無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用探討

劉瑞敏 李永剛

摘? ?要：當(dāng)前電子技術(shù)的快速發(fā)展，小型無(wú)人機(jī)在飛行品質(zhì)、續(xù)航能力等各個(gè)方面取得了非常重大的突破，成為當(dāng)前航空遙感發(fā)展過(guò)程中的重要手段，在遙感界具有非常好的應(yīng)用前景。本文重點(diǎn)對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)及其在電網(wǎng)工程建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)? 航空攝影? 輸電線路

1? 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展背景和在電網(wǎng)工程建設(shè)中應(yīng)用的意義

我國(guó)幅員遼闊，人口眾多，各電壓等級(jí)的電網(wǎng)在全國(guó)都有分布，為了符合智能電網(wǎng)建設(shè)的具體需求，需要重點(diǎn)加強(qiáng)現(xiàn)狀電網(wǎng)、擬建電網(wǎng)、在建電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行控制，形成三維的數(shù)字化管理，在此過(guò)程中需要對(duì)遙感影像進(jìn)行更新，獲取電網(wǎng)工程的遙感影像。

傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，主要針對(duì)生態(tài)環(huán)境調(diào)查、長(zhǎng)距離輸電線路以及大范圍土地資源普查。在操作的時(shí)候，具有監(jiān)測(cè)和評(píng)估的作用，需要通過(guò)高空長(zhǎng)航程的大中型飛機(jī)平臺(tái)，搭載專用的航攝儀，以機(jī)場(chǎng)為基地來(lái)進(jìn)行起降，在天氣方面具有較高的要求，實(shí)際應(yīng)用時(shí)成本也較高，機(jī)動(dòng)性差而且周期長(zhǎng)，尤其在一些工礦企業(yè)、村莊、城鎮(zhèn)等范圍進(jìn)行航測(cè)的過(guò)程中會(huì)受到較大的限制，特別是一些面積在50km2以下的長(zhǎng)度較短的現(xiàn)狀區(qū)域和面狀區(qū)域當(dāng)中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率、低成本的遙感數(shù)據(jù)獲取，而無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)人飛艇、無(wú)人機(jī)等在距離地面2000m以內(nèi)的高度范圍之內(nèi)，搭載各種傳感器和航測(cè)設(shè)備進(jìn)行飛行。低空攝影和傳統(tǒng)航空攝影相比，成本低而且快速機(jī)動(dòng)，可以在云下攝影，受到天氣因素的影響相對(duì)較小，成像時(shí)分辨率高，而且比例尺大，符合發(fā)展的具體需要。進(jìn)行低空遙感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不單單可以符合一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)獲取需要，還能夠?qū)ξ覈?guó)航空遙感體系進(jìn)行完善，進(jìn)一步改進(jìn)地理空間數(shù)據(jù)的獲取和處理能力，加快高分辨率遙感數(shù)據(jù)在各國(guó)家領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。

2? 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)組成

無(wú)人機(jī)測(cè)繪遙感系統(tǒng)主要是飛行控制系統(tǒng)、地面運(yùn)輸及保障系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、傳感器等各部分組成的。當(dāng)前我國(guó)的飛行平臺(tái)發(fā)展較為成熟，已經(jīng)出現(xiàn)了雙發(fā)型無(wú)人機(jī)、垂直尾翼型無(wú)人機(jī)等。由于無(wú)人機(jī)的載荷能力相對(duì)較弱，無(wú)法搭載一些專業(yè)的航測(cè)設(shè)備，因此搭載的主要是一些高端的單反數(shù)碼相機(jī)。無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)主要包含了姿態(tài)控制設(shè)備、氣壓計(jì)、高度計(jì)、自動(dòng)駕駛儀、GPS導(dǎo)航等。GPS是非常重要的一種技術(shù)，通過(guò)GPS導(dǎo)航對(duì)定點(diǎn)曝光技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以有效地獲取高分辨率的圖片。對(duì)地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)主要由維護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控軟件和通訊系統(tǒng)的各部分組成。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中可以有效地指導(dǎo)飛行平臺(tái)在飛行過(guò)程中的姿態(tài)，并且對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3? 無(wú)人機(jī)攝影系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)攝影系統(tǒng)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不需要機(jī)場(chǎng)進(jìn)行起降，通常只需要使用一段較為平整的公路和草地就能夠完成起降，并且可以在低空下作業(yè)，不會(huì)受到云層的干擾，獲得的影像分辨率較高可以達(dá)到0.05～0.5m之間，整個(gè)系統(tǒng)具有較高的集成度，可以在運(yùn)輸車輛當(dāng)中進(jìn)行裝載，也能夠在航空和鐵路上托運(yùn)，方便全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行操作，整體運(yùn)行過(guò)程中成本較低，而且不會(huì)消耗大量的人力對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。在實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中使用的數(shù)碼相機(jī)和傳統(tǒng)航測(cè)相機(jī)比，幅面小的多，在航測(cè)面積方面不會(huì)很大。無(wú)人機(jī)測(cè)繪遙感系統(tǒng)在運(yùn)用的過(guò)程中，可以在地面監(jiān)控站的引導(dǎo)下進(jìn)行操作。通常監(jiān)控范圍可以達(dá)到20km左右，另外飛行平臺(tái)最大滯空時(shí)間可以超過(guò)2h，為了確保能夠飛回起飛點(diǎn)，一般會(huì)預(yù)留20min的滯空時(shí)間，在實(shí)際操作過(guò)程中作業(yè)時(shí)間可以達(dá)到1.5h。

