無人機航測技術在10 kV電力線路工程測量實踐中的運用

摘要：由于10 kV電力線路主要承擔著分配電能至電力用戶的任務，所以每當收到電力用戶的新增和擴容申請后都需要新建、擴建10 kV電力線路以保障電能的供應。在工程開始前需要進行現場勘測以保障電力線路的科學規劃和敷設，而傳統人工測量由于效率低下且準確率不高已無法跟上當下10 kV電力線路建設的步伐。鑒于此，介紹了一種基于激光雷達原理的無人機航測技術，并結合工程實例逐步剖析了該技術的使用方法，為10 kV電力線路工程測量提供了一種高效實用的辦法。

關鍵詞：無人機航測;10 kV電力線路;激光雷達;工程應用

中圖分類號：P23;TM752" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）24-0082-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.020

0" " 引言

通常意義上的無人機是指多軸飛行器，即帶有3個以上旋翼軸的直升機。市面最常見的是四旋翼無人機，每個旋翼軸都安裝有可控制的無刷電機，電機在內置控制器的命令下采用特定的轉速工作，電機轉動帶動扇葉轉動從而對空氣產生向下的推力使無人機獲得向上的升力。

起初無人機的使用領域有限，僅限于軍用，沒有市場的需求無法刺激其高速發展，因此無人機的發展出現了一段時間的停滯。隨著產業升級，特別是通信技術的升級，無人機技術應用越來越多地被開發出來，因此近幾年無人機得到了爆發式發展。由于5G與無人機技術的結合，無人機信息傳輸和信息處理能力得到了極大的提高，因此無人機激光雷達技術被開發出來用于處理復雜的地形測繪，無人機航測技術的出現也給電力行業帶來了許多便利，特別是在10 kV電力線路測量工程中，由于電力用戶分布廣，10 kV電力線路穿越地形復雜多樣，當因工程需要對10 kV電力線路進行測繪時，須人工勘察現場，效率十分低下，特別是在廣東，地形以丘陵為主，更加不利于現場勘測工作的進行。因此，將無人機航測技術應用于10 kV電力線路工程測量極大地提高了工作效率，節約了人力與時間成本[1]。

1" " 無人機航測原理及其優勢

1.1" " 無人機航測原理

無人機測繪依靠激光雷達技術，激光雷達又稱光學雷達，一般是由激光發射器、接收器和慣性定位導航三個主要模塊組成。當激光雷達工作時，會對外發射激光，在遇到物體后，激光折射回來被CMOS傳感器接收，從而測得本體到障礙物的距離。從原理來看，只要知道光速和從發射到CMOS感知的時間就可以測出障礙物的距離，再結合實時GPS、慣性導航信息，并計算激光雷達發射出去的角度，系統即可得到前方物體的坐標方位和距離信息。所以，航測無人機上安裝的激光雷達裝置根據設定角度向下方發送大量的激光束，其接收裝置就會搜集到地面各類障礙物反射回來的信號。

通過計算激光信號從發射到接收的時間差，再配合激光掃描所發射的角度以及當前的INS信息和GPS位置等數據，經過內置程序的計算處理就會生成一種三維立體信號，該三維立體信號包含空間位置信息和距離信息，再利用專業的軟件進行組合計算就能得到待測地形的線、面、體的具體參數，從而就能建立出三維點云圖并繪制出待測區域的三維地形地圖[2]。

1.2" " 無人機航測優勢

對于10 kV電力線路傳統測量方式還是以人工測量為主，測量人使用全站儀、花桿和皮尺等作業設備，根據幾何原理進行施測，雖然傳統方法測量原理簡單，投入小，但對于大面積、長距離的測量工程并不適用，因為全憑人力測量，會大大增加工人勞動強度，并拖慢工程進度，同時也無法保障測量精度。

采用結合激光雷達技術的無人機航測技術，可以快速精確地測量工程實地地形，完美地繪制呈現出施工區域的地理信息，為工程施工提供有力的數據保障，給10 kV電力線路新建、改造工程的規劃和開展提供直觀的可視化數據，大大減少電力作業人員的工作量，縮短工程時間，提高施工效率[3]。

