無人機傾斜攝影測量技術在復雜電力工程勘測中的應用

徐純明 鄭建軍

【摘 ?要】近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數量也逐漸增多。在電力行業快速發展的今天，傳統測量方式在復雜環境中的適用性以及效率上逐漸暴露不足。無人機傾斜攝影測量作為一項新的測量技術正悄然改變了傳統GPS測量以及傳統航測只能單一的從垂直方向進行拍攝的限制。多平臺多角度快速采集海量數據，真實反映地物地貌，滿足人們對三維模型信息探索應用的需要，極大推進電力勘測技術的前進步伐。本文就無人機傾斜攝影測量技術在復雜電力工程勘測中的應用展開探討。

【關鍵詞】無人機;傾斜攝影;復雜條件;電力勘測

引言

無人機航空攝影測量技術，英文縮寫簡稱為UAV，它的飛行平臺是自動駕駛飛機，它的傳感器是數碼相機，相機一般具有較高的分辨率，它獲取數字影像的方式是在系統中集成應用3S技術，所獲取的數字影像具有面積小、色彩逼真、大比例尺等特征。它能夠補充常規的航空攝影測量之中的不足之處，現如今，已經非常廣泛的應用于我國各項工程之中，其中就包含了水利以及城市規劃等項目。由于無人機的優勢較多，它的機動性強、集成度高、分辨率也非常高，并且還具有成本低的優點，研究無人機在復雜電力工程勘測中的應用，尤其是在傳統測繪面臨的危險性較大的地區以及對于成圖的速率有較高的要求的項目中，都具有非常重要的意義。

1.無人機航空攝影測量技術原理及特點

無人機傾斜攝影測量技術較一般的航空攝影技術有所不同。一般的航空攝影的拍攝影像是通過拍攝正下方的事物得到影像，而傾斜攝影的拍攝影像是在相機的主光軸傾斜一定角度的情況下拍攝而來的。此技術的具體操作方法為：除了飛機下方的垂直角度外，在其前后左右的4個傾斜角度下完成5臺傳感器的搭載，分別對航向重疊度、坐標值、旁向重疊值、航速及航高、飛行航向等數據進行采集，然后進行數據分析，從而為后續工作提供強大的數據支撐。基于GNSS和地理信息等技術的合理結合，可以進一步對多種技術進行科學的融合，從而提高數據分析的精確度。通過對航空攝影技術的創新與發展，無人機傾斜攝影測量技術擴大了遙感影像的應用范圍，顛覆了以往航空攝影測量只能滿足正面角度影像采集的方式。無人機傾斜攝影測量技術的特點和優勢：（1）無人機的飛行高度相對較低，可以通過多角度相機對地面物體的頂面和側面進行多方位和高覆蓋的影像數據獲取;（2）其影像表達內容趨于多樣化和豐富化，所獲取的相鄰影像之間的旁向重疊度以及航向重疊度都較高;（3）由計算機進行影像匹配和建模，這樣高自動化的設置減少了人工干預;（4）對實體的側面紋理有較清晰的數據采集，優于傳統的只能對實體頂部紋理的獲取，傾斜攝影技術可以同時獲取側面和頂面的紋理，使實體測量更清晰;（5）綜合成本相對較低。無人機的傾斜攝影測量技術有自動化的優勢，對實地地形信息采集快捷便利，節省了時間和人力成本。

2.無人機傾斜攝影測量技術在復雜電力工程勘測中的應用

2.1工程實例

某集團控股有限公司為保證企業日益增長的用電需求，十三五規劃中提出將110kV11#燒結變升壓為220kV變電站。然而廠區內空中地面、高壓線網等各種管線縱橫交錯;廠房、煙囪、冷卻塔等建構筑物林立，通視條件差、GPS信號較差，常規測繪手段完成難度極大，為能準確詳盡地展現工程全貌，全線采用無人機傾斜攝影測量模式，構建實體高精度三維模型，真實還原線路沿線的三維場景，并在場景中路徑優選、空間距離量算、交跨距離校驗等設計工作。