4? 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用

當(dāng)前小型航空系統(tǒng)由于成本低，響應(yīng)速度快，而且機(jī)動(dòng)靈活，逐步開(kāi)始得到廣泛的應(yīng)用，和普通航空遙感以及衛(wèi)星遙感形成共同發(fā)展的局面，特別是在電網(wǎng)重大自然災(zāi)害響應(yīng)以及輸電線路走向規(guī)劃等各方面遙感的過(guò)程中，無(wú)人航測(cè)系統(tǒng)具有不可忽視的作用。

4.1 電網(wǎng)應(yīng)急救災(zāi)

我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家，由于災(zāi)害導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)到了2000億元，災(zāi)害發(fā)生時(shí)需要進(jìn)行應(yīng)急處置，讓經(jīng)濟(jì)損失降低，在此過(guò)程中通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)以及應(yīng)急救災(zāi)能夠及時(shí)減少災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)的影響，可以快速將電網(wǎng)恢復(fù)，因此國(guó)家電網(wǎng)公司還設(shè)立了相應(yīng)的應(yīng)急救災(zāi)指揮中心，通過(guò)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量等技術(shù)來(lái)進(jìn)行電網(wǎng)的災(zāi)后檢查。

在出現(xiàn)災(zāi)害時(shí)，需要獲得災(zāi)害地區(qū)電網(wǎng)的高清晰影像，第一時(shí)間通知應(yīng)急救災(zāi)中心，而如果使用普通航飛或者衛(wèi)星拍攝等方式，無(wú)法在惡劣的條件下獲得第一手的災(zāi)區(qū)高分辨率影像，通過(guò)無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)可以獲得較為準(zhǔn)確的信息，為國(guó)家電網(wǎng)應(yīng)急指揮中心進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估和重建電網(wǎng)提供技術(shù)支持。

4.2 輸電線路走廊規(guī)劃

在大型水電站或者相關(guān)工程出線走廊規(guī)劃的過(guò)程中，通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠有效地在特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行航空攝影，整體化地對(duì)區(qū)域走廊通道進(jìn)行規(guī)劃，彌補(bǔ)視線不足受到的影響，另外還可以對(duì)各種規(guī)劃因素和環(huán)境因素進(jìn)行充分的考量，協(xié)調(diào)各工程的共同發(fā)展，通過(guò)有限的通道資源，保證區(qū)域規(guī)劃的合理性和線路走向的穩(wěn)定性。

4.3 地形圖測(cè)量

無(wú)人機(jī)航測(cè)還可以獲得一些成圖比例尺合適的高清圖像，在電網(wǎng)可行性研究設(shè)計(jì)的階段，可以通過(guò)高程控制的方式來(lái)獲得精度較高的地形圖，為后期的站點(diǎn)布設(shè)和線路走向打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以便更好地提高效率，減少勞動(dòng)量。

5? 展望

無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用具有較好的效果，在操作的過(guò)程中系統(tǒng)總體運(yùn)行成本較低，在站點(diǎn)選址、應(yīng)急搶險(xiǎn)以及出線走廊規(guī)劃等多方面應(yīng)用具有更很大的幫助，而且尤其適合在一些南方多雨區(qū)域進(jìn)行小面積航測(cè)，然而無(wú)人機(jī)也會(huì)出現(xiàn)航攝面積小、飛行時(shí)間短等缺點(diǎn)，因此一定要注意積極加強(qiáng)改進(jìn)，通過(guò)技術(shù)的革新解決出現(xiàn)的問(wèn)題，符合輸電線路斷面圖的精度發(fā)展需要。

6? 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)逐步在電力行業(yè)當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用，形成完善的作業(yè)模式和技術(shù)規(guī)劃，解決當(dāng)前航測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，與常規(guī)航空攝影互為補(bǔ)充，可以為我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)提供更大的方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 李偉.無(wú)人機(jī)航測(cè)和三維設(shè)計(jì)在輸變電工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（48）：123-134.

[2] 唐少杰.差分GPS在無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感及攝影測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2017（11）：110-111.

[3] 湯堅(jiān)，楊驥，宮煦利.面向電網(wǎng)巡檢的多旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2017（5）：67-70.