輕型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用與發(fā)展

中電建新能源集團(tuán)有限公司 吳 昊 溫子明

1 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)與無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)

1.1 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)開展無(wú)人機(jī)航攝的可行性

風(fēng)能是一種清潔無(wú)公害的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電作為最環(huán)保的能源供應(yīng)方式之一，近年得到迅猛發(fā)展。隨著國(guó)家雙碳政策和千鄉(xiāng)萬(wàn)村馭風(fēng)計(jì)劃的推進(jìn)，以及未來(lái)在沙漠、荒漠、戈壁等地區(qū)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的投資將大幅增加，風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的工程建設(shè)也必定成為重點(diǎn)監(jiān)管領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電工程建設(shè)過(guò)程中，圖像、視頻記錄是工程形象進(jìn)度、安全施工監(jiān)督的常用方法，也是是工程檔案制作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備體積龐大且機(jī)位會(huì)選在海拔較高處，常規(guī)拍攝很難完全展示場(chǎng)區(qū)面貌和設(shè)備情況，此時(shí)借助無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)可較好完成相關(guān)任務(wù)。因政策和資源限制，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)一般位于遠(yuǎn)離城市和軍事設(shè)施的海洋、山地、平原、荒漠等區(qū)域，多是非管控空域，無(wú)人機(jī)在場(chǎng)區(qū)內(nèi)飛行的限制因素少，視野開拓，開展無(wú)人機(jī)航攝十分適宜。

1.2 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)對(duì)無(wú)人機(jī)的需求

由于某些風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)往往位于人跡罕至的地方，在建設(shè)前期部分地點(diǎn)道路崎嶇、車輛甚至無(wú)法通行，往往需要步行前往，因此無(wú)人機(jī)須體積小、重量輕、便于攜帶；風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)一般位于風(fēng)速大的地區(qū)，這對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)和動(dòng)力有較大影響，甚至?xí)?dǎo)致失控、墜機(jī)事故的發(fā)生，故無(wú)人機(jī)的要有較強(qiáng)抗風(fēng)性；因風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)往往配置有測(cè)風(fēng)塔、送出線路等人為障礙，無(wú)人機(jī)需有精確的避障能力。基于以上考慮，目前風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)中可選用大疆精靈系列、御系列等四軸輕型無(wú)人機(jī)開展航攝。同時(shí)考慮到飛行距離有限，可選配變焦攝像頭可擴(kuò)大拍攝距離，從而實(shí)現(xiàn)更大范圍的拍攝。

2 無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 拍攝前期準(zhǔn)備

航攝前需確認(rèn)設(shè)備的性能可靠。要提前檢查無(wú)人機(jī)電量是否充足、內(nèi)存卡容量是否充足、各個(gè)功能模塊是否正常連接可用、GPS信號(hào)是否能夠搜索到。設(shè)備性能的可靠性至關(guān)重要，如果不能滿足，輕則造成無(wú)效飛行，嚴(yán)重可能導(dǎo)致事故發(fā)生；航攝前需做好飛行計(jì)劃。編制飛行計(jì)劃需對(duì)即將飛行的區(qū)域有非常深入的研究，尤其是要規(guī)避法律法規(guī)中的管控空域。一般飛行計(jì)劃主要分為兩個(gè)方面：

飛行路徑的規(guī)劃。由于無(wú)人機(jī)的航程和遙控距離固定，而風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)需航攝范圍往往較大，飛行路線會(huì)超出無(wú)人機(jī)的有效航程，因此需提前研究地圖，規(guī)劃最優(yōu)的飛行路徑。規(guī)劃山地風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)飛行路徑時(shí)，還需考慮到海拔高度的變化，此時(shí)應(yīng)參考3D地圖、地形勘測(cè)圖等能顯示海拔高差的地圖。對(duì)于部分交通不便、有茂密林木覆蓋的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，提前通過(guò)衛(wèi)星地圖、甚至提前赴實(shí)地踏勘以規(guī)劃好起飛地點(diǎn)也尤為重要。同時(shí)，飛行路徑的方向也需考慮光照方向，盡量將航拍飛行的朝向順著陽(yáng)光方向，以便獲得更好的航拍效果。