2.2設計合理的航線

在通過無人機進行拍攝的時候，并非每一個項目都僅僅需要一架無人機就可以完成，在很多時候往往需要多架無人機展開相互配合，這樣才能夠有效的完成測量工作，這就需要對航線進行合理的設計，從而保證飛行距離最短，并且所用無人機數量最少，這樣可以在很大程度上起到節約成本的效果。因此，在正式應用無人機展開拍攝之前，應該對拍攝的航線進行科學合理的設計，這是非常關鍵的，只有保證航線設計的合理，才能夠保證整體測量的質量。通常情況下，當一架無人機已經很難滿足人們測量需求的時候，應該采用兩架或者多架無人機交替飛行的方式來展開測量工作，在對飛行測量線路進行規劃的時候，應該首先對項目區域內的地形進行精準的考察，這是非常關鍵的。此外，每一架無人機在正式展開飛行測量工作的時候，都應該對其飛行測量的航線進行精準規劃，并且無人機在展開飛行測量工作的時候要實現無縫對接拍攝。

2.3數據采集

本工程采用大疆M600pro無人機搭載五鏡頭相機，基于無人機管家APP規劃航線，綜合項目要求與現場條件設置相關參數，其中航向重疊率80%，旁向重疊率75%，飛行高度約120m。整個工程共作業6個架次、獲取影像4000張，及時對影像質量進行檢查，不合格區域進行補飛。

2.4三維建模

傾斜攝影測量技術改變了傳統的影像獲取模式，其利用不同角度的相機同步獲取地形地物的影像，并且批量自動提取地形地物的紋理信息，極大地提高了三維地形模型的逼真程度，這就為快速、精準地進行三維建模提供了技術支撐。

2.5精度分析

（1）整體精度分析。三維模型整體精度評價主要利用布設控制點的平面位置、高程與模型量測值對比分析。通過27例樣本分析得，模型平面誤差最大為0.16m，最小為0.02m，均方根誤差為0.08m。模型高程最大誤差為0.19m，最小為0.03m，均方根誤差為0.09m。（2）細部精度分析。本文選擇長度作為評價因子，具體方法為在smart3D軟件中量測模型的相關參數，結合高精度全站儀實地測量的真值進行對比分析。其中兩處現場（P1樣本和P6樣本），通過對10例樣本分析得到，三維模型細部長度指標的最大誤差為-0.22m，最小誤差為0.05m，均方根誤差為0.13m。

2.6像控點布設

在電力工程中，采用無人機航空攝影測量技術進行拍攝時，拍攝出來的影像數據和測量精度都必須滿足要求，拍攝時一般采用野外布置像控點的方式。像控點的選點應選擇在航攝像片上影像清晰、目標明顯的像點，實地選點時，也應考慮側視相機是否會被遮擋。為了使后期數據的分析處理更加方便快捷，提高測點的精度，保證成圖精度，應在航攝前采用刷油漆的方式提前布置像控點標志。標志可刷成“L”型或“十”型。布置成“十”型時，應在十字中心加噴直徑為5cm的圓點，以提高測點精度。

2.7案例小結

（1）分別從整體與局部角度分析三維模型精度，其中點位平面、高程以及空間距離的均方根誤差分別為0.08m、0.09m和0.13m，完全滿足1：500比例尺測圖精度。（2）基于本工程復雜的現場環境，積極采用無人機傾斜攝影測量技術極大的提高外業勘測效率。勘測成果完全可供設計人員三維設計工作。

3.結語

總之，無人機傾斜攝影測量技術在電力工程勘測中的綜合應用改變了以往只能垂直攝影的弊端，相較于傳統攝影測量技術，具有無可比擬應用特點：更可靠的成果精度;更高效率的作業水平;更少勞動強度及更低的測繪成本。

參考文獻

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