輕型無人機航攝技術在風力發電場工程建設中的應用與發展

中電建新能源集團有限公司 吳 昊 溫子明

1 風力發電場工程建設與無人機航攝技術

1.1 風力發電場工程建設開展無人機航攝的可行性

風能是一種清潔無公害的可再生能源，風力發電作為最環保的能源供應方式之一，近年得到迅猛發展。隨著國家雙碳政策和千鄉萬村馭風計劃的推進，以及未來在沙漠、荒漠、戈壁等地區風力發電項目的投資將大幅增加，風力發電項目的工程建設也必定成為重點監管領域。風力發電工程建設過程中，圖像、視頻記錄是工程形象進度、安全施工監督的常用方法，也是是工程檔案制作的一個重要環節。由于風力發電設備體積龐大且機位會選在海拔較高處，常規拍攝很難完全展示場區面貌和設備情況，此時借助無人機航攝技術可較好完成相關任務。因政策和資源限制，風力發電場一般位于遠離城市和軍事設施的海洋、山地、平原、荒漠等區域，多是非管控空域，無人機在場區內飛行的限制因素少，視野開拓，開展無人機航攝十分適宜。

1.2 風力發電場工程建設對無人機的需求

由于某些風力發電場往往位于人跡罕至的地方，在建設前期部分地點道路崎嶇、車輛甚至無法通行，往往需要步行前往，因此無人機須體積小、重量輕、便于攜帶；風力發電場一般位于風速大的地區，這對無人機的飛行姿態和動力有較大影響，甚至會導致失控、墜機事故的發生，故無人機的要有較強抗風性；因風力發電場場內往往配置有測風塔、送出線路等人為障礙，無人機需有精確的避障能力?；谝陨峡紤]，目前風力發電場工程建設中可選用大疆精靈系列、御系列等四軸輕型無人機開展航攝。同時考慮到飛行距離有限，可選配變焦攝像頭可擴大拍攝距離，從而實現更大范圍的拍攝。

2 無人機航攝技術在風電場工程建設中的應用

2.1 拍攝前期準備

航攝前需確認設備的性能可靠。要提前檢查無人機電量是否充足、內存卡容量是否充足、各個功能模塊是否正常連接可用、GPS信號是否能夠搜索到。設備性能的可靠性至關重要，如果不能滿足，輕則造成無效飛行，嚴重可能導致事故發生；航攝前需做好飛行計劃。編制飛行計劃需對即將飛行的區域有非常深入的研究，尤其是要規避法律法規中的管控空域。一般飛行計劃主要分為兩個方面：

飛行路徑的規劃。由于無人機的航程和遙控距離固定，而風力發電場需航攝范圍往往較大，飛行路線會超出無人機的有效航程，因此需提前研究地圖，規劃最優的飛行路徑。規劃山地風力發電場飛行路徑時，還需考慮到海拔高度的變化，此時應參考3D地圖、地形勘測圖等能顯示海拔高差的地圖。對于部分交通不便、有茂密林木覆蓋的風力發電場，提前通過衛星地圖、甚至提前赴實地踏勘以規劃好起飛地點也尤為重要。同時，飛行路徑的方向也需考慮光照方向，盡量將航拍飛行的朝向順著陽光方向，以便獲得更好的航拍效果。

飛行模式的確定。根據無人機廠家的軟件設定，常用的飛行模式分為手動和自動兩種。手動飛行模式需駕駛員全程通過攝像頭和傳感器傳回來的圖像、方位數據操控無人機飛行，自動飛行模式則是提前將即將飛行的途徑點坐標、高度、無人機的動作等參數設置到軟件后無人機自動執行飛行任務。手動飛行模式適用于地形復雜、拍攝難度大、有飛行參照點的飛行任務，優點是所見即可拍，過程中方便調整航向與鏡頭動作；缺點是拍攝的精準度較差，無法在有遙控信號阻擋的地方拍攝。自動飛行模式適用于地面無參照物輔助飛行、飛行難度低、拍攝精度高、遙控信號易受阻擋的飛行任務，缺點是對飛行計劃的要求高、飛行過程中不易調整路線和姿態。

