電力行業(yè)無人機航測關鍵技術及應用探究①

魯杰 侯力楓 徐碩 王樹軍

(國網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司 河北承德 067000)

隨著社會能源需求的強勢增長，電網(wǎng)覆蓋范圍迅速擴展，變電站和輸配電線路分布廣袤、地理和氣象環(huán)境復雜多變。在電網(wǎng)的規(guī)劃、建設和運維工作中，傳統(tǒng)的以人工為主的作業(yè)模式愈發(fā)顯現(xiàn)出勞動強度大、時間周期長、作業(yè)效率低、經(jīng)濟成本高、安全性無法得到完全保障的弊端，亟待通過新的技術加以改善和解決[1]。近年來，無人機航測技術突飛猛進，給地理信息測繪技術帶來全新的變革，不僅能夠快速開展測繪作業(yè)，也能滿足不同類型作業(yè)任務的精度要求，結合信息圖形圖像技術，在數(shù)據(jù)處理方面也更加高效，并且有效降低了人工勞動強度和經(jīng)濟成本，呈快速發(fā)展態(tài)勢。

1 航測數(shù)據(jù)處理關鍵技術

1.1 航測數(shù)據(jù)影像獲取

無人機航測外業(yè)工作包括現(xiàn)場勘查、任務規(guī)劃、航線規(guī)劃、參數(shù)計算、地面控制點布設、測繪航拍等。航測數(shù)據(jù)影像獲取可通過人工規(guī)劃航線后由無人機自動飛行獲取，期間盡可能減少人工干預帶來的誤差。重點做好航線和測繪參數(shù)設置，以及測量設備的校驗，確保獲取的影像數(shù)據(jù)滿足質量要求，主要參數(shù)包括成像重疊度（航向重疊、旁向重疊）、航線彎曲度及航高差，以及鏡頭畸變矯正等。

1.2 航測影像特點

在規(guī)劃航線時，影像的重疊度一般較高，航向重疊一般在56%～75%，旁向重疊一般在30%～35%[2]。無人機在拍攝影像的同時，同步記錄影像的經(jīng)緯度坐標、飛行速度、高度和方向角等信息。由于影像相幅小，單次航測獲取的影像數(shù)量較為可觀，要獲取整個區(qū)域的全局影像，就需要進行拼接合成[3]。受設備精度和風力影響，無人機航測飛行軌跡和姿態(tài)都不能保證完全的穩(wěn)定，通過加裝增穩(wěn)云臺，能夠進一步提高成像質量。

1.2.1 圖像預處理

無人機航測一般搭載的是非量測型數(shù)碼可見光設備，其鏡頭存在著不同程度的畸變，這種畸變造成了坐標點的位移，會影響空中三角測量的精度，從而造成測繪成圖的形變，需要進行幾何矯正。幾何校正的一般方法依據(jù)其技術分類，主要包括基于地面控制點、基于地形圖或正射影像同名點匹配、基于飛行姿態(tài)參數(shù)；依據(jù)技術原理主要分為多項式糾正法和共線方程糾正法兩大類[4]。

1.2.2 空中三角測量

空中三角測量利用地面控制點數(shù)據(jù)和影像觀測數(shù)據(jù)來測定影像的方位元素，建立相應的航帶或區(qū)域模型，從而獲取加密點和平面坐標和高程。當前主要采用光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量，是以每張影像為單元，以像點坐標為原始觀測值，嚴格基于共線方程生成外方位元素和地面坐標。進行空中三角測量后就可以生成最終的測繪圖像成圖。

1.2.3 測繪圖像成圖

測繪圖像成圖包括DLG（Digital Line Graphic，數(shù)字劃線圖）、DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）和DOM（Digital Orthophoto Map，數(shù)字正射影像）等。DLG是以點、線、面形式或地圖特定圖形符號，表達地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集，具有各地理要素間的空間關系和相關的屬性信息。DEM通過地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)地形的數(shù)字化模擬，是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地形模型。DOM對影像進行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的正射影像集，同時具有地圖幾何精度和影像特征[5]。

1.2.4 三維影像重建

隨著計算機和無人機技術的發(fā)展，已經(jīng)能夠實現(xiàn)地物目標、局部區(qū)域的地形地貌的三維影像重建。主要技術包括基于影像視覺的三維重建技術和基于激光雷達的三維重建技術。影像視覺三維重建，可通過傾斜攝影影像生成三維模型，也可通過無人機拍攝的序列圖像，通過三維重建算法生成三維模型。激光雷達三維重建，是通過無人機機載雷達獲取點云數(shù)據(jù)，濾波后提取主要屬性點進行紋理貼圖生成三維模型。

2 在電力行業(yè)的應用探究

2.1 電網(wǎng)規(guī)劃和工程勘測

在電力規(guī)劃選址選線工作中，既要考慮負荷分布、又要考慮電網(wǎng)結構、還要考慮線路走徑，規(guī)劃選址選線布局的好壞，直接影響到電網(wǎng)結構是否合理，關系到電網(wǎng)建設經(jīng)濟性和電網(wǎng)運維的可靠性、安全性[6]。利用無人機航測技術，能迅速獲取目標區(qū)域的地理信息，輔助電網(wǎng)規(guī)劃方案的編制。在工程勘測設計階段，通過無人機航測快速成圖，輔助設計人員做好站址和線路路徑方案比選。

2.2 電力線路通道巡查

在電網(wǎng)的運維檢修工作中，線路走廊通道周邊隱患點眾多，在傳統(tǒng)人工模式下，為弄清各類隱患的分布情況，需要大量人工進行全線摸排，其效率低、周期長、數(shù)據(jù)更新也不及時。利用無人機航測技術，可以迅速對線路走廊通道進行巡查，所需人工少、作業(yè)便捷、獲取影像數(shù)據(jù)速度快、時間短，必要時可進行多次航測巡查，及時發(fā)現(xiàn)線路周邊的安全隱患，為運維單位制定有針對性的防外力破壞事故措施提供直觀影像依據(jù)。

2.3 電網(wǎng)數(shù)字三維重建

在電網(wǎng)的數(shù)字化三維重建工作中，通過無人機航測技術可以獲取變電站和輸配電線路的激光點云數(shù)據(jù)，從而得到地理空間三維信息，用于電網(wǎng)數(shù)字化建模，構建三維仿真模型，進一步開發(fā)電網(wǎng)的數(shù)字化三維管理信息平臺，可用于再現(xiàn)設備現(xiàn)場的真實場景，通過三維場景漫游和交互式仿真操作，完成電網(wǎng)設備臺賬管理、資產(chǎn)管理、運維巡視、安全距離測量、檢修作業(yè)輔助、生產(chǎn)培訓等工作。

3 結語

無人機航測技術在電力行業(yè)的應用已經(jīng)取得很大進展，但也提出了更高要求，相信隨著技術的迭代更新，無人機航測設備將會集成度更高、便捷性更好、易用性更佳，作業(yè)流程和影像處理將更加自動化和智能化，助力電力行業(yè)的快速發(fā)展。