無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)量系統(tǒng)建設(shè)方案研究

陳 蕾

(北京富地勘察測(cè)繪有限公司，北京 100023)

0 引言

隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)在硬件、軟件方面都有了非常大的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)航測(cè)具有成本低廉，靈活性高的特點(diǎn)在電力勘測(cè)工程中逐步開(kāi)始應(yīng)用，文章對(duì)無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)量系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行了論述，并討論了其用于送電線路勘測(cè)路徑優(yōu)化的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)主要包括無(wú)人機(jī)飛行模塊、高分辨率數(shù)據(jù)傳輸模塊、GPS定位與自動(dòng)飛行模塊及后期影像數(shù)據(jù)處理模塊等四個(gè)部分，同時(shí)便于無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸及操控還包括相應(yīng)的運(yùn)輸和操控設(shè)備[1]。

圖1是無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成圖。

主要應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)包括：

1)及時(shí)快速的作業(yè)能力。

在較低的空域飛行工作，空域申請(qǐng)比較便利，天氣條件的限制較低。飛行平臺(tái)無(wú)需復(fù)雜準(zhǔn)備，操作簡(jiǎn)單，方便運(yùn)輸，車載平臺(tái)能快速抵達(dá)工作區(qū)域，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可進(jìn)行超低云下飛行工作。

2)可獲取超高分辨率的影像和高精度的定位數(shù)據(jù)。

3)運(yùn)營(yíng)成本較低，系統(tǒng)平臺(tái)維護(hù)便利。

系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)費(fèi)用低，維護(hù)成本、運(yùn)營(yíng)成本和操控手的培訓(xùn)成本遠(yuǎn)低于載人飛機(jī)系統(tǒng)。

1.1 無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)平臺(tái)

無(wú)人機(jī)類型多種多樣，可根據(jù)業(yè)務(wù)要求購(gòu)置。

1.2 飛行控制系統(tǒng)

系統(tǒng)應(yīng)包含：機(jī)載飛控、地面站、通訊設(shè)備。并能利用數(shù)據(jù)采集加速度計(jì)、陀螺定向儀和全球衛(wèi)星定位等定位信號(hào)，通過(guò)軟件定位算法解算出無(wú)人機(jī)在飛行工作中的空間高度、空間位置、空間速度、俯仰角、偏滾角、航偏角等數(shù)據(jù)，以及地面接收控制平臺(tái)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行工作飛行控制，使無(wú)人機(jī)按照工作路線進(jìn)行飛行，使其具有自適應(yīng)飛行能力。

1)自我控制能力。

由于天氣條件不能人為改變，這就對(duì)無(wú)人機(jī)的智能操控有很高的要求，無(wú)人機(jī)智能操控中心能計(jì)算飛行中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，控制無(wú)人機(jī)在飛行中的穩(wěn)定姿態(tài)，保證無(wú)人機(jī)的順利穩(wěn)定飛行。

2)自我導(dǎo)航能力。

無(wú)人機(jī)在空中飛行時(shí)，在保證無(wú)人機(jī)飛行模式安全的情況下，還要保證無(wú)人機(jī)按照工作的飛行路線進(jìn)行飛行，無(wú)人機(jī)根據(jù)自身導(dǎo)航定位芯片，根據(jù)事前輸入的飛行位置數(shù)據(jù)，保證飛行任務(wù)的順利執(zhí)行。

3)狀態(tài)監(jiān)控與測(cè)控接口。

無(wú)人機(jī)控制平臺(tái)作為無(wú)人機(jī)飛行工作的核心，實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行中無(wú)人機(jī)的整個(gè)姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口與地面控制平臺(tái)進(jìn)行飛行指令與數(shù)據(jù)交換，保障無(wú)人機(jī)飛行安全。

1.3 地面控制平臺(tái)系統(tǒng)

地面控制平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)具有智能性、易操作性、安全性。在飛行前制定飛行工作線路路徑，飛行過(guò)程中將整個(gè)飛行中的飛行線路圖、飛行狀態(tài)、飛行的姿態(tài)等參數(shù)在平臺(tái)顯示出來(lái)，飛行中所有顯示的參數(shù)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)下載并記錄。工作人員可按照任務(wù)要求實(shí)時(shí)對(duì)飛行路線及飛行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證飛行安全。

1.4 航拍攝像系統(tǒng)

主要是搭載相機(jī)。

1.5 影像處理軟件

影像處理軟件應(yīng)滿足圖2數(shù)據(jù)處理加工流程[2]。

2 無(wú)人機(jī)低空航攝測(cè)量系統(tǒng)在送電線路勘測(cè)中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量作為一種新型空間數(shù)據(jù)獲取方式，具有操作靈活多樣、成本低、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于多個(gè)工作方面。

目前在架空送電線路的路徑選擇方面，一般利用1∶10 000小比例尺地形圖，由于地形圖信息陳舊，很難選出跨房少，地質(zhì)條件好、路徑短的方案來(lái)，而通過(guò)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)獲取的正射影像，線路路徑的選取具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)[3]：

1)通過(guò)航空攝影測(cè)量技術(shù)獲取的最新線路走廊地面信息，內(nèi)業(yè)人員能直接在像片上優(yōu)化線路路徑鳥(niǎo)瞰路徑全貌；

2)在地物判斷、地貌判讀的基礎(chǔ)上在像片正射影像圖上標(biāo)注、繪制影響線路的主要元素，以便線路避開(kāi)險(xiǎn)惡地形和不良地質(zhì)區(qū)域；

3)提高選線質(zhì)量，有效減少耕地占用、房屋拆遷、樹(shù)林砍伐及經(jīng)濟(jì)作物損失；

4)充分考慮環(huán)境保護(hù)，盡量避開(kāi)自然保護(hù)區(qū)，使工程建設(shè)對(duì)保護(hù)區(qū)的影響最??；

5)可以任意調(diào)整線路走向，選取多路徑方案進(jìn)行比較，獲取最優(yōu)路徑，方便施工、運(yùn)行，節(jié)省線路投資。

本系統(tǒng)以無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)為依托，利用高分辨圖像傳感器系統(tǒng)及地面控制平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動(dòng)拍攝和獲取，同時(shí)實(shí)現(xiàn)飛行路線的規(guī)劃和監(jiān)控、飛行信息數(shù)據(jù)的壓縮和自動(dòng)傳輸，通過(guò)影像處理獲取正射影像，可滿足送電線路路徑優(yōu)化的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊永平,段學(xué)云,段德磊,等.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用實(shí)踐[J].城市勘測(cè),2013(1):29-32.

[2] 狄桂栓，沈彪群，高 波，等．免像控?zé)o人機(jī)航攝系統(tǒng)在公路帶狀地形測(cè)量中的應(yīng)用與精度分析[J]．測(cè)繪通報(bào)，2017(2)：159-160.

[3] 李亞男，涂道勇，王 駿，等．無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)在電力線路工程中的應(yīng)用[J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2010(5)：34-37．