飛行路徑和飛行模式的確定沒有先后關系，在飛行路徑制定后，就必須研究并確定飛行模式，同時確定好飛行模式后也需進一步對飛行計劃進行深入完善。航攝前需掌握飛行區域的天氣情況。市場常見的輕型無人機執行飛行任務對天氣有極為嚴格的要求，陰雨大霧天氣對無人機的飛行及拍攝均會產生嚴重影響，因此宜選擇持續天氣晴朗的時候開展航拍任務。風力發電場往往處于風資源較好的區域，無人機執行航拍任務時也得密切關注風速風向變化，風速過大時不宜開展航攝，對于陣風天氣盡量站在下風方向無障礙物的地方，以免風速突變導致無人機無法返航后信號丟失。

表1 御MAVIC2輕型無人機部分參數

2.2 主要應用場景

根據風力發電場工程建設各階段的特點，輕型無人機航攝技術在不同階段均有不同的作用和模式。

建設前期。風力發電場項目建設前期開展無人機航攝，能很完整的記錄建設前機位、道路及場區內的各種信息，便于開展微觀選址、初步設計、道路方案設計等工作。在開工建設前航攝，需初步判斷機位和升壓站的位置：山地風電場可通過地形變化去判斷待拍攝點位置；平原風電場可通過附近的道路、村落大概判斷拍攝點的位置；海上、草原、荒漠則很難找到參照物，因此建設前期大多使用自動飛行模式，通過輸入經緯度坐標在地圖上規劃飛行路線，提前對鏡頭動作進行編程，然后讓無人機自動完成拍攝任務。建設前期的航拍資料收集存檔可記錄施工前區域內的農田、樹木、建筑、墓地等情況，有助于規避建設風險、厘清責任，能夠更加清晰、全面的反應項目建設前后的對風力發電場區域自然環境、水土保持情況的影響。

建設期間。風力發電場項目建設期間開展無人機航攝能記錄整個在建過程中工程進度情況。由于風力發電場工程區域大、施工面多、海拔落差大，地面拍攝往往只能反映工程的一個局部，無法展現整體的形象進度，不利于過程把控。通過無人機航攝技術可全面的拍攝到場區內各個施工面的情況，施工人數、設備數量、施工面積、環水保措施一目了然，可作為工程日志的補充材料，避免后續出現工程糾紛。另一方面，建設期間如有阻工事件發生，通過無人機航攝技術拍攝記錄現場情況，既能保證拍攝人員安全、又能起到一定威懾作用。建設期間航攝一般采用手動飛行模式，由于有參照物，可針對性的選擇好拍攝角度和取景范圍，以便更好地展示形象進度。也可采用自動飛行模式，設定好固定的飛行路徑和拍攝動作定期拍攝，后期再將圖像制作成視頻，以展現整個建設過程。

工程竣工。風力發電場項目竣工后開展無人機航攝可展現整個工程的效果，既可作為竣工驗收的一個依據，又可成為對外宣傳的一個名片?？⒐ず笠瞬捎檬謩优臄z模式，有針對性的對要宣傳的對象進行拍攝，但要注意規避已建成的風機、輸電線路等高空障礙物，以免發生意外。

2.3 后期制作

對于風力發電工程航攝成果的處理是一個專業性很強也極為費時的工作。對于航攝的照片，應按照拍攝日期、地點、施工部位和施工方式的不同命名后存檔，以便后期查閱。對于航攝的視頻可根據需要進行裁剪拼接，利用視頻剪輯軟件增加簡單的文字、圖片說明，甚至使用專業動畫軟件進行動畫制作，增加要素，以達到想要的展示效果。

3 無人機在風力發電場工程使用的展望

目前市場上的消費級輕型無人機性能已基本能滿足風力發電場工程建設期間航攝需求，但在某些方面還是存在著不足。著眼未來主要有如下幾個方向可進一步提高無人機的性能：

輕便性。由于風力發電工程野外作業時間較多，車輛甚至都無法直達，未來風電場工程建設期間航攝使用的輕型無人機應朝著體積更小、重量更輕的方向發展，方便使用者背著無人機翻山越嶺。且隨著電池儲能能力的提高，更輕便的無人機續航時間更長，可執行更長距離的飛行任務，減少起降頻次，具備更高的工作效率。

適應性。防水、防風、防干擾、防鹽霧一直是無人機在野外飛行的幾個短板，未來無人機應具備更強的適應性，不再受制于天氣和信號因素的影響，具備全地形全氣候航攝能力，確保工程建設中隨時能夠開展航攝工作；智能性。未來人工智能技術不斷進步，無人機作為高度智能化的電子設備，必將具備一定的判斷和決策能力，不再依賴人工繁雜的設置和操作，而是自動編制飛行計劃、自動執行航攝任務。