2" " 工程概述

2.1" " 工程內容介紹

現有客戶廣東華鰲合金新材料有限公司進行增容業擴報裝，地址為廣東省江門市鶴山市鶴城鎮工業二區皇冠大道18號，占地面積約141 692 m2，建筑面積約31 779 m2，客戶原有容量22 830 kVA，本期新增容量5 400 kVA，總容量28 230 kVA。本項目測區位于鶴山市鶴城鎮大南排村委會地塊東側，建設內容為新建10 kV線路，項目南北向長度為1 424 m，東西向長度約為2 923 m，測區面積約為1.02 km2，地貌類型有山地、丘陵，地勢呈北、東北高，南、西南低。測區略圖如圖1所示。

本工程初定從110 kV鶴城站（#2母線）新出1回線路（暫命名為“10 kV華鰲線”，線路總長3 158 m，其中電纜總長724 m，電纜銅導體截面采用300 mm2，架空線總長2 434 m，導線截面采用240 mm2），延伸至華鰲公司規劃用電紅線外50 m范圍內。新建10 kV線路在選線階段需要對沿路地形進行勘測。

2.2" " 工程工具介紹

本工程新增10 kV華鰲線長度較長，前期需要勘測110 kV鶴城站到華鰲合金新材料有限公司的地形，為選址選線提供依據。本次工程采用無人機航測技術進行測繪，無人機型號為DJI經緯M350 RTK。該款無人機集成了DJI先進的飛控系統、六向視覺系統、六向紅外感知系統和夜視FPV攝像頭，兼容全向避障雷達，適配多款DGC2.0接口的云臺相機，最多同時支持三個獨立云臺，并配備多個SDK擴展口，搭配DJI ZENMUSE L1/P1可實現高精度測繪。本次測繪配備千尋Xmini GNSS接收機一臺套，大疆禪思P1鏡頭，大疆禪思L2鏡頭，計算機三臺套。以上各種儀器設備作業前均進行了全面檢查和檢驗，性能均符合作業要求。圖2所示為大疆經緯M350 RTK無人機搭載P1鏡頭。

3" " 無人機航測應用

3.1" " 無人機航測工程應用流程介紹

如圖3所示，使用無人機進行地形航測的作業流程分為六個步驟。

第一步，任務接受。首先要對工程任務進行分析，收集任務測區的資料，包括圖像與影像資料（地形圖、規劃圖、衛星影像、航攝影像等），地形地貌、氣候條件，機場、軍事基地等重要設施，通過收集的資料判斷設備是否適應測區環境，是否具備空域條件，然后根據要執行的任務選擇飛機類型。

第二步，規劃設計。通過用戶提供的界址坐標信息，在谷歌地球軟件上將任務區域的范圍標注并突顯出來，同時將區域范圍內及周邊區域的圖址信息緩存到本地并記錄下任務區域內最高點的海拔值，以便任務規劃時使用。運行飛控軟件進行任務規劃設計，在滿足精度要求和飛行安全的前提下，任務規劃需要合理安排歸航點的位置。

第三步，現場勘測。執行飛行任務前需至現場踏勘，了解現場情況，落實具體的任務區域范圍并選擇適合的起飛、降落點。

第四步，航拍飛行。需要按照規劃設計的任務執行拍攝任務，在現場要做到安全高效，團隊間要配合作業。對飛行過程中可能遇到的緊急問題要做好預案，采取正確的應變措施。要根據光照強度及地面情況選擇合適的時間執行飛行任務。

第五步，數據歸檔。航拍結束后要檢查有無漏拍，拍攝質量是否達到標準。

第六步，數據交付。完成拍攝相關的記錄表格填寫、備案等，交付合格數據，進行數據處理工作。

3.2" " 作業實施

依據CH/T 2009—2010《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》布設控制點，以控制點作為起算點。此項目對測區布設5個圖根控制點，控制點以均勻分布的方式布設在測區范圍內，用直徑20 mm、刻有中心叉的鉚釘打入地面。利用一臺RTK進行實時動態測量，觀測時應采用三腳架對中、整平（對中誤差不得大于2 mm）。天線高測前丈量兩次取中數（架三腳架，可固定高度，高度取位至0.001 m），測后復核;四周空曠，接收條件良好，觀測的采樣間隔為10 s，每次觀測歷元數應大于等于15個，有效觀測衛星數大于等于5，PDOP值小于等于6。檢測周邊已有同等級以上控制點，符合限差要求后可進行未知點測量，對每個控制點需初始化觀測兩次，符合限差要求后換點觀測，對每個控制點須進行3組GPS觀測，兩組觀測值的點位互差在限差之內取中數，否則重測。

