免像控航測技術在山區線路通道復查中的應用

姚 林，陳 旭

（中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，昆明 650051）

特高壓輸電線路工程跨度大、范圍廣、工程建設周期長，從施工圖設計到施工建設跨越時間較長[1]。隨著國家經濟建設的蓬勃發展，輸電線路通道情況變化速度快、數量多，這將嚴重影響輸電線路的設計可行性、工程建設周期及成本造價，需要在工程施工前對輸電線路通道現狀進行復查。傳統的線路通道現狀復查方式是多個專業的設計人員在野外對通道情況進行實地踏勘，調查線路通道的地物、地形的變化，實測對工程建設有影響的變化因素。輸電線路工程多位于山區，地形起伏大，交通情況差，實地復查技術費時費力，作業效率低，勞動強度高，安全隱患大，并且存在視覺盲區多、復查不詳盡等問題。

近年來，無人機航測技術發展迅速，軟硬件技術不斷突破，制造工藝、飛行性能、操控技術與安全指標趨于成熟。相較于傳統大飛機航測與遙感技術，無人機航測技術具有機動靈活、高效快速、操作簡便、作業成本低、分辨率高、適用范圍廣和生產周期短[2]等眾多優勢，在國民經濟建設諸多領域中應用廣泛。

文章將CW-10C 免像控無人機航測系統應用于山區輸電線路通道復查中，解決輸電線路通道現狀復查困難的問題，總結航測技術在通道復查應用中的工作流程和作業方法，探討免像控航測技術在山區線路通道現狀復查中應用的可行性。

1 CW-10C 無人機航測系統特點

CW-10C 無人機航測系統是成都縱橫公司和武漢訊圖公司聯合研發的1∶500 免像控數據獲取及處理的航測系統[3]，是國內首個免像控航測系統，其特點主要體現在以下方面。

1.1 免像控技術

CW-10C 無人機航測系統集成了CW-10C 無人機飛行平臺、后差分GPS，以及天工免像控無人機航測數據處理系統。高精度的差分GPS 提供了厘米級的定位精度，改變了傳統航空攝影測量需要大量布設地面像控點的作業方法[4]。天工免像控航測數據處理系統在免像控數據處理算法、復雜地形地貌影像匹配，以及無人機GPS 與姿態信息輔助空三解算等方面獲得關鍵性技術突破。CW-10C 無人機航測系統實現了免像控數據獲取、處理的目標，大大提高了航測的工作效率。

1.2 復合翼機型，實現垂直起降

CW-10C 無人機采用常規固定翼結合四旋翼的復合翼布局形式，結構簡單可靠，兼具固定翼無人機航時長、速度快、距離遠的優點和旋翼無人機垂直起降的便捷性[5]。CW-10C 無人機不需要起降跑道和復雜笨重的發射、回收輔助設備，大幅降低了起降場地條件的要求，解決了固定翼無人機快速、便捷起降的難題，保證山區、叢林等復雜地形和建筑物密集區域航攝工作順利實施，極大擴展了無人機的應用場景[6]。

1.3 智能實用的飛行控制

無人機航測系統通過先進的數據融合、控制與導航算法，實現無人機智能、專業、一體化的指揮與控制，保證無人機全過程自主飛行，實現垂直起降、巡航、飛行狀態轉換等過程的自主操作[5]。地面站軟件實現無人機系統與自動駕駛儀之間人機實時交互，通過合理地設置控制器參數與應急參數，嚴謹地進行飛前檢查，飛行狀況的實時監控和各項指令的實時發送，實現飛機安全自主飛行。

1.4 簡單便捷的航線設計

無人機航測系統通過高度集成化的無人機地面指揮控制軟件，實現測區航線智能規劃。根據測區形狀和成圖比例尺，設置對應的相機類型、地面分辨率、重疊度等航攝設計參數，自動生成適宜的航線路徑與設置合理的航路點飛行參數。軟件提供的高程預覽、航線高度檢驗等功能，方便檢查規劃航線的安全合理性，保證航攝工作順利實施。

2 工程應用實驗

文章以雅中-江西±800 kV 特高壓直流輸電線路工程為研究對象，開展免像控航測技術在山區輸電線路通道復查中的應用試驗。通道復查工作的主要目的是對線路設計路徑內通道現狀情況進行調查，與施工圖設計階段通道內的地物、地形情況進行對比，對新增地物進行測量統計，為后續設計方案的調整和工程造價變化量的計算提供準確的地理信息依據。

