無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用

徐純明 鄭建軍

【摘 ?要】近年來社會(huì)用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。在電力行業(yè)快速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)測(cè)量方式在復(fù)雜環(huán)境中的適用性以及效率上逐漸暴露不足。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量作為一項(xiàng)新的測(cè)量技術(shù)正悄然改變了傳統(tǒng)GPS測(cè)量以及傳統(tǒng)航測(cè)只能單一的從垂直方向進(jìn)行拍攝的限制。多平臺(tái)多角度快速采集海量數(shù)據(jù)，真實(shí)反映地物地貌，滿足人們對(duì)三維模型信息探索應(yīng)用的需要，極大推進(jìn)電力勘測(cè)技術(shù)的前進(jìn)步伐。本文就無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用展開探討。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī);傾斜攝影;復(fù)雜條件;電力勘測(cè)

引言

無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，英文縮寫簡(jiǎn)稱為UAV，它的飛行平臺(tái)是自動(dòng)駕駛飛機(jī)，它的傳感器是數(shù)碼相機(jī)，相機(jī)一般具有較高的分辨率，它獲取數(shù)字影像的方式是在系統(tǒng)中集成應(yīng)用3S技術(shù)，所獲取的數(shù)字影像具有面積小、色彩逼真、大比例尺等特征。它能夠補(bǔ)充常規(guī)的航空攝影測(cè)量之中的不足之處，現(xiàn)如今，已經(jīng)非常廣泛的應(yīng)用于我國(guó)各項(xiàng)工程之中，其中就包含了水利以及城市規(guī)劃等項(xiàng)目。由于無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)較多，它的機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、集成度高、分辨率也非常高，并且還具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，研究無人機(jī)在復(fù)雜電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用，尤其是在傳統(tǒng)測(cè)繪面臨的危險(xiǎn)性較大的地區(qū)以及對(duì)于成圖的速率有較高的要求的項(xiàng)目中，都具有非常重要的意義。

1.無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)原理及特點(diǎn)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)較一般的航空攝影技術(shù)有所不同。一般的航空攝影的拍攝影像是通過拍攝正下方的事物得到影像，而傾斜攝影的拍攝影像是在相機(jī)的主光軸傾斜一定角度的情況下拍攝而來的。此技術(shù)的具體操作方法為：除了飛機(jī)下方的垂直角度外，在其前后左右的4個(gè)傾斜角度下完成5臺(tái)傳感器的搭載，分別對(duì)航向重疊度、坐標(biāo)值、旁向重疊值、航速及航高、飛行航向等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而為后續(xù)工作提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。基于GNSS和地理信息等技術(shù)的合理結(jié)合，可以進(jìn)一步對(duì)多種技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的融合，從而提高數(shù)據(jù)分析的精確度。通過對(duì)航空攝影技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)擴(kuò)大了遙感影像的應(yīng)用范圍，顛覆了以往航空攝影測(cè)量只能滿足正面角度影像采集的方式。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：（1）無人機(jī)的飛行高度相對(duì)較低，可以通過多角度相機(jī)對(duì)地面物體的頂面和側(cè)面進(jìn)行多方位和高覆蓋的影像數(shù)據(jù)獲取;（2）其影像表達(dá)內(nèi)容趨于多樣化和豐富化，所獲取的相鄰影像之間的旁向重疊度以及航向重疊度都較高;（3）由計(jì)算機(jī)進(jìn)行影像匹配和建模，這樣高自動(dòng)化的設(shè)置減少了人工干預(yù);（4）對(duì)實(shí)體的側(cè)面紋理有較清晰的數(shù)據(jù)采集，優(yōu)于傳統(tǒng)的只能對(duì)實(shí)體頂部紋理的獲取，傾斜攝影技術(shù)可以同時(shí)獲取側(cè)面和頂面的紋理，使實(shí)體測(cè)量更清晰;（5）綜合成本相對(duì)較低。無人機(jī)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)有自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，對(duì)實(shí)地地形信息采集快捷便利，節(jié)省了時(shí)間和人力成本。

2.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在復(fù)雜電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用

2.1工程實(shí)例

某集團(tuán)控股有限公司為保證企業(yè)日益增長(zhǎng)的用電需求，十三五規(guī)劃中提出將110kV11#燒結(jié)變升壓為220kV變電站。然而廠區(qū)內(nèi)空中地面、高壓線網(wǎng)等各種管線縱橫交錯(cuò);廠房、煙囪、冷卻塔等建構(gòu)筑物林立，通視條件差、GPS信號(hào)較差，常規(guī)測(cè)繪手段完成難度極大，為能準(zhǔn)確詳盡地展現(xiàn)工程全貌，全線采用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量模式，構(gòu)建實(shí)體高精度三維模型，真實(shí)還原線路沿線的三維場(chǎng)景，并在場(chǎng)景中路徑優(yōu)選、空間距離量算、交跨距離校驗(yàn)等設(shè)計(jì)工作。

