無人機(jī)在輸電線路工程中測量技術(shù)應(yīng)用研究

覃金貴

摘要：我國電網(wǎng)跨越式發(fā)展對航空攝影測量技術(shù)在輸電線路測繪領(lǐng)域的應(yīng)用提出了更高的要求。近年來無人機(jī)航空拍攝技術(shù)的進(jìn)步，越來越多測繪工作應(yīng)用無人機(jī)獲取影像數(shù)據(jù)。無人機(jī)體積小、機(jī)動靈活、生產(chǎn)效率高、綜合成本低，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)的高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢。為了服務(wù)于智能電網(wǎng)建設(shè)，有必要進(jìn)行無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用的研究。 無人機(jī)技術(shù)由于其可以攜帶各種各樣的設(shè)備和強(qiáng)勁的流動性特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于輸電線路規(guī)劃、測量、巡視、災(zāi)難應(yīng)急響應(yīng)及建設(shè)各領(lǐng)域，如電力有效提高工程基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營的效率、系統(tǒng)的維護(hù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工操作的不足。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);輸電線路;測量;應(yīng)用

引言

目前無人機(jī)攝影測量技術(shù)發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、國土資源、交通等國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。由于輸電線路一般都是遠(yuǎn)離居民聚集區(qū)域，往往沿著人跡罕至的高山密林地區(qū)布設(shè)，這就造成了工程地形條件復(fù)雜，勘測設(shè)計(jì)難度大等困難，為盡可能減少對人居的環(huán)境影響，同時為避免因征遷引起的工程造價、時間成本巨幅上升，如采用以往勘測方式，需大量砍伐通道，即不環(huán)保也不符合政府青山整治要求，非航測方式也會造成勞動強(qiáng)度大、效率低、工期滯后的影響。隨著無人機(jī)技術(shù)的日趨成熟，目前正以較高的速度變得靈活、方便、高效。本文將對無人機(jī)技術(shù)管理、應(yīng)用、測量進(jìn)行研究論述。

1 無人機(jī)概述

在電力線上使用無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：它不受地理環(huán)境和自然環(huán)境等外部因素限制。由于外面有很多電力線，一旦碰到雨、雪等自然災(zāi)害天氣時，人將無法完成一些巡視工作，而無人機(jī)可避免這些不利因素，減少檢查和傷害造成事故;無人機(jī)系統(tǒng)的光學(xué)吊艙任務(wù)可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中盡早發(fā)現(xiàn)各種隱患，因此無人機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中非常受歡迎。無人機(jī)設(shè)備的使用應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：第一，不可能完全識別各種電路問題。目前，由于技術(shù)因素等各種限制，在無人機(jī)巡邏中，無人機(jī)僅針對一些常見問題進(jìn)行快速識別，也無法實(shí)現(xiàn)對整個電力線路安全隱患的全面識別;第二，使用無人機(jī)拍照需花費(fèi)很高的精力和時間。

2 無人機(jī)在電力輸電線路應(yīng)用

2.1 輸電線路規(guī)劃

在進(jìn)行電力線路規(guī)劃時，常用的方法是通過比較各種路徑規(guī)劃，經(jīng)濟(jì)的選擇和實(shí)施方案，一般根據(jù)衛(wèi)星影像或航拍圖片來選擇線路。這兩種方法在實(shí)踐中都有局限性。衛(wèi)星圖像由于受到衛(wèi)星接收軌道和空中時間的限制，時效性較差，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時觀測，更新較慢，這往往會導(dǎo)致地形地貌圖斑的變化跟不上建設(shè)的即時變化。傳統(tǒng)大飛機(jī)飛行必須要先報批，軍事和民用航空部門對航線及工作時間有著嚴(yán)格的要求，費(fèi)時且成本高，難以實(shí)現(xiàn)以較快的速度，低成本獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。無人機(jī)就能在這方面發(fā)揮更大的效率，它的應(yīng)用與傳統(tǒng)路線規(guī)劃方法相比，體積小，費(fèi)用低，可操作性強(qiáng)，可以在天氣云層下面攝影測量，飛行高度低，可以獲得更多的分辨率航空影像和數(shù)據(jù)，可以有效地減少不良的負(fù)面影響地面實(shí)地調(diào)查環(huán)境。

2.2 輸電線路巡視

輸電線路的巡視工作也重要，特別是山區(qū)夏季和冬季，夏天樹林的成長會給供電線路造成不利因素，冬天的嚴(yán)寒會給線路帶來結(jié)冰，特別是南方大雪，給山區(qū)的鐵塔供電線路造成了很大的影響，線路的大范圍結(jié)冰，給線路的巡視造成大的困難。只有通過檢查和巡視，掌握線路的運(yùn)行情況和周圍環(huán)境的變化，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷和危害線路安全的因素，及時排除故障，防止事故發(fā)生。檢查的內(nèi)容主要包括：（1）對線路的定期檢查：主要是進(jìn)行巡線管理，看否影響線路安全的因素。（2）專線：特殊巡線主要在冰凍災(zāi)害、暴雨、泥石流、洪水等災(zāi)害發(fā)生后異常運(yùn)行等特殊情況下及時發(fā)現(xiàn)線路異常。（3）夜間巡邏：重點(diǎn)根據(jù)作業(yè)季節(jié)的特點(diǎn)、線路的健康狀況和環(huán)境特點(diǎn)的確定以便確保供電的安全。（4）平時電路故障檢查：根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，找出線路故障點(diǎn)，分析故障原因，排除故障。