文章通過CW-10C 無人機航測系統獲取線路通道的航測資料，構建線路通道的三維模型，分析免像控航空攝影的測量精度，總結免像控技術在線路通道現狀復查應用中的技術方法和工作流程。研究內容主要包括無人機航攝、內業數據處理、航測成果制作、精度分析、通道現狀復查應用等，工作流程如圖1 所示。

圖1 航測通道復查工作流程圖

2.1 工程概況

雅中線路工程是國家實施“西電東送”戰略的重要骨干通道，對于落實“碳達峰、碳中和”工作，促進四川清潔能源基地開發，滿足中東部綠色發展需求均具有顯著的經濟、社會和環境效益[7]。文章研究區域位于云南省昭通市境內，線路路徑長度約106 km，線路路徑海拔在950～3 100 m 之間，線路通道內植被茂密，地形起伏大，交通情況差，通道現狀復查工作困難。

2.2 航線規劃與航攝實施

航攝任務按照1∶1 000 地形圖攝影測量作業技術要求進行規劃，地面分辨率為6～8 cm，設計航線的相對航高約為500 m，航向重疊度為75%，旁向重疊度為60%。航攝系統搭載索尼α7R II 數碼相機，圖像分辨率為7 952×5 304 像素。

根據輸電線路路徑走向和地形起伏的特點，航攝技術設計按照帶狀航線規劃，以提高航攝工作的效率。航線規劃設計采用CW-10C 無人機地面指揮控制軟件，沿著線路路徑走向布設3 條航線，在線路通道高程變化大和線路路徑轉彎大的地方布設不同的航攝分區，全部復查區域共規劃37 個航測分區。線路復查航攝幅寬大于400 m，相鄰航攝分區重疊范圍大于200 m，確保復查區域覆蓋整條線路通道，沒有航攝漏洞。航線規劃示例如圖2 所示，圖2 中灰色實線為線路路徑走向，白色實線為規劃航線，數字圓圈為航路點，74 號航路點為飛機起降位置。

圖2 航線規劃示例圖

山區無人機航攝工作受山區地形起伏、飛行氣象環境影響較大，容易出現各種安全、質量事故。為保證無人機飛行安全和航攝數據質量，航攝作業時充分了解了測區的地形特征，合理選取飛機的起降位置，特別注意無人機起降、轉彎及返航時的航高檢校。按照航攝技術設計要求合理設置重疊度、分辨率及相機等參數，在山頂影像的重疊度和山底影像的分辨率之間進行綜合取舍，保證航攝數據的航飛質量和影像質量滿足要求。

本次無人機航攝工作分3 d 9 個架次完成，飛行總時間約620 min。航攝時段天氣晴朗，能見度高，飛行質量良好。航攝作業共獲取3 692 張影像及對應原始數據，影像清晰、色彩鮮明，滿足內業數據處理的要求。

2.3 航測數據處理及成果制作

航測數據處理內容包括POS 數據差分解算、空中三角測量、DEM 和DOM 數據生產等。依托于CW-10C無人機航測系統的智能化處理功能，工程用時2 d 時間即完成航測數據處理及地理信息成果制作，數據處理自動化程度和生產效率較高。

POS 數據差分解算采用航測系統配套的JoPPS 后差分GPS 解算軟件，讀入基站、POS、GPS 等原始數據后，自動解算像片曝光瞬間準確的位置參數，解算速度快、精度高。

空中三角測量使用訊圖GodWork-AT 軟件，在讀入原始數據，設置合適的空三平差參數后，通過軟件的“一鍵空三”功能實現空三數據自動化處理。考慮山區地形起伏、航攝影像重疊度大小不同的特點，空三數據處理前應根據無人機飛行質檢軟件生成的檢查報告，對影像重疊度大的區域進行抽片處理，保證航攝數據的基高比滿足技術要求，從而更好保障空三平差處理的質量。空三平差結束后，需輸出平差計算結果和旋轉糾正影像，制作核線影像模型，以便在第三方軟件中進行線路通道內地形、地物信息的判讀及影響因素三維坐標的立體量測。

