無人機傾斜攝影測量技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用

張藝凡

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030619）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，在電力工程中無人機傾斜攝影測量技術(shù)逐漸替代傳統(tǒng)的測量技術(shù)。無人機測量技術(shù)能優(yōu)化測量步驟和測量精度，并且便于測量人員開展具體作業(yè)內(nèi)容，減少作業(yè)的難度，為電力系統(tǒng)開展實時性工作提供支持。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

在傳統(tǒng)的攝影體系中，僅僅能實現(xiàn)垂直角度的拍攝工作，而傾斜攝影處理方式能借助同一平臺搭載不同的傳感器，并能從垂直、側(cè)視等多角度完成影像的采集處理，這就從根本上彌補了傳統(tǒng)航空攝像的局限性。而對應(yīng)的無人機傾斜攝影測量技術(shù)要將無人機作為基礎(chǔ)飛行平臺，配合傾斜攝影相機，完成航空影像的獲取工作，保證攝像的綜合效果[1]。

無人機傾斜攝影不僅能實現(xiàn)飛機下方垂直角度的攝像處理，還能對航向重疊度、坐標值和旁向重疊值、飛行航向等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)予以實時性采集管理，然后匹配對應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模塊，在分析相關(guān)內(nèi)容后，就能為后續(xù)工作提供較為合理且規(guī)范的數(shù)據(jù)支撐。在無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用過程中，要將GNSS技術(shù)和地理信息技術(shù)作為核心處理技術(shù)內(nèi)容，確保多元技術(shù)的科學(xué)化融合，為數(shù)據(jù)管理和后續(xù)工作任務(wù)分析提供支持。

1.2 特點和優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的航攝處理，無人機傾斜攝影測量技術(shù)無論是價格優(yōu)勢還是應(yīng)用效果都更加突出，并且對飛行氣候條件的要求較低，在數(shù)字縣域、城鎮(zhèn)等方面都能發(fā)揮實際作用。一方面，無人機本身的飛行高度較低，能借助多角度相機完成地面物體頂面和側(cè)面的高覆蓋數(shù)據(jù)匯總，并且實現(xiàn)全要素細節(jié)展示。并且，攝影表達內(nèi)容較為多樣，因此，獲取的相鄰影像之間旁向重疊內(nèi)容和航向重疊度都較高。另一方面，無人機傾斜攝影測量技術(shù)借助計算機進行影像信息的處理，就能完成實時性匹配和建?？刂?，從而滿足自動化應(yīng)用控制要求，整體技術(shù)應(yīng)用時效性較強，并且及時減少人工干預(yù)問題。最關(guān)鍵的是，無人機傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)用控制體系中，能建立更加合理的共享控制模式，結(jié)合豐富的測量功能提升應(yīng)用效果[2]。除此之外，無人機傾斜攝影測量技術(shù)還能有效實現(xiàn)側(cè)面紋理數(shù)據(jù)的采集管理，相較于傳統(tǒng)控制技術(shù)模式，其紋理參數(shù)、數(shù)據(jù)內(nèi)容采集方面更加具有優(yōu)勢。

2 無人機傾斜攝影測量技術(shù)系統(tǒng)組成

無人機傾斜攝影測量技術(shù)主要組成部分是無人機、傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)碼攝影器材。

（1）無人機。目前國內(nèi)較為常見的無人機主要包括數(shù)維翔圖-DM-150W重載型無人機、DM-830八旋翼無人機、上海航遙-ARC524/ARC336/ARC536、DJI-六旋翼無人機等[3]。

（2）傳感器。較為常見的傳感器見表1。

表1 傳感器具體技術(shù)特點

（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前較為常見的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括以下二類：①Smart3D，單節(jié)點處理效率能達到0.5km2，實現(xiàn)實景三維處理效果，若是要進行GIS展示則需進行格式轉(zhuǎn)換[4]。②Photomesh，單節(jié)點處理效率能達到0.5km2，實現(xiàn)實景三維、DEM/DOM、單體化模型等處理效果，若是要進行GIS展示無需格式轉(zhuǎn)換。

（4）數(shù)碼攝影器材。一般選取的是佳能相機，主要是因為相機自身的畸變數(shù)值較為合理，配合圖像處理系統(tǒng)就能有效提升技術(shù)處理效果和應(yīng)用水平，保證無人機傾斜攝影測量技術(shù)能發(fā)揮其實際優(yōu)勢[5]。

3 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用

將無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用在電力工程行業(yè)中，要充分結(jié)合電力工程的運行模式和要求，整合技術(shù)內(nèi)容，匹配相應(yīng)的技術(shù)處理設(shè)備，從而維持整體技術(shù)控制的效果，為電力工程可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

3.1 地形測繪

在電力工程綜合管線管理控制工作中，為了保證實時性信息和數(shù)據(jù)的匯總管理，要匹配相應(yīng)的攝影技術(shù)方案。近幾年，無人機傾斜攝影測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用在地形測繪工作中，進行三維地形構(gòu)建分析，有效獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)匯總的便捷高效性，極大程度上減少作業(yè)人員的工作難度、工作強度，保證作業(yè)成本滿足經(jīng)濟性要求。還能依據(jù)獲取的數(shù)據(jù)快速了解地形信息，以確保后續(xù)電力工程設(shè)施管理和控制的及時性。