2.2設(shè)計(jì)合理的航線

在通過無人機(jī)進(jìn)行拍攝的時(shí)候，并非每一個(gè)項(xiàng)目都僅僅需要一架無人機(jī)就可以完成，在很多時(shí)候往往需要多架無人機(jī)展開相互配合，這樣才能夠有效的完成測(cè)量工作，這就需要對(duì)航線進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而保證飛行距離最短，并且所用無人機(jī)數(shù)量最少，這樣可以在很大程度上起到節(jié)約成本的效果。因此，在正式應(yīng)用無人機(jī)展開拍攝之前，應(yīng)該對(duì)拍攝的航線進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，這是非常關(guān)鍵的，只有保證航線設(shè)計(jì)的合理，才能夠保證整體測(cè)量的質(zhì)量。通常情況下，當(dāng)一架無人機(jī)已經(jīng)很難滿足人們測(cè)量需求的時(shí)候，應(yīng)該采用兩架或者多架無人機(jī)交替飛行的方式來展開測(cè)量工作，在對(duì)飛行測(cè)量線路進(jìn)行規(guī)劃的時(shí)候，應(yīng)該首先對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的地形進(jìn)行精準(zhǔn)的考察，這是非常關(guān)鍵的。此外，每一架無人機(jī)在正式展開飛行測(cè)量工作的時(shí)候，都應(yīng)該對(duì)其飛行測(cè)量的航線進(jìn)行精準(zhǔn)規(guī)劃，并且無人機(jī)在展開飛行測(cè)量工作的時(shí)候要實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接拍攝。

2.3數(shù)據(jù)采集

本工程采用大疆M600pro無人機(jī)搭載五鏡頭相機(jī)，基于無人機(jī)管家APP規(guī)劃航線，綜合項(xiàng)目要求與現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)置相關(guān)參數(shù)，其中航向重疊率80%，旁向重疊率75%，飛行高度約120m。整個(gè)工程共作業(yè)6個(gè)架次、獲取影像4000張，及時(shí)對(duì)影像質(zhì)量進(jìn)行檢查，不合格區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)飛。

2.4三維建模

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)改變了傳統(tǒng)的影像獲取模式，其利用不同角度的相機(jī)同步獲取地形地物的影像，并且批量自動(dòng)提取地形地物的紋理信息，極大地提高了三維地形模型的逼真程度，這就為快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行三維建模提供了技術(shù)支撐。

2.5精度分析

（1）整體精度分析。三維模型整體精度評(píng)價(jià)主要利用布設(shè)控制點(diǎn)的平面位置、高程與模型量測(cè)值對(duì)比分析。通過27例樣本分析得，模型平面誤差最大為0.16m，最小為0.02m，均方根誤差為0.08m。模型高程最大誤差為0.19m，最小為0.03m，均方根誤差為0.09m。（2）細(xì)部精度分析。本文選擇長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)因子，具體方法為在smart3D軟件中量測(cè)模型的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合高精度全站儀實(shí)地測(cè)量的真值進(jìn)行對(duì)比分析。其中兩處現(xiàn)場(chǎng)（P1樣本和P6樣本），通過對(duì)10例樣本分析得到，三維模型細(xì)部長(zhǎng)度指標(biāo)的最大誤差為-0.22m，最小誤差為0.05m，均方根誤差為0.13m。

2.6像控點(diǎn)布設(shè)

在電力工程中，采用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行拍攝時(shí)，拍攝出來的影像數(shù)據(jù)和測(cè)量精度都必須滿足要求，拍攝時(shí)一般采用野外布置像控點(diǎn)的方式。像控點(diǎn)的選點(diǎn)應(yīng)選擇在航攝像片上影像清晰、目標(biāo)明顯的像點(diǎn)，實(shí)地選點(diǎn)時(shí)，也應(yīng)考慮側(cè)視相機(jī)是否會(huì)被遮擋。為了使后期數(shù)據(jù)的分析處理更加方便快捷，提高測(cè)點(diǎn)的精度，保證成圖精度，應(yīng)在航攝前采用刷油漆的方式提前布置像控點(diǎn)標(biāo)志。標(biāo)志可刷成“L”型或“十”型。布置成“十”型時(shí)，應(yīng)在十字中心加噴直徑為5cm的圓點(diǎn)，以提高測(cè)點(diǎn)精度。

2.7案例小結(jié)

（1）分別從整體與局部角度分析三維模型精度，其中點(diǎn)位平面、高程以及空間距離的均方根誤差分別為0.08m、0.09m和0.13m，完全滿足1：500比例尺測(cè)圖精度。（2）基于本工程復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，積極采用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)極大的提高外業(yè)勘測(cè)效率。勘測(cè)成果完全可供設(shè)計(jì)人員三維設(shè)計(jì)工作。

3.結(jié)語

總之，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在電力工程勘測(cè)中的綜合應(yīng)用改變了以往只能垂直攝影的弊端，相較于傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)，具有無可比擬應(yīng)用特點(diǎn)：更可靠的成果精度;更高效率的作業(yè)水平;更少勞動(dòng)強(qiáng)度及更低的測(cè)繪成本。

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