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無人機(jī)航攝測(cè)量技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用論文
一、電力工程中無人機(jī)航空攝影測(cè)量概念
對(duì)于長(zhǎng)距離、跨區(qū)域的大型輸電線路工程而言，測(cè)量工作需要更加精準(zhǔn)，測(cè)量的工作量也大幅提高，傳統(tǒng)的測(cè)量方式已經(jīng)無法滿足測(cè)量要求。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、攝影技術(shù)和無人航空技術(shù)都得到了快速發(fā)展，在這三種技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，逐漸成為了最新技術(shù)研究的熱點(diǎn)。該種新型數(shù)字化勘測(cè)手段，可以有效的提高輸電線路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、勘測(cè)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)程度。通過實(shí)踐測(cè)試，無人機(jī)航空測(cè)繪技術(shù)在精度方面達(dá)到了1∶2000的技術(shù)規(guī)范要求，在技術(shù)條件、天氣情況完全允許的情況下，甚至可以完成1∶1000的地形圖測(cè)繪要求。就構(gòu)架組成而言，無人機(jī)航空測(cè)繪系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：傳感器和遙感平臺(tái)。其中，傳感器為安裝在外部機(jī)身的拍攝裝置，核心設(shè)備是數(shù)碼攝像機(jī)；而遙控平臺(tái)則是指帶無人機(jī)機(jī)身及其相關(guān)的飛行參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)。我國(guó)目前使用的主流無人機(jī)，是由中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)自主研發(fā)的，具有體積小、速度快、飛行海拔高、通信距離遠(yuǎn)等操作優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)在無電磁波干擾的情況下通信距離可以達(dá)到15km，降落滑跑距離150m，飛行海拔最高可以達(dá)到3600m，最大承載力超過3.5G，飛行時(shí)間1小時(shí)，飛行速度最大超過90km/h。
二、無人機(jī)數(shù)據(jù)制作全流程
根據(jù)無人機(jī)航拍特點(diǎn)及影像自身特性，工程中一般將一次完整的航拍過程分為三個(gè)階段：攝影計(jì)劃規(guī)劃、建立測(cè)區(qū)調(diào)控控制網(wǎng)及后期的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)空三加密處理�？傮w而言，無人數(shù)據(jù)處理的完整流程框架如圖1所示。
1攝影計(jì)劃規(guī)劃
我們測(cè)量過程中要使用到無人機(jī)對(duì)輸電線路全路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要將需要測(cè)量的范圍，無人機(jī)測(cè)量時(shí)起降位置等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，只有在完整正確的規(guī)劃和設(shè)計(jì)后進(jìn)行無人機(jī)航空測(cè)量，才能夠獲得更加真實(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)和圖像。
1.1航帶設(shè)計(jì)規(guī)劃
無人機(jī)的最大飛行時(shí)間是1小時(shí)，因此每一次的航空飛行拍攝包括起降時(shí)間，我們必須要控制在50分鐘內(nèi)，防止無人機(jī)因能源耗盡而導(dǎo)致墜機(jī)。尤其針對(duì)大面積目標(biāo)拍攝，航帶的規(guī)劃設(shè)計(jì)更加重要，通常需要幾個(gè)小時(shí)的航空拍攝才能完成。這個(gè)情況下應(yīng)合理設(shè)計(jì)多個(gè)架次，每一個(gè)架次保持在50分鐘內(nèi)，在測(cè)量區(qū)域規(guī)劃航帶。多架飛機(jī)按照計(jì)劃繼續(xù)相應(yīng)的交替降落和補(bǔ)給，可以完全獲得整個(gè)目標(biāo)輸電線路的影響數(shù)據(jù)。
1.2測(cè)量區(qū)范圍
要對(duì)輸電線路全線進(jìn)行完整、準(zhǔn)確的無人機(jī)航空測(cè)量，就必須首先將線路全境的測(cè)繪區(qū)域做好規(guī)劃。對(duì)于的輸電線路測(cè)繪目標(biāo)，應(yīng)在從空中俯瞰成一個(gè)兩邊等寬的長(zhǎng)條帶狀目標(biāo)，同時(shí)應(yīng)將4個(gè)角控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，才能便于我們操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行航空測(cè)量。隨后，結(jié)合相應(yīng)的飛機(jī)飛行時(shí)間、飛行距離、飛行速度，設(shè)計(jì)整個(gè)航拍的流程和次數(shù)。較長(zhǎng)的且曲折系數(shù)較大的線路，可分割成多個(gè)航帶進(jìn)行航飛。
2建立測(cè)量調(diào)控控制網(wǎng)
2.1測(cè)量區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)
