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无人机摄影测量用于高海拔电力工程的探索与设想

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王学斌

[导读] 摘要：随着我国社会经济的快速发展，对电力能源的需求日益增加，电力工程的建设力度也在随之不断加强。

        宁夏回族自治区电力设计院有限公司宁夏回族自治区银川市 750004
        摘要：随着我国社会经济的快速发展，对电力能源的需求日益增加，电力工程的建设力度也在随之不断加强。而随着GPS导航技术、航空摄影测量技术、无线通信技术及自动控制技术等的发展，无人机的使用已从军事领域拓展到民用领域。无人机摄影测量技术在电力工程的变电站站址选择、输电线路规划、线路巡检、应急响应等方面已有所应用。
        关键词：无人机摄影测量；高海拔；电力工程
        引言
        在输电线路工程以及风电场航测外业工作中均需要进行像控点测量，传统作业中，需要作业人员携带差分全球卫星定位系统（globalnavigationsatellitesystem，GNSS）等设备对测区规划的像控点进行高精度测量。然而，电力工程所在区域通常为野外荒芜地区，如高山、森林等区域，崎岖、复杂的地形条件给作业的效率和安全性带来了风险和挑战。因此，亟待研究快捷高效的野外目标精确测量方法与技术。
        1无人机倾斜摄影测量技术优势
        作为一项新的摄影技术，倾斜摄影测量能够弥补传统遥感技术在反映物体外形、位置以及高度等属性方面的不足。在无人机上搭载倾斜摄影相机可以从五个角度来采集物体的属性，包括一个垂直角度和四个倾斜角度，这样对客观物体的在线也更加清晰、完整。利用倾斜摄影技术所展示的世界更加符合人视觉的真实世界，获得高精度的物体纹理信息，同时通过图像融合技术、三维建模技术等生产输电线路以及电力设备的真实模型。目前，倾斜摄影技术已经被广泛应用于无人机电力巡检、城市管理、应急指挥等领域，同时也取得了显著的成绩。在无人机上搭载倾斜摄影相机避免了传统航测相机只能从垂直角度去拍摄物体信息的弊端，在无人机上搭载多台影像传感器，通过不同的传感器来获得不同角度所采集的影像信息，从而对地物文理细节的反映精度更高、更加全面。借助图像分割、图像识别等图像处理技术对地物纹理信息的提取，大大降低了地物三维建模的成本。无人机搭载倾斜摄影相机来对数据进行测量和影像进行拍摄，是一种自动化模式，可以大大的缩短三维建模的时间，提高三维建模的效率。基于倾斜摄影技术的无人机电力巡检节约了电力巡检的成本、提高了电力巡检的效率，将传统人工电力巡检的室外作业转变为现代电力巡检的室内作业，大大降低了电力巡检人员室外作业的时间和高危作业的时间，室外作业劳动强度降低。
        2无人机摄影测量用于高海拔电力工程的探索与设想
        2.1图像传输技术
        图像传输技术作为无人机技术当中非常重要的技术环节，在线路巡视过程中需要将所收集的图像信息直接传输到终端系统内部来进行处理，因此必须要保证无人机收集的图像信息更加清晰，以此来充分发挥出无人机技术的整体使用效果。根据无人机技术的整体使用工作要求，将图像传输技术和无人机技术进行有效融合，比如可以将高清摄像机设备和无人机设备之间直接进行联合，保证在电力线路巡视过程中可以拍摄更加清晰的巡视工作照片，或者通过摄像机来记录线路巡视过程中的重要影像信息，直接传输到终端系统当中，为工作人员的分析工作提供出详细的图像和图片信息，有效保证电力线路巡视工作的整体质量和效果。当供电线路产生故障问题时，通过无人机拍摄所获取的图像，可以准确判断故障产生的具体类型以及原因，方便电力维修工作人员进行进一步的检查和处理，整体的巡视工作质量得到了明显提高。
        2.2输电线路规划及测量
        传统的线路路径选择一般分为室内图上选线和野外勘测定线。室内选线时一般在小比例尺地形图上进行，由于地形图比例尺太小并且现势性较差，地形地物与实际情况有较大出入，因此要进行野外实地勘测，以校核所选线路的合理性，或提出更好的线路路径方案。

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无人机摄影测量拍摄地面影像，通过对影像的后续数据处理，可以提供拍摄区域的数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）及数字线划图（DLG），数字正射影像（DOM）+数字线划图（DLG）文件上可以识别出高清晰度、高精度的地形、地势、房屋、植被、交通等要素，在此文件上可进行详细的室内选线，通过比较各较优方案的技术难易程度、总投资、交通运输及施工、运行维护的难易程度等，最终选出最优路径方案。对于已建线路，通过无人机摄影测量，可以获取线路走廊的基本情况，完成电力杆塔的平面坐标和高程的测量，同时获取转角、档距等信息。
        2.3测量数据采集
        收集试验资料，针对试验区的目标进行飞行航线规划，确保飞行轨迹覆盖试验区的待测目标。通过无人机地面站进行任务规划，根据任务区域的地形情况和范围，自动生成完整的飞行任务计划，并对超大区域进行任务分割和管理。依据设定的飞行计划任务，导入无人机飞控中进行飞行采集任务，无人机飞行前准备如图7所示。地面架设差分GPS静态站，用于高精度差分GPS结果的解算。启动无人机开始飞行任务进行数据采集，确保飞机对在目标上方进行测量数据采集。
        2.4无人机可以躲闪障碍物
        在电力线路巡视工作过程中，由于受到线路分布区域环境因素的影响，供电线路周围经常会出现各种障碍物。通过无人机设备的有效应用，在供电线路的巡视过程中，可以对空中存在的一些障碍物进行躲闪，可以有效防止无人机受到撞击而损坏。通过先进的无人机技术合理应用，可以通过自动雷达探头对前方的障碍物分布情况进行准确判断，然后通过无人机控制系统准确绕过障碍物，对供电线路进行全面巡视和检查，有效提高整个供电线路巡视工作的效率和质量，同时降低工作人员的工作量。除此之外，通过红外光线传感系统的应用，可以对周围障碍物的光源变化情况进行准确判断，发出相应的警报信号，合理规划无人机的飞行路线，防止和障碍物之间存在剐蹭或者碰撞。
        2.5无人机电力巡检
        国民经济的进一步发展使得国民的生活水平得到了进一步提升，国民对生活的稳定性要求和幸福感要求也在不断地提升。电力是国民经济发展的基础，同时也是确保国民生活稳定性和提升国民生活幸福感的关键产业，这使得电力巡检工作面临更高的要求和更大的挑战。传统的人工电力巡检效率低、任务重，不能够和当前电力需求相匹配，利用无人机进行电力巡检势在必行。在无人机上搭载倾斜摄影相机，完成定位、拍摄等操作，更加客观、真实地在线复杂地形、恶劣环境下的电力巡检模型，这使得电力巡检人员室外巡检作业的时间大大缩短，工作的难度大大减低。
        结语
        无人机摄影测量在平原地区的电力工程中已有变电站测量、线路规划、杆塔定位、线路巡检等诸多应用，但在高海拔地区，由于风沙大、含氧量低等因素，其应用受到限制。随着研究的深化，考虑无人机摄影测量低成本、高效率等特点，其在高海拔地区得到更多应用指日可待。
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