无人机航摄测量技术在电力工程中的应用

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一、电力工程中无人机航空摄影测量概念

对于长距离、跨区域的大型输电线路工程而言，测量工作需要更加精准，测量的工作量也大幅提高，传统的测量方式已经无法满足测量要求。近年来，计算机技术、摄影技术和无人航空技术都得到了快速发展，在这三种技术发展的基础上，发展出了无人机航空摄影测量技术，逐渐成为了最新技术研究的热点。该种新型数字化勘测手段，可以有效的提高输电线路设计环节、勘测环节的精准程度。通过实践测试，无人机航空测绘技术在精度方面达到了1∶2000的技术规范要求，在技术条件、天气情况完全允许的情况下，甚至可以完成1∶1000的地形图测绘要求。就构架组成而言，无人机航空测绘系统分为两个部分：传感器和遥感平台。其中，传感器为安装在外部机身的拍摄装置，核心设备是数码摄像机；而遥控平台则是指带无人机机身及其相关的飞行参数设置系统。我国目前使用的主流无人机，是由中国航空工业集团自主研发的，具有体积小、速度快、飞行海拔高、通信距离远等操作优点。该机在无电磁波干扰的情况下通信距离可以达到15km，降落滑跑距离150m，飞行海拔最高可以达到3600m，最大承载力超过3.5G，飞行时间1小时，飞行速度最大超过90km/h。

二、无人机数据制作全流程

根据无人机航拍特点及影像自身特性，工程中一般将一次完整的航拍过程分为三个阶段：摄影计划规划、建立测区调控控制网及后期的内业数据空三加密处理。总体而言，无人数据处理的完整流程框架如图1所示。

1摄影计划规划

我们测量过程中要使用到无人机对输电线路全路径进行设计时，首先要将需要测量的范围，无人机测量时起降位置等内容进行设计规划，只有在完整正确的规划和设计后进行无人机航空测量，才能够获得更加真实准确的测量数据和图像。

1.1航带设计规划

无人机的最大飞行时间是1小时，因此每一次的航空飞行拍摄包括起降时间，我们必须要控制在50分钟内，防止无人机因能源耗尽而导致坠机。尤其针对大面积目标拍摄，航带的规划设计更加重要，通常需要几个小时的航空拍摄才能完成。这个情况下应合理设计多个架次，每一个架次保持在50分钟内，在测量区域规划航带。多架飞机按照计划继续相应的交替降落和补给，可以完全获得整个目标输电线路的影响数据。

1.2测量区范围

要对输电线路全线进行完整、准确的无人机航空测量，就必须首先将线路全境的测绘区域做好规划。对于的输电线路测绘目标，应在从空中俯瞰成一个两边等宽的长条带状目标，同时应将4个角控制在标准范围内，才能便于我们操控无人机进行航空测量。随后，结合相应的飞机飞行时间、飞行距离、飞行速度，设计整个航拍的流程和次数。较长的且曲折系数较大的线路，可分割成多个航带进行航飞。

2建立测量调控控制网

2.1测量区控制网布设

为了保证无人机的拍摄的图像准确的获取位置和坐标以及后期图像的制作与处理，必须要在需要测量的对线路沿线建立控制网。控制网大小必须要按照输电线路的长短来建立，并根据控制网的情况来，设置相应的GPS控制点使之均匀分布，并最终建立相应坐标系。

2.2现场布置

对输电线路全线的测量工作必须要保证拍摄到的图像畸变较小没有瑕疵。针对以上两个要求，必须要使控制点布设的具体位置图像清晰，能够更容易的判断立体测量方位，且布置外控点时还需要保证均匀，这种做好外控点布置，利用无人机航空拍摄出来的图像和数据具有可靠性。

3无人机航摄影像数据处理

3.1影像比例纠正（CCD畸变系数β）

相机坐标与影像坐标不同，因此需对影像先进行畸变差纠正。参数包括主点坐标（I0，J0），对称畸变参数（K1，K2），非对称畸变参数（P1，P2），CCD非正方形比例系数α和CCD非正交性畸变系数β。

3.2空中拍摄（三角测量）

空中拍摄航测系统，指的是利用少量的测区中物方空间坐标的地面控制点，通过区域网平差计算，求解加密点的物方空间坐标与影像的外方位元素的运算方式，简称区域网空中三角测量。利用空中三角测量，可以使测区中加密点分布更均匀、航带间转点更密集、加密精度更可靠，在平差结算后系统自动生成每张影像的加密点坐标和外方位元素文件。

3.3DEM数据匹配（正射影像）

DOM实现的原理是通过生成的测区地表DEM模型，对影像进行正射投影产生。目前，很多电力勘测单位利用PixelGrid软件，自动进行多模型、多重叠的DEM栅格数据，完成匹配、采集等多项工作，保证像方DEM点更准确的切准地面。以测区为单位，创建像对正射影像，分辨率根据要求输出。为了保证影像的完整和质量，整测区像片的正射影像都生成。

三、无人机在电力设计领域的运用

实例近年来，无人机技术的应用已经渗透到了电力行业的方方面面，利用无人机技术进行线路巡查、重大自然灾害的电力救援等案例层出不穷。在众多方面之后，尤以无人机配套电力工程的全周期设计最为突出，使用效果也最为显著，达到了节约人力、压缩工期的优化目标。以西南高原山区某线路工程为例，本工程运用了7个航带、3200景0.04m分辨率的无人机影像数据，通过内业空三加密处理，恢复为三维大场景线路选线航测平台。多专业人员佩戴专业的立体眼镜，在真实的航测工程环境下有序开展线路的初期大方案比选、路径优化等多个环节的数字化输电线路设计工作。随后，航测人员采用手工测量方式，在无人机立体像对上开展精化线路地形断面测量，获取全路径范围内亚米级的地形断面信息，对路径方案的可行性及排杆立塔的合理性进行进一步的详细论证。同时，设计人员可进一步利用无人机影像资源，制作全彩色路径正摄影像图、三维大场景路径漫游模型等一系列数字化航测遥感衍生产品，从而最终实现基础资料数字化、设计过程可视化、成品质量精确化的设计最终目标。全彩色路径正摄影像示意图详如图2所示。

四、结语

现代电力工程测量越来越多的将无人机航空摄影技术加入其中，航空摄影测量技术可以大量的减少人力物力，并且拍摄的图像准确、客观，拍摄无场地和时间要求、速度快、成本低等多种优势，实践表明无人机航空测量不仅在电力工程方面具有优势，在其他测量领域也可以大展拳脚。无人机航空测量摄影技术是一项值得在电力工程中推广的技术。

作者:尹磊 董前兵 单位:成都城电电力工程设计有限公司