差分的要求較高，在一些測區復雜或者基準站的信號失真時，利用差分數據就會出現可靠性下滑等情況，而事后差分不容易出現這類問題。

3 無人機航測&激光在電力設計中應用的優勢

3.1 無人機航測&激光成本顯著低于傳統測繪

在進行工程測量的實際操作中，成本是重要的影響因素之一。無人機的成本并不高，一般基礎的無人機價格在幾萬至幾十萬元不等，同時可以重復使用在不同的工程中。傳統的飛機測繪租賃費用較高，并且每一工程都需要單獨租賃。無人機的發展非常迅速，其供能已經從油動逐漸轉化為電動，因此更加安全、環保。在轉場費用上，由于電力線路工程路徑一般是線狀走線，長度從幾十千米到幾百千米，如果使用傳統的飛機進行測繪，飛機的轉場困難，然而利用便攜的無人機，可以有效地解決這一問題。

3.2 無人機航測&激光的工作效率更高

使用傳統飛機進行航拍，其飛行的高度較高，且像幅較大，可以滿足電力線路工程對于帶寬的要求，但是傳統飛機要在云上飛行，所以受云量的影響較大，且飛行的時間窗口較為有限，對于航測工作的效率有著較大負面影響。無人機采用貼地飛行方式，所以飛行的高度低，且受天氣影響較小，飛行的窗口時間更長，轉場方便，效率遠超傳統飛機，所以對于航測作業而言，具有更強的實用性[2]。

3.3 對于業內數據處理具有更高效率

在電力設計傳統測繪中，空三加密具有較高的復雜性，對于作業人員的要求較高，同時其精度對于后續操作的影響也較大，所以在這一環節中，對于人員和時間的需求較大。無人機航測其影像數量顯著提升，所以傳統空三加密的方法，已經無法滿足實際應用的需求，必須開發出全新的算法進行探討。利用測繪軟件與計算機視覺進行結合，對于一些重疊度大、姿態不穩定、像幅小的無人機采集的數據，具有重要的意義，已經能夠實現空三功能。對于一些特殊的情況，可以引入人工的方式加強效果，這一點與傳統的數據處理有著顯著的不同。

4 基于無人機航測&激光的電力勘測設計應用流程

具體流程如圖1所示。

圖1 無人機電力勘測設計應用流程圖

5 無人機航測數據的采集與使用

一般情況下，無人機航測所用的相機，往往都是一些非測量相機，存在著鏡頭失真的情況，所以在實際開展電力設計勘測之前，要明確鏡頭畸變的系數后能夠有效地糾正，并確保關鍵參數不會改變，利用參數校準的方式對圖像進行校正處理，并使用空三加密措施。

利用遙感系統。通過遙測設備遠距離進行探測，從而識別電磁波，通過這種技術進行感應測量，進行資源信息的分析。一般情況下完整的遙感探測系統包括有信息源，也就是目標源自身發射電磁波。信息識別工具，主要是遠程檢測器以及檢測電磁目標；信息應用，如遙感信息與應用程序等，通過這兩者的結合，挖掘信息的內容以及可視化遙感測試的核心在于要測試大規模檢測，且具有時效性要求的趨于，所以其受限數據較小，通常下載監控緊急情況、農業形勢以及生態污染的監控上。與GPS 關注地理位置信息有所不同，遙感技術更加注重收集地理標識的數據[3]。

對專業數據的處理。基于專業化的航測可以看出來，數據空三加密具有較為復雜的特性，所以操作員需要具有充足的理論知識儲備及操作能力?？杖用茏罱K的準確性對于后續工作的開展具有重要意義，所以對于空三加密的要求要更高。無人機航測技術中，由于無人機的圖像信息顯著提升，所以傳統的空三加密已經無法適用，必須適用全新的處理算法對于無人機航測獲得的數據進行處理，如國內開發的天工攝影測量軟件，通過這一軟件，結合計算機技術以及圖像處理算法等方式，應用在一些大重疊、不穩定姿態以及圖像尺寸較小的偵測場景中，可以有效地降低人為因素造成的影響，并實現信息處理過程的自動化，有效提升其數據的處理效率。

無人機的勘測應用在電力系統中，通過多種方式進行操作，可以與遙測技術結合對比，無人機的航測技術能夠綜合物力與人力資源，其研究的工具靈活，且數據采集具有較高的時效性，能夠實現自動化的數據處理，且環境地適應性更強等。對于電力系統的測繪，可以在云層以下運行，有效避免了云層所造成的圖像模糊，以及數據異常等負面影響因素。利用無人機技術測繪遙遠山地或者農村地區，可以有效形成當地的三維立體數據庫，在這一基礎上進行電力設計能夠顯著提升設計工作的效率[4]。