飛行模式的確定。根據(jù)無(wú)人機(jī)廠家的軟件設(shè)定，常用的飛行模式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)飛行模式需駕駛員全程通過(guò)攝像頭和傳感器傳回來(lái)的圖像、方位數(shù)據(jù)操控?zé)o人機(jī)飛行，自動(dòng)飛行模式則是提前將即將飛行的途徑點(diǎn)坐標(biāo)、高度、無(wú)人機(jī)的動(dòng)作等參數(shù)設(shè)置到軟件后無(wú)人機(jī)自動(dòng)執(zhí)行飛行任務(wù)。手動(dòng)飛行模式適用于地形復(fù)雜、拍攝難度大、有飛行參照點(diǎn)的飛行任務(wù)，優(yōu)點(diǎn)是所見即可拍，過(guò)程中方便調(diào)整航向與鏡頭動(dòng)作；缺點(diǎn)是拍攝的精準(zhǔn)度較差，無(wú)法在有遙控信號(hào)阻擋的地方拍攝。自動(dòng)飛行模式適用于地面無(wú)參照物輔助飛行、飛行難度低、拍攝精度高、遙控信號(hào)易受阻擋的飛行任務(wù)，缺點(diǎn)是對(duì)飛行計(jì)劃的要求高、飛行過(guò)程中不易調(diào)整路線和姿態(tài)。

飛行路徑和飛行模式的確定沒(méi)有先后關(guān)系，在飛行路徑制定后，就必須研究并確定飛行模式，同時(shí)確定好飛行模式后也需進(jìn)一步對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn)行深入完善。航攝前需掌握飛行區(qū)域的天氣情況。市場(chǎng)常見的輕型無(wú)人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)對(duì)天氣有極為嚴(yán)格的要求，陰雨大霧天氣對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行及拍攝均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此宜選擇持續(xù)天氣晴朗的時(shí)候開展航拍任務(wù)。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)往往處于風(fēng)資源較好的區(qū)域，無(wú)人機(jī)執(zhí)行航拍任務(wù)時(shí)也得密切關(guān)注風(fēng)速風(fēng)向變化，風(fēng)速過(guò)大時(shí)不宜開展航攝，對(duì)于陣風(fēng)天氣盡量站在下風(fēng)方向無(wú)障礙物的地方，以免風(fēng)速突變導(dǎo)致無(wú)人機(jī)無(wú)法返航后信號(hào)丟失。

表1 御MAVIC2輕型無(wú)人機(jī)部分參數(shù)

2.2 主要應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)各階段的特點(diǎn)，輕型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在不同階段均有不同的作用和模式。

建設(shè)前期。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)前期開展無(wú)人機(jī)航攝，能很完整的記錄建設(shè)前機(jī)位、道路及場(chǎng)區(qū)內(nèi)的各種信息，便于開展微觀選址、初步設(shè)計(jì)、道路方案設(shè)計(jì)等工作。在開工建設(shè)前航攝，需初步判斷機(jī)位和升壓站的位置：山地風(fēng)電場(chǎng)可通過(guò)地形變化去判斷待拍攝點(diǎn)位置；平原風(fēng)電場(chǎng)可通過(guò)附近的道路、村落大概判斷拍攝點(diǎn)的位置；海上、草原、荒漠則很難找到參照物，因此建設(shè)前期大多使用自動(dòng)飛行模式，通過(guò)輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)在地圖上規(guī)劃飛行路線，提前對(duì)鏡頭動(dòng)作進(jìn)行編程，然后讓無(wú)人機(jī)自動(dòng)完成拍攝任務(wù)。建設(shè)前期的航拍資料收集存檔可記錄施工前區(qū)域內(nèi)的農(nóng)田、樹木、建筑、墓地等情況，有助于規(guī)避建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)、厘清責(zé)任，能夠更加清晰、全面的反應(yīng)項(xiàng)目建設(shè)前后的對(duì)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)區(qū)域自然環(huán)境、水土保持情況的影響。