2.3 輸電線路測量

在輸電線路的地形測量中，GPS和全站儀的使用對于測量線路底部的地形及附屬物體更為重要。在使用全站儀等傳統(tǒng)儀器測量時，測量范圍需要滿足通視條件，林區(qū)或較密的建筑區(qū)域內(nèi)視野受到地形的限制，無法滿足測量條件，這需要花費(fèi)大量的時間和精力。無人機(jī)航測通常低空飛行，空域申請便利，受氣候條件影響較小。對起降場地的要求限制較小，可通過一段較為平整的路面實(shí)現(xiàn)起降，在獲取航拍影像時不用考慮飛行員的飛行安全，對獲取數(shù)據(jù)時的地理空域以及氣象條件要求較低，能夠解決人工探測無法達(dá)到的地區(qū)監(jiān)測功能。升空準(zhǔn)備時間15分鐘即可、操作簡單、運(yùn)輸便利。車載系統(tǒng)可迅速到達(dá)作業(yè)區(qū)附近設(shè)站，根據(jù)任務(wù)要求每天可獲取數(shù)十至兩百平方公里的航測結(jié)果。

3 輸電線路設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)測量與無人機(jī)測量分析

3.1 傳統(tǒng)測量方式在山區(qū)等復(fù)雜環(huán)境輸電線路測量中的局限性

傳統(tǒng)的山區(qū)測量采用傳統(tǒng)的三角網(wǎng)方法、雖說現(xiàn)在GPS-RTK等先進(jìn)測量工具，技術(shù)及方法在測量工作是占據(jù)主導(dǎo)地位，有了廣泛的應(yīng)用，但由于輸電線路的特殊性，要求測量的精度、線路上各牲點(diǎn)間的要求較高，因此測量精度不能完全保證，且耗費(fèi)大量的人力物力，效率低下，由于山區(qū)地貌復(fù)雜，特別是桿塔位布點(diǎn)則需要人工腳點(diǎn)測量，效率一般;測量結(jié)果一般以散點(diǎn)的形式存在，不是很直觀。

3.2 無人機(jī)測量在輸電線路勘測設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

全國每年有大量的輸電線路工程設(shè)計(jì)，但大多數(shù)短路徑，復(fù)雜的輸電線路的設(shè)計(jì)由于時間緊，技術(shù)要求高，特別是在城市等周邊地區(qū)，要求多，安全措施多。無人機(jī)系統(tǒng)攜帶的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字彩色航攝相機(jī)等設(shè)備可快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數(shù)字影像和高精度定位數(shù)據(jù)，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀模型、三維地表模型等二維、三維可視化數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行各類環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，圖像處理后可獲得較高的3D產(chǎn)品數(shù)據(jù)、為DEM、DOM，DSM的未來智能電網(wǎng)建設(shè)地理信息數(shù)據(jù)提供詳細(xì)和豐富的數(shù)據(jù)。

4 輸電線路設(shè)計(jì)中無人機(jī)測量研究

4.1 無人機(jī)測量原始數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先，結(jié)合待測區(qū)域采集的已知控制點(diǎn)，對控制點(diǎn)進(jìn)行檢查。為后續(xù)圖像控制測量提供成果。通過對無人機(jī)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使航空攝影在屬性上保持一致，確保圖像匹配的準(zhǔn)確性和嵌入的自然過渡，為后續(xù)處理奠定基礎(chǔ)。通過相鄰圖像匹配的照片名稱，同一點(diǎn)的相鄰圖像重疊區(qū)域均勻分布，滿足重疊程度和區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算的要求，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理做好準(zhǔn)備。實(shí)現(xiàn)空三加密定向精度匹配數(shù)字表面模型，利用數(shù)字高程模型的圖像校正，正面投影拼接成結(jié)果數(shù)據(jù)。

4.2 無人機(jī)測量數(shù)據(jù)成果制作

利用無人機(jī)獲得原始數(shù)據(jù)，可以得到高精度的DOM和DSM數(shù)據(jù)，更透視圖區(qū)域地貌，結(jié)合線路特點(diǎn)、獲取輸電線路的地形條件，并結(jié)合沿線的交通、建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，進(jìn)行路徑最優(yōu)的解決方案，這樣對針對設(shè)計(jì)輸電線路進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少對生態(tài)環(huán)境和居民的影響。

結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航測系統(tǒng)運(yùn)行相對簡單，響應(yīng)速度快，應(yīng)用成本低，優(yōu)點(diǎn)突出。通過將其應(yīng)用于輸電線路的帶狀地形圖測量來縮短設(shè)計(jì)選線、定線時間。由于某些因素的影響，在應(yīng)用中不可避免地存在一定的局限性，結(jié)合傳統(tǒng)的測量方式，在輸電線路選線及維護(hù)中可以作為一種有效的測量方法。研究利用無人機(jī)航攝技術(shù)，解決零散分布、小區(qū)域、帶狀測區(qū)的航空影像，獲取需求，研究全數(shù)字航測路徑優(yōu)化技術(shù)，應(yīng)用電力線路工程，提高線路勘察設(shè)計(jì)工作效率，提升勘察設(shè)計(jì)水平，降低勞動強(qiáng)度，解決電力線路工程精細(xì)化、智能化需求。

參考文獻(xiàn)：

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