電網工程建設中無人機航測技術的應用

程建峰

(三和數碼測繪地理信息技術有限公司，甘肅 天水 741000)

智能電網能夠滿足人們的用電需求。應重視電網施工與設計，加強三維化數字管理，從電子技術角度入手，不斷更新遙感影像。傳統航測技術的航拍主要以土地資源、生態環境等為主，實際操作時需要搭載專用的航拍儀器，容易受天氣因素的影響，應用成本較高，分辨率偏低。與傳統航測技術相比，無人機航測技術的優勢更為突出，體現在操作場地便捷、分辨率較高、集成度高、成本低等方面，故而未來電網工程建設中無人機航測技術的應用將更加普遍。

1 無人機攝影測量系統的組成及特點

無人機攝影測量系統的組成包括系統硬件和配套軟件。在系統硬件中，以飛行平臺、傳感器系統、飛行控制系統和地面監控系統為主。飛行平臺類型不一，有雙發型無人機、垂直尾型無人機等。受無人機有效載荷偏輕的影響，傳感器系統通常以高端單反數碼相機為主[1]。飛行控制系統包括氣壓計、全球定位導航儀、高度計、自動駕駛儀等。其中，全球定位導航是比較關鍵的技術，其搭載了先進的定位裝備GPS和定姿裝備IMU，結合目前主流的差分技術，可以實時準確獲取無人機在空中的位置和姿態，有利于地面控制系統更好地管理無人機。配套軟件以任務規劃、質量檢查、影像處理等軟件為主。任務規劃軟件的作用是規劃航空拍攝任務[2]，目前這類規劃軟件品牌較多，有傳統的攝影方式，也有變高飛行、仿地飛行等主流的航飛作業方式。質量檢查軟件的作用是對無人機拍攝內容的質量進行檢查，要求影像滿足航測規范，主要檢查影像的重疊度、姿態、有無航拍漏洞等，由軟件自動完成，通過人機交互的方式，查看原始影像的紋理和對比度等。影像預處理軟件的作用是以正確的格式讀入影像文件，目前無人機數據處理軟件較多，每個軟件對輸入數據要求不同，通過數據預處理更改影像格式和POS坐標系統，能夠使其更好地導入軟件中。

無人機攝影測量的特點主要有：操作場地方便。無人機不需要專門的機場進行升降，只要稍微平整的草地或公路就可以。分辨率較高[3]。無人機攝影可在低空、云下攝影，可獲得分辨率較高的影像。集成度高。無人機攝影可應用在貨物托運上，也可裝載到運輸車輛中。成本低。無論是無人機系統的維護還是維修，其成本都較低[4]。使用無人機進行航空拍攝時，需要注意該系統與傳統拍攝相機相比，所攜帶的數碼相機幅面偏小，所以單架無人機的航拍面積要控制在一定范圍內，避免過大。受航拍范圍的影響，無人機航拍面積最好不要超過20 km。

2 無人機攝影測量系統的應用范圍與作業流程

2.1 應用范圍

無人機攝影測量系統可快速、高分辨率地獲取小區域內的影像，其具體應用體現在以下幾個方面：其一，應急測繪。能比較快速且高分辨率地獲取應急測繪中的影像。其二，小區域測繪[5]。能夠獲取城鎮、鄉村等小區域內的影像，保障影像的清晰度。其三，帶狀地區的選線勘測?？杉皶r獲取石油勘測、水利勘查等區域的影像，速度較快。

2.2 作業流程

無人機攝影測量系統的作業流程：其一，設計現場航線。與傳統的航攝相比，無人機航攝不需要了解地球曲率變化、地面點高程，一般是以小區域的航攝為主。只有在地形高差超過1/6或增大分辨率無效的情況下，需要設立攝影分區。其二，調試設備。在應用無人機前，要根據拍攝內容和范圍，提前調試設備[6]。具體的調試內容包括對地面監控站點的調試與控制，無人機起飛前的機身檢查，對飛機水平、滾轉、轉速及全球定位進行檢查。其三，整理數據。無人機航拍完成后，在確保所獲取影像清晰的基礎上，整理相關數據。其四，檢查質量。檢查無人機獲取的影像數量、是否發虛、命名情況等，對資料的完整性、坐點光標與實際飛行一致性等加以檢查。其五，預處理。以TIF格式保存影像后，借助預處理軟件改正畸變差，提交影像成果。其主要流程如圖1所示。

圖1 無人機影像數據獲取流程圖Fig.1 Flow chart of UAV image data acquisition

3 無人機航測技術在電網工程建設中的應用

3.1 在線路規劃與地形圖測量中的應用

無人機航測技術在電網工程建設中發揮著重要的作用。在電網工程建設中，線路規劃與地形圖測量是比較關鍵的內容。就電網工程中輸電線路走廊規劃而言，需要相對廣闊的視野，從整體上對廊道加以規劃。將無人機航測技術應用于走廊線路規劃中，能夠在特定區域內利用無人機，從比較全面的角度上對區域內的環境進行攝影，獲取相應的地域信息資料。借助無人機測量技術掌握地域信息，能夠幫助電網工程建設人員規劃區域走廊通道。借助無人機航空拍攝，能夠充分考量特定地域內的環境、規劃等相關因素，了解走廊線路規劃的特殊要求，對各個工程展開充分的協調，利用有限的通道資源，保障各區域走廊通道規劃的合理性。就地形圖測量而言，電網可行性研究設計需要有比較精準的地形圖紙，無人機航測技術可獲得比例尺相對合適的地域高清圖像。在獲得高清圖像時，主要是利用無人機的高空控制，取得特定地域內的地形圖，能夠提高電網工程線路走向、站點設置效率。