當前，國內對于電力線路設計的要求不斷提升，要求要全程信息化，針對這一情況，超高壓和特高壓線路其跨度達到上千千米，所以涉及整體統一，需要使用大飛機進行整體的航攝，從而保證成果最終質量。另外，在一些傳統的高壓線路上，一方面要考慮經濟成本、時間周期，另外還要考慮到適用性等問題，無人機航測具有顯著的優勢。無人機航測應用在電力勘測中要考慮到以下幾個方面。

首先在一些傳統的線路建設中，長度達到幾十千米或數千千米，所以使用傳統的大飛機進行航測依然有應用的價值，當然也可以使用固定翼無人機的方式進行測繪，從而降低資源消耗的同時，還能夠確保工作的效率。

其次無人機航測應用在一些短程線路設計中，這類線路的設計使用傳統大飛機其成本高，且航測的效率低，利用無人機航測的方式，能夠充分發揮出無人機所具有的優勢，降低成本損耗。在一些變電站、風電場、電廠、光伏場等區域，傳統的大飛機并不適用，可以使用無人機航測的方法獲得相應的影像數據，并輔助設計閥桿。在一些電力工程施工結束后，還會出現一些臨時變更造成的路線變更，如果使用大飛機繼續補測，容易造成工期緊張以及增加成本等情況，基于這一現狀使用無人機航測的方式進行補飛，對于實際的測繪工作而言，可以做到更低的成本和更高的效率，這也是無人機航測應用的重要場景。

6 無人機航測&激光在電力設計中的發展前景

機載激光數字航測技術，作為一種集合了慣性導航、全球定位系統以及激光等技術為一體的系統，能夠獲得精確的三維坐標數據，并形成清晰的德牧系統，利用這一系統融合三項技術，可以精確定位激光束在物體上的光斑。所以，機載激光系統是一套系統性的主動傳感系統，其發射的激光照射地面目標并不依賴太陽光，可以全天候收集地面的三維數據，并且這一系統獲取的地面三維數據，在精確度和成本上明顯優于傳統車輛的方法。利用后期的處理技術，將地面與地面建筑物、植被等分離，可以實現數字化的地面模型，將數碼相機集成到這一系統中，能夠得到更加高分辨率的數字化與實體疊設的影像[5]。

機載激光航測系統在一些地貌復雜、陰雨天氣較多的天氣環境下，可以得到更好的發揮。使用機載激光測航測系統，首先要進行路徑的初設，通過初設路徑圖，制定出沿路徑圖沿線的高分辨率衛星影像，利用高分辨率的遙感衛星，將無人機的路線細化，從而比較路線的路徑方案，優化路徑的方案。機載激光素質航測首先要利用高分辨率的衛星圖像，確定無人機行進路線，并制定激光素質的航測計劃。其次布設一些地面基準點，根據航測計劃對于路徑進行激光航測。機載激光數據在經過收集后，要集中下載和集中處理，并對數據進行分析，從而形成三維的立體模型，并制作出線路的DEM影像。

在收集數據以后，通過三維選線軟件進行路徑優化，然后根據基礎數據，設計人員能夠及時地對路線進行調整，并且從三維模型上，提取路徑斷面圖，通過這種方式對于桿塔的位置進行排位優化，從而使桿塔能夠更加經濟和合理，做到線路中就有塔位的效果，如圖2所示。電力路徑的方案要基于數據化、立體化以及全局化上，顯著降低勘測過程中操作人員的工作強度，并提升勘測的質量，降低工程投資的額度。對于路徑的優化，可以利用三維選線軟件對于路線上的房屋進行規避，降低動遷成本，也是降低工程資金投入的效果，通過減少跨越河流、電力線、公路等，縮短線路路徑，統籌兼顧的合理布線，并通過這種方式對線路的走向以及塔位的方向進行調整。

圖2

利用三維選線軟件對于電線路徑進行優化，可以顯著提升經濟效益以及社會效益。優化后的路徑降低了資金投入，還能夠減少桿塔的數量，降低鋼材損耗，路徑經過優化后，對于塔位的重新選擇，避開了一些陡峭地形、懸崖以及不良的地質帶等，做好塔位質量的控制，更加妥善的保障線路安全性。同時，在優化路徑時，還需要避開密集的林區，該方式不僅保護了林木資源，降低林木砍伐的數量，同時滿足了環保的要求。

7 結語

將電力設計引入無人機航測&激光技術，能夠凸顯出無人機的優勢，對于電力系統的搶修以及規劃具有重要意義?？茖W技術的改變以及新技術的快速發展，能夠充分挖掘無人機航測&激光的應用價值，合理的應用新技術，并與信息化人工智能等結合起來，從而進一步提升無人機航測&激光的應用價值，增強在電力設計中的應用。