建設(shè)期間。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)期間開展無(wú)人機(jī)航攝能記錄整個(gè)在建過(guò)程中工程進(jìn)度情況。由于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程區(qū)域大、施工面多、海拔落差大，地面拍攝往往只能反映工程的一個(gè)局部，無(wú)法展現(xiàn)整體的形象進(jìn)度，不利于過(guò)程把控。通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)可全面的拍攝到場(chǎng)區(qū)內(nèi)各個(gè)施工面的情況，施工人數(shù)、設(shè)備數(shù)量、施工面積、環(huán)水保措施一目了然，可作為工程日志的補(bǔ)充材料，避免后續(xù)出現(xiàn)工程糾紛。另一方面，建設(shè)期間如有阻工事件發(fā)生，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)拍攝記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，既能保證拍攝人員安全、又能起到一定威懾作用。建設(shè)期間航攝一般采用手動(dòng)飛行模式，由于有參照物，可針對(duì)性的選擇好拍攝角度和取景范圍，以便更好地展示形象進(jìn)度。也可采用自動(dòng)飛行模式，設(shè)定好固定的飛行路徑和拍攝動(dòng)作定期拍攝，后期再將圖像制作成視頻，以展現(xiàn)整個(gè)建設(shè)過(guò)程。

工程竣工。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目竣工后開展無(wú)人機(jī)航攝可展現(xiàn)整個(gè)工程的效果，既可作為竣工驗(yàn)收的一個(gè)依據(jù)，又可成為對(duì)外宣傳的一個(gè)名片?？⒐ず笠瞬捎檬謩?dòng)拍攝模式，有針對(duì)性的對(duì)要宣傳的對(duì)象進(jìn)行拍攝，但要注意規(guī)避已建成的風(fēng)機(jī)、輸電線路等高空障礙物，以免發(fā)生意外。

2.3 后期制作

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電工程航攝成果的處理是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)也極為費(fèi)時(shí)的工作。對(duì)于航攝的照片，應(yīng)按照拍攝日期、地點(diǎn)、施工部位和施工方式的不同命名后存檔，以便后期查閱。對(duì)于航攝的視頻可根據(jù)需要進(jìn)行裁剪拼接，利用視頻剪輯軟件增加簡(jiǎn)單的文字、圖片說(shuō)明，甚至使用專業(yè)動(dòng)畫軟件進(jìn)行動(dòng)畫制作，增加要素，以達(dá)到想要的展示效果。

3 無(wú)人機(jī)在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程使用的展望

目前市場(chǎng)上的消費(fèi)級(jí)輕型無(wú)人機(jī)性能已基本能滿足風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程建設(shè)期間航攝需求，但在某些方面還是存在著不足。著眼未來(lái)主要有如下幾個(gè)方向可進(jìn)一步提高無(wú)人機(jī)的性能：

輕便性。由于風(fēng)力發(fā)電工程野外作業(yè)時(shí)間較多，車輛甚至都無(wú)法直達(dá)，未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)期間航攝使用的輕型無(wú)人機(jī)應(yīng)朝著體積更小、重量更輕的方向發(fā)展，方便使用者背著無(wú)人機(jī)翻山越嶺。且隨著電池儲(chǔ)能能力的提高，更輕便的無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)，可執(zhí)行更長(zhǎng)距離的飛行任務(wù)，減少起降頻次，具備更高的工作效率。

適應(yīng)性。防水、防風(fēng)、防干擾、防鹽霧一直是無(wú)人機(jī)在野外飛行的幾個(gè)短板，未來(lái)無(wú)人機(jī)應(yīng)具備更強(qiáng)的適應(yīng)性，不再受制于天氣和信號(hào)因素的影響，具備全地形全氣候航攝能力，確保工程建設(shè)中隨時(shí)能夠開展航攝工作；智能性。未來(lái)人工智能技術(shù)不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)作為高度智能化的電子設(shè)備，必將具備一定的判斷和決策能力，不再依賴人工繁雜的設(shè)置和操作，而是自動(dòng)編制飛行計(jì)劃、自動(dòng)執(zhí)行航攝任務(wù)。