3.2 三維建模

相較于傳統(tǒng)的影像獲取處理模式，無人機傾斜攝影測量技術(shù)能借助不同的角度相機完成地形地物影像的實時性匯總管理，并且建立批量自動提取信息處理模式，這大大提高了三維地形模型繪制和數(shù)據(jù)信息分析的水平，以保證電力工程作業(yè)人員能依據(jù)繪制的三維建模內(nèi)容開展相關(guān)工作，提高工作效率[6]。除此之外，配合無人機傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)三維建模，還能為后續(xù)養(yǎng)護維護工作提供保障，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，為區(qū)域性電力工程管理控制提供保障。

3.3 工程規(guī)劃

伴隨著電力工程的不斷發(fā)展和進步，擴展電力工程業(yè)務(wù)范圍成為了階段性工作重點，傳統(tǒng)的工程管理方案需要投入大量的人力物力進行現(xiàn)場考察和分析，建立信息數(shù)據(jù)對比分析體系。而在無人機傾斜攝影測量技術(shù)支持下，依據(jù)三維模型就能更便捷地完成電力工程規(guī)劃設(shè)計工作，依靠數(shù)據(jù)庫完成信息的對比分析，搭建更加便捷且靈活的信息控制管理平臺，保證電力輸電線路工程路徑分析方案和塔位選擇等內(nèi)容都能得到落實，不僅能減少資源投入，還能提升精準度，提高綜合工程規(guī)劃管理的水平。另外，應(yīng)用無人機傾斜攝影測量技術(shù)進行三維設(shè)計，保證發(fā)變電工程規(guī)劃更加貼合實際需求，從項目選址到風電場機位布置等相關(guān)細節(jié)工作都能落實到位，促進電力工程可持續(xù)性發(fā)展。

例如，據(jù)統(tǒng)計，銀東輸電線路寧夏段會有20%的鐵塔位于沙漠中，因此，在當?shù)仉娏ο到y(tǒng)布線工作開展過程中，為了避免“風動塔搖”等現(xiàn)象對輸電線路安全和穩(wěn)定產(chǎn)生的影響，當?shù)卣?lián)合超高壓公司組建治沙項目小組，針對±660kV銀東直流輸電線路通道下方流動沙地開展相應(yīng)的規(guī)劃治理，主要是采用補種草方格的方式。在補種工作開展過程中，為了了解其實際情況，利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)精準測繪草方格的實際應(yīng)用面積，大大提升了治理成效。無人機傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)了對線路通道走廊的傾斜攝影測量，利用外業(yè)和內(nèi)業(yè)全面聯(lián)動的處理機制，搭建三維影像數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)草方格面積結(jié)構(gòu)的實時性繪制處理。相較于傳統(tǒng)處理技術(shù)，不僅節(jié)省了數(shù)據(jù)采集時間，還全面提升了操作便捷性，減少人工操作中產(chǎn)生的誤測或者是漏測等問題，為電力工程特殊環(huán)境的規(guī)劃提供了保障。最后，無人機傾斜攝影技術(shù)搭配生物治沙模式，實現(xiàn)了“以點連線、以線帶面”的管理目標，逐步擴大沙漠治理范圍，累計種植樹苗8萬余棵，播撒草籽1000多公斤，鋪設(shè)草方格近34萬m2，治理沿線沙漠總長度達75km，治理面積達44.3萬m2，使輸電線路通道形成“綠色防護長廊”[7]。

3.4 輔助管理

對于電力工程綜合管理工作而言，無人機傾斜攝影測量技術(shù)還能強化施工質(zhì)量管理。無人機飛行高度較低且相機分辨率較高，能及時監(jiān)督，針對電力工程項目基坑處理、澆筑處理、回填操作等進行影像數(shù)據(jù)的匯總，以便于施工部門能及時對不良問題予以糾正，電力工程項目中，輸電線路組塔、架線施工等關(guān)鍵施工單元，借助無人機傾斜攝影測量技術(shù)，可建立全過程輔助管理控制工作模式，能及時回傳施工現(xiàn)場的作業(yè)內(nèi)容，對關(guān)聯(lián)塔位進行對比分析，自動識別組塔以及架線工作的進度和要求，從而保障電力工程施工效果[8]。

3.5 實物測量調(diào)查

以HF水電站為例，主要對象是10kV輸電線路3.40km等。按照以下流程完成實時性調(diào)研，以保證電力工程現(xiàn)場實物測定分析工作順利開展。

（1）無人機傾斜攝影測量數(shù)據(jù)采集。采取DM5-2010傾斜相機無人機，2010萬像素，配置對應(yīng)的GPS和定位系統(tǒng)，采用DJI GO4 APP進行野外拍攝地點選取，主要是對HF水電站規(guī)劃區(qū)域內(nèi)進行實物測量。