為了保證無人機(jī)的拍攝的圖像準(zhǔn)確的獲取位置和坐標(biāo)以及后期圖像的制作與處理，必須要在需要測(cè)量的對(duì)線路沿線建立控制網(wǎng)。控制網(wǎng)大小必須要按照輸電線路的長(zhǎng)短來建立，并根據(jù)控制網(wǎng)的情況來，設(shè)置相應(yīng)的GPS控制點(diǎn)使之均勻分布，并最終建立相應(yīng)坐標(biāo)系。
2.2現(xiàn)場(chǎng)布置
對(duì)輸電線路全線的測(cè)量工作必須要保證拍攝到的圖像畸變較小沒有瑕疵。針對(duì)以上兩個(gè)要求，必須要使控制點(diǎn)布設(shè)的具體位置圖像清晰，能夠更容易的判斷立體測(cè)量方位，且布置外控點(diǎn)時(shí)還需要保證均勻，這種做好外控點(diǎn)布置，利用無人機(jī)航空拍攝出來的圖像和數(shù)據(jù)具有可靠性。
3無人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)處理
3.1影像比例糾正（CCD畸變系數(shù)β）
相機(jī)坐標(biāo)與影像坐標(biāo)不同，因此需對(duì)影像先進(jìn)行畸變差糾正。參數(shù)包括主點(diǎn)坐標(biāo)（I0，J0），對(duì)稱畸變參數(shù)（K1，K2），非對(duì)稱畸變參數(shù)（P1，P2），CCD非正方形比例系數(shù)α和CCD非正交性畸變系數(shù)β。
3.2空中拍攝（三角測(cè)量）
空中拍攝航測(cè)系統(tǒng)，指的是利用少量的測(cè)區(qū)中物方空間坐標(biāo)的地面控制點(diǎn)，通過區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，求解加密點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)與影像的外方位元素的運(yùn)算方式，簡(jiǎn)稱區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量。利用空中三角測(cè)量，可以使測(cè)區(qū)中加密點(diǎn)分布更均勻、航帶間轉(zhuǎn)點(diǎn)更密集、加密精度更可靠，在平差結(jié)算后系統(tǒng)自動(dòng)生成每張影像的加密點(diǎn)坐標(biāo)和外方位元素文件。
3.3DEM數(shù)據(jù)匹配（正射影像）
DOM實(shí)現(xiàn)的原理是通過生成的測(cè)區(qū)地表DEM模型，對(duì)影像進(jìn)行正射投影產(chǎn)生。目前，很多電力勘測(cè)單位利用PixelGrid軟件，自動(dòng)進(jìn)行多模型、多重疊的DEM柵格數(shù)據(jù)，完成匹配、采集等多項(xiàng)工作，保證像方DEM點(diǎn)更準(zhǔn)確的切準(zhǔn)地面。以測(cè)區(qū)為單位，創(chuàng)建像對(duì)正射影像，分辨率根據(jù)要求輸出。為了保證影像的完整和質(zhì)量，整測(cè)區(qū)像片的正射影像都生成。
三、無人機(jī)在電力設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用
實(shí)例近年來，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了電力行業(yè)的方方面面，利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行線路巡查、重大自然災(zāi)害的電力救援等案例層出不窮。在眾多方面之后，尤以無人機(jī)配套電力工程的全周期設(shè)計(jì)最為突出，使用效果也最為顯著，達(dá)到了節(jié)約人力、壓縮工期的優(yōu)化目標(biāo)。以西南高原山區(qū)某線路工程為例，本工程運(yùn)用了7個(gè)航帶、3200景0.04m分辨率的無人機(jī)影像數(shù)據(jù)，通過內(nèi)業(yè)空三加密處理，恢復(fù)為三維大場(chǎng)景線路選線航測(cè)平臺(tái)。多專業(yè)人員佩戴專業(yè)的立體眼鏡，在真實(shí)的航測(cè)工程環(huán)境下有序開展線路的初期大方案比選、路徑優(yōu)化等多個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化輸電線路設(shè)計(jì)工作。隨后，航測(cè)人員采用手工測(cè)量方式，在無人機(jī)立體像對(duì)上開展精化線路地形斷面測(cè)量，獲取全路徑范圍內(nèi)亞米級(jí)的地形斷面信息，對(duì)路徑方案的可行性及排桿立塔的合理性進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)論證。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員可進(jìn)一步利用無人機(jī)影像資源，制作全彩色路徑正攝影像圖、三維大場(chǎng)景路徑漫游模型等一系列數(shù)字化航測(cè)遙感衍生產(chǎn)品，從而最終實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)資料數(shù)字化、設(shè)計(jì)過程可視化、成品質(zhì)量精確化的設(shè)計(jì)最終目標(biāo)。
四、結(jié)語
現(xiàn)代電力工程測(cè)量越來越多的將無人機(jī)航空攝影技術(shù)加入其中，航空攝影測(cè)量技術(shù)可以大量的減少人力物力，并且拍攝的圖像準(zhǔn)確、客觀，拍攝無場(chǎng)地和時(shí)間要求、速度快、成本低等多種優(yōu)勢(shì)，實(shí)踐表明無人機(jī)航空測(cè)量不僅在電力工程方面具有優(yōu)勢(shì)，在其他測(cè)量領(lǐng)域也可以大展拳腳。無人機(jī)航空測(cè)量攝影技術(shù)是一項(xiàng)值得在電力工程中推廣的技術(shù)。
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