3.2 在電網應急救災中的應用

當自然災害發生時，及時啟動應急處置，能夠在一定程度上降低經濟損失。無人機航測技術在電網應急救災中具有重要作用，通常情況下，災害發生后會對電網產生巨大影響，導致電網出現故障。將無人機航測技術應用于災害環境航測中，能夠快速掌握災害環境中的電網故障情況，盡可能降低災害對電網產生的影響，最短時間內恢復電網運行。一般情況下，若采用衛星或航空拍攝等方式，可能無法及時獲取受災區域電網的高清影像，影響電網的恢復，針對無人機航測技術在電網應急救災中的應用，國家電網公司專門設置了應急救災指揮中心，利用無人機測量技術的低空遙感系統，可獲取受災區域的影像，影像分辨率相對較高，能夠為國家電網指揮中心評估災害、采取相應的處理措施提供依據。

3.3 在電力巡線中的應用

傳統的電力巡線為人工作業，這種巡線方式效率低、成本高、風險性非常高，為解決這些問題，可以采用無人機技術。近年來，無人機測繪技術發展迅速，其相機質量不斷減輕、無人機續航時間持續增加、掛載荷載種類不斷增多，使得無人機用途越來越廣。無人機主要通過以下幾種方式進行電力巡線。

通過視頻回傳技術實時回傳巡線結果。通過掛載高清攝像頭，沿著電力線方向飛行，對電力線進行航拍，并將航拍視頻實時回傳至地面站，地面站人員觀看回傳視頻，及時發現電力線中存在的問題。

通過建模還原電力線。采用傾斜攝影技術，沿著電力線進行低空多鏡頭影像數據獲取。在相機曝光時，將相機曝光點的三維坐標記錄下來，進行建模，常見的建模軟件有瞰景Smart3D、中測智繪M3D等，結合影像數據進行三維模型的生產。在得到實景三維模型數據成果后，采用人機交互方式對模型查看，主要檢查電力線方向是否存在安全隱患，如樹障問題。查看各個部位螺絲是否松動，對疑似松動的部位進行實地核查，確保螺絲螺母固定牢靠。

通過LIDAR技術獲取高精度的數字表面模型數據成果。傾斜攝影技術是對實際地物進行還原，但是由于電力線是帶狀，采用建模方式空三解算出錯率高，且樹木拉花嚴重，內業無法對其進行準確巡檢，雖然在一定程度上減少了外業工作量，但還有一定的工作需在外業完成。LIDAR技術具有全天候作業的特點，可以24 h作業，受外界干擾少。其搭載的LIDAR設備可以發射密集的激光束，這些激光束在碰到障礙物后，會沿著原路返回，結合其搭載的高精度定位裝備和定姿裝備，可以準確獲取障礙物的三維坐標，通過三維點云的形式將實際地物展現出來。這種方式較傾斜攝影來說，不存在模型拉花的問題，但是存在噪點的問題。噪點是一些干擾點，需要通過濾波等技術進行處理，剔除噪點，保留有效的三維點。通過對有效三維點的糾正和多架次拼接，可以得到完整的彩色三維點云，通過不同的顏色還原實際電力線的狀態。采用人機交互的方式對三維點云坐標進行分析，可以發現螺絲松動部位，外業根據內業的判斷直接在外業進行維護，可以有效提升電力巡線效率，降低巡線成本。

通過計算電力線距離最近障礙物的距離，如通過樹木的生長速度來估測其對電力線產生影響的最早時間，提前進行人工干預，為安全輸電提供保障。

3.4 電力線上異物處理

無人機可以掛載多種載荷，這為電力線上異物處理提供了一種方法。當電力線上有塑料袋等異物時，采用傳統人工作業方式去除異物，風險性很高，如果采用無人機搭載噴火荷載，可以精準地去除異物，效率高，風險低。無人機在空中對異物進行處理時，需要精準定位，因此對無人機作業員的要求較高。冬季，電力線上容易積雪結冰，這會增加電力損耗，為了降低電力損耗，可以使用無人機搭載噴灑裝置，沿著電力線上方對電力線進行精準撒鹽，加快電力線上積雪的融化，降低電力線損耗?？梢怨浪汶娏€最大能夠承受的積雪量，提早采取相應措施處理積雪，以防積雪過多導致電力線斷裂。

4 結語

無人機航測技術的作用日益凸顯，通過對無人機航測技術系統、特點、應用范圍及作業流程的分析，從線路規劃與地形圖測量中的應用、電網應急救災中的應用等方面入手，深入探究無人機航測技術系統在電網工程建設中的應用。與傳統的航空拍攝方式相比，無人機優勢顯著，但受技術因素的影響，無人機在空中運行過程中仍然存在姿態不穩定、飛行時間偏短、航拍面積較小等問題。無人機的作業模式和技術規定尚不成熟，要想在電網工程建設中應用無人機攝影測量技術仍需要不斷地深入研究。