DEM 和DOM 數據制作使用訊圖GodWork-EOS軟件，讀入GodWork-AT 空三平差數據，自動生產DEM、DOM 數據。山區影像拍攝環境差異性大，影像之間的色彩、亮度有所不同。DOM 數據生產鑲嵌前，應選取合適的影像模板，在EOS 軟件中對原始影像進行勻光勻色處理，以便制作DOM 成果的色彩、亮度對比度適中。結合線路路徑信息，通過DEM、DOM 數據可以制作線路通道影像地形圖（圖3），方便對通道信息進行全局判讀。

圖3 線路通道影像地形圖

2.4 精度分析

為驗證CW-10C 無人機航測系統免像控作業的測量精度，本文在施工圖測量控制網的基礎上，通過GPS RTK 技術實地采集檢查點的三維坐標，測量方法按照像控點測量技術要求執行。檢查點主要布設在明顯地物的特征點上，如道路交叉口、道路標志線角點、房角點及點狀地物中心點等，每個航測分區布設2～3 個檢查點，復查區域一共測量82 個檢查點。在測圖軟件中立體量測檢查點的三維坐標，并與野外實測坐標進行對比，統計外業實測點與內業量測點的平面和高程較差，計算結果見表1。

表1 檢查點精度統計表

實驗結果表明，CW-10C 免像控無人機航測技術測量成果精度較高，平面和高程較差均可滿足1∶2 000地形圖測量精度要求，可以用于輸電線路勘測設計工作。

2.5 線路通道復查應用

在Ecan-PLStation 架空輸電線路選線設計與平斷面成圖系統中，利用線路路徑的DEM、DOM 數據制作線路通道三維模型場景。電氣、結構、地質和測量等相關專業設計人員在三維模型中對線路通道地形地貌、地物信息進行綜合判讀，并與施工圖階段設計圖紙、正射影像圖等資料進行對比，判別塔位及通道范圍內的現狀變化信息。通過多專業綜合論證，判斷通道變化對線路路徑及塔位安全的影響程度，制定設計技術調整以及投資量增加的解決方案。在Ecan-PLStation 軟件中采集新增或變化地形地物的三維坐標數據，將測量成果輸出為DWG 文件，用于完善技術方案設計和變化內容統計。

工程花費2 d 時間完成線路通道復查論證工作，本次復查工作共發現新增房屋8 戶14 間，新增水泥道路2 處，在建35 kV 高壓輸電線路1 回、10 kV 輸電線路2 回、光纜1 回，地形開挖和降雨沖刷塔位2 處。經多專業論證，通道變化對設計路徑沒有顛覆性的影響，無需進行線路路徑和桿塔位置的調整，但需要通過房屋拆遷、塔腿加固等技術措施進行處理，并增加對應處理工作的工程預算。

3 結束語

免像控無人機航測技術的發展給輸電線路勘測設計工作提供了新的技術手段，其在保證測量精度的同時，減少了像控點的布設工作量，對于山區工程具有更好的實用性。相較于全野外輸電線路通道現狀復查技術，航測復查技術在作業效率、勞動強度和經濟性上具有較大的優勢，主要體現在如下方面。

作業效率大幅度提高。對于雅中線路工程的山區通道現狀復查工作，傳統的野外復查技術需要花費20 d 以上時間；而航測復查技術可以內外業同步開展工作，從航攝作業、數據處理到通道現狀變化分析，共用了7 d，大幅度縮短了工程工期。

經濟性強。傳統的野外復查技術，需要電氣、結構、地質和測量等專業人員參與整個外業工作過程，人力資源投入數量較大；航測復查技術投入2 名航測技術人員即可完成大部分外業工作，其他專業人員只需在內業參與后期的通道現狀對比分析工作，大大降低了人力資源及配套成本。

人員勞動強度降低。傳統的野外復查技術需作業人員在野外完成所有工作，山區受地形、植被等情況影響，交通情況較差，作業人員勞動強度極高；航測復查技術采用免像控無人機航測技術，外業工作人員只需定點進行無人機航攝工作，數據處理及分析工作都在內業完成，作業人員勞動強度大大降低。

產品成果豐富。傳統的野外復查技術通過GPS 等測量設備測量坐標數據，產品形式單一；航測成果可提供豐富的影像數據和三維模型成果，為數字化設計、三維展示及成果移交提供了豐富的地理信息數據，并可方便后期的施工管理和運行維護工作。