（2）在飛行工作開始前，將設(shè)備調(diào)試到標準應(yīng)用狀態(tài)，結(jié)合規(guī)劃航線完成航空攝影處理工作，無人機飛行高度設(shè)置為60m，相機傾斜角度為65°到70°，旁向重疊度為60%，航向重疊度為80%[9]。

（3）影像信息的預(yù)處理。在影像信息采集后，對輸電線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進行預(yù)處理操作，剔除不合格影像，并且結(jié)合規(guī)定要求完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，避免不完整數(shù)據(jù)對后續(xù)實物分析工作產(chǎn)生的影響，保證輸電線路建模數(shù)據(jù)的完整性和像片格式的準確性。在預(yù)處理工作結(jié)束后，就要將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Smart3D軟件進行數(shù)據(jù)處理，完成建模工作。

（4）空中三角測量和密集點云處理。

①空中三角測量指的是要借助立體攝影測量，結(jié)合少量的野外控制點，在室內(nèi)控制點加密的情況下，保證加密點和平面位置測量的準確性。這種方式能最大程度上提高輸電線路野外分析控制點的定向準確性，從而保證無人機傾斜攝影測量技術(shù)發(fā)揮其實際優(yōu)勢，進行有效處理分析。

②密集云點處理工作，預(yù)處理結(jié)束后將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart3D軟件后就要進行空三加密，軟件會結(jié)合實際測量的數(shù)據(jù)信息以及影像資料自動匹配生成密集點云，與原始照片進行對比分析，就能為水電站相關(guān)電力工程項目設(shè)施實時性測試工作提供依據(jù)[10]。

（5）模型的輸出。密集點云生成后，結(jié)合紋理貼合處理，Smart3D自動生成三維模型，紋理映射能對模型中的幾何缺陷予以修復(fù)處理，提升三維模型的質(zhì)量水平，更加接近電力工程實時性分布情況，確保后續(xù)工作開展的規(guī)范效果。

4 應(yīng)用無人機傾斜攝影測量技術(shù)的注意事項

正是基于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢，在電力工程中要充分踐行全過程技術(shù)質(zhì)量管理控制機制，整合技術(shù)要點，維持技術(shù)運行流程的合理性和科學(xué)性，并匹配復(fù)雜電力工程測量應(yīng)用平臺，維持良好的控制效果。與此同時，要保證航帶規(guī)劃設(shè)計、像控點布設(shè)等工作都能滿足標準化質(zhì)量需求。

4.1 航帶規(guī)劃設(shè)計

在航空攝影工作中，航帶規(guī)劃設(shè)計是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因此，為了保證無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用效果和流程的規(guī)范性，就要結(jié)合測區(qū)的實際航攝任務(wù)要求以及航攝規(guī)范標準，確定航攝技術(shù)的處理流程，踐行全過程規(guī)劃設(shè)計管理方案，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，避免漏點問題對無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。在航帶規(guī)劃設(shè)計工作環(huán)節(jié)中，要對航攝參數(shù)、航攝分區(qū)設(shè)計、航線敷設(shè)等基礎(chǔ)內(nèi)容予以管理，確保應(yīng)用效果。結(jié)合電力工程的基本需求，提升規(guī)劃范圍內(nèi)數(shù)據(jù)分析的準確性[11]。

另外，無人機的基礎(chǔ)飛行時間有限，一般不會超出1個小時，所以，在航帶規(guī)劃設(shè)計工作中也要充分考量設(shè)備的運行時間，確保能在一定時間內(nèi)實現(xiàn)最大范圍內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點的影像處理。一般而言，在電力工程航空攝影工作開始前，要對無人機起飛、降落、起飛架次等基礎(chǔ)信息進行綜合規(guī)劃，對航帶設(shè)計標準予以有效銜接管理，以保障電力工程的綜合效果。

4.2 像控點布設(shè)

電力工程中，像控點的布設(shè)具有重要的價值，是影響最終攝影成果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此，要結(jié)合電力工程實際應(yīng)用要求選取更加匹配的布點，并且對弧形地物、水系、高程急劇變化的位置要進行有效的分析和評估，避免無人機碰撞造成安全問題。并且，為了保證布設(shè)的規(guī)范性和合理性，一般是在航攝操作開始前利用刷油漆的方式布置像控點標識，刷成“L”形或者是“+”形，提升觀測點的實時性精度水平[12]。

5 結(jié)束語

總而言之，在電力工程勘察分析工作中，應(yīng)用無人機傾斜攝影測量技術(shù)具有重要的意義，相關(guān)技術(shù)部門要結(jié)合技術(shù)流程、技術(shù)應(yīng)用標準等完善技術(shù)方案，發(fā)揮無人機傾斜攝影測量技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)地形測繪、三維建模、工程規(guī)劃、輔助管理、實物測量等目標，從而全面提升電力工程現(xiàn)場管理水平，減少人力物力的損耗和浪費，為電力工程可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。