本項目在測區內利用原有控制點PD1、PD2、PD3、PD4、PD5，使用千尋Xmini接收機接收廣東CORS系統中心信號，每時段觀測時間均為5 min，采取3次觀測取其平均值的方法。在每點設站時，對中誤差均小于0.5 mm。觀測前后各量取一次天線高，兩次量取的天線高之差不大于2 mm。測量前后量取兩次天線高中數取其平均值作為天線高，進行3次觀測，取各次測量平均值做對比，控制點成果如表1所示。

地形圖測量：按1：500塊狀地形圖測量規范要求進行，因測區內大部分區域為雜草地、裸土地、池塘等，因此外業采用無人機傾斜攝影測量、GPS實時動態技術（RTK）相結合進行野外數據采集。先使用無人機傾斜攝影測量建模;然后根據甲方提供的設計圖識別作業區域范圍，根據測區范圍均勻劃分九宮格，使用大疆遙控器自帶飛行軟件導入KML文件，進行航線規劃，設置旁向重疊率70%、航向重疊率80%，軟件自動生成航線。用大疆禪思P1鏡頭和大疆禪思L2鏡頭對測區范圍進行作業。

內業處理：使用大疆智圖軟件對無人機測量數據進行OSGB格式模型、LAS激光點云輸出，使用南方CASS11.0軟件導入無人機飛行成果模型（OSGB）開始繪圖，水下高程導入到地形圖里。作業小組把數據傳輸到電腦，對照手簿代號及航測模型、雷達成果進行連線成圖和編輯修改，最終按照圖式繪圖并加繪各種符號與注記，生成地形圖，各種符號的表示嚴格按地形圖圖式執行。圖面上應充分反映出陸上不同植被和不同土質的分界點，并注明其屬性;反映出附近已有建（構）筑物、道路，保證特征點（轉彎、分叉處）全部采點;各類建筑物、構筑物及其主要附屬設施均應進行測繪，并注記房屋結構、層數、單位名等屬性;道路交通及附屬設施的測繪，圖上應準確反映道路的類別等級、附屬設施的結構和關系，并調注鋪面材料;水系及其附屬物，按實際形狀測繪。在進行水深內業數據處理時，先將計算機采集的數據與測深儀數字底質圖進行比較，對個別有矛盾的數據以測深儀底質圖為準，并結合波浪平滑原則進行改正，然后嚴格按時間進行水位修正。將外業自動采集的坐標數據文件、水深文件和水位文件，利用華測HydroSurvey軟件進行計算，生成可供繪圖軟件使用的格式，并采用南方CASS11.0成圖軟件編輯成電子地形圖。圖4所示為本次航測的電子地形圖，它清晰地描述了目標區域的地理地形。

4" " 結束語

本文首先介紹了無人機航測技術使用的原理及其優勢，然后對本次新建10 kV電力線路工程進行了說明，并且列出了該工程無人機航測使用的配套設備。最后對無人航測技術的科學作業流程進行了闡述，再結合工程實際，重點探討了無人機航測技術應用于實際工程的方法，為10 kV電力線路工程測量提供了一種實用高效的作業方法。

[參考文獻]

[1] 王巍，王彬，花春亮，等.無人機航測在電力勘測中的應用探討[J].測繪通報，2017（增刊1）：111-113.

[2] 戴明松，韓昀.電力工程無人機數字攝影測量標準分析[J].低碳世界，2024，14（2）：196-198.

[3] 馬立亮，吳見，梁波.無人機在電力行業的應用（續完）[J].農村電工，2024，32（1）：53-54.