无人机航测技术在电网工程建设中的应用

柏琛

摘要：近些年，随着电子技术的发展，小型无人机技术取得了巨大突破。较远的飞行距离、较长的续航时间以及较高的飞行品质使得其可以应用于大多数行业以及日常中，尤其基于無人机遥感遥测领域，具有很好的发展前景。此次就无人机结构构成以及其在电网构成建设中的应用进行分析，对其未来发展进行展望

关键词：无人机技术；电网工程；遥感遥测

引言

作为电能需求大国，我国电力系统已经初步形成全覆盖。但近些年随着我国经济的发展，迎来了新一轮的电力需求增长，因此需要对原有线路进行改造升级并架设新型配电网。基于数字化的工程设计、施工模拟以及模拟运行，可以大大提高工程规划的科学性与合理性，因此数字化图像处理技术在业内逐渐得到认可与使用。传统的影像收集与地理测绘等需要耗费大量人力以及物力资源，同时对于航拍条件以及环境等有一定的要求。整个流程十分负载繁琐，而无人机的问世无疑给该技术带来了新的变革。基于无人机低空飞行技术可以有效获得工程环境影像资料，从而为工程设计与施工提供重要数据参考。

1.无人机测绘系统构成

无人机主要有地面保障系统、飞控系统、传感器系统、飞行平台以及地面监控系统五个部分构成。地面监控系统主要由地面通讯系统以及监控软件、维护系统构成。飞行系统则主要由自动驾驶仪、GPS导航系统、姿态控制设备、气压计等等设备构成，其中GPS技术为其核心技术，其可以有效实现定点曝光以及相机旋偏改正技术；此外就传感器系统而言，由于无人机其动力上的限制，因此实际可以搭载的荷载能力有限，专业的航拍设备难以有效搭载，因此通常标配高端单反数码相机，包括NikonD700等高端相机；当前国内较为成熟的飞行平台主要由垂直尾型无人机系统、倒桅尾型无人机系统以及双发型无人机系统等几种。如下表所示为无人机飞行平台的主要几个参数指标。

2.无人机技术在电网工程建设中的应用分析

无人机体型较小、携带方便，可以有效搭载航空遥感系统，在机动方面更加灵活、响应更快且成本更低，时效性更强，目前随着该技术的逐渐普及与应用，已然形成与卫星遥感预计普通航空遥感并行的发展广度。特别是在较为严重的自然灾害应急响应、恶劣天气情况下的光学影像捕捉收集、输送电线路的路径规划、企业厂址选择以及影像获取等等，基于无人机技术的航拍与航测系统拥有卫星遥感以及普通航空遥感所无法代替的优势。

2.1输电线路规划设计

对于输电线路工程，尤其是大型水电站出线走廊设计中，基于无人机技术所搭载的摄影测绘系统对工程范围内进行航空拍摄，可以有效辅助整个走廊通道的设计规划，从而模拟现场视野首先的不足。有助于综合考量环境因素以及规划因素等各方面的不足，协调工程项目之间的进行，对有限的通道资源进行充分利用，继而使得线路走向以及区域规划等更为科学合理。

线路廊道的检测以及杆塔零部件的检测是无人机进行输电线路检测的主要内容。基于前者路径规划时受制于无人机性能以及其它因素的影响，使得实际符合无人机巡检的路线极为难找。实际在路径规划时应当综合考虑以下几个层面。首先为最大航行距离，假定该最大航程为L，而实际航线存在n个接点，如下图所示：

其中第n-4至第n-3的航线轨迹实际航程为L1，则这航行轨迹总的航程应当满足

公式中i表示为实际所取的点序号。

此外当无人机需要改变飞行姿态时，还应当直飞一段的距离从而用于客户由于惯性而产生的一系列影响，通常将该段距离定义为最小步长记为L2。基于廊道的巡检方式则是在假定的空间范围对所搜满足约束条件的飞行方式，其可以通过所规划空间内的一系列路径节点类分析得到。假定任意两个节点将其用线段连接，则对于每条巡检线路可以用以数组{1、2、3...n}表示，则1代表为该路径的起点，n则表示为终点。数组{2、3、4...n-1}则表示巡检路径的中间节点。基于一系列的节点表示相关飞行路径，具有以下几个优势，首先可以依据期望的飞行精度对路径节点数进行有效管控；其次可以将初始规划问题划分为多个小问题，从而将复杂问题进一步简化、此外对问题进行划分后，可以依据各个不同子问题是否达到全部满足约束条件继而对初始问题是否满足要求进行判断；最后基于一系列的路径点表示廊道巡检路径问题，有助于计算以及表达。假设某k+1个节点的巡检路径，m表示为该路径第i段的长度情况，起飞点为无人机巡检作业起飞基地。则其目标函数为

公式中c表示为处罚函数；

廊道巡检路径的规划是一种基于全局视角的路径优化问题，需对大量数据以及约束条件进行综合分析，在分析计算式务必把握好减少计算量以及避免产生局部最优解可能。而基于杆塔巡检的路径规划则由于现行缺乏完善的技术案例，因此在巡检拍摄时随意性较大，同时也有可能使得图片采集模糊，信息混乱，容易造成漏拍等可能，因此巡检质量难以得到保障，存在一定隐患，因此应用并不多。

2.2地形图的测绘

通常基于无人机航测技术可以用于小比例尺的地形图绘制，一般成图比例为1：2000.在一些电网工程的可研阶段，可以进行高程控制措施，比如将以往的野外管控以及野外测量数据转变为高程等等，最终形成1：1000的比例尺地形图。从而为相关站址的选择以及安排等提供重要影像、高程等的重要基础数据，降低劳动强度的同时大大提高劳动效率。

2.3电网系统应急救灾应用

我国每年都会有一定的自然灾害发生，拒不完全统计平均每年由于自然灾害而直接或者间接导致的财产损失达2000亿元。一旦发生灾害，基于快速有效的措施可以很好的降低经济损失。因此，完善紧急救援相关措施，及时恢复电力网运行或者重建电力网系统，对于减轻国家损失，恢复人们正常生活等十分必要。

灾害发生后，快速获取现场灾情第一手高清影像资料，可以有效为应急救灾中心指导提供重要帮助，为救灾工作的落实创造良好条件。而实际由于灾害的发生通常伴有极为恶劣的天气环境，比如2008年南方大雪灾害，由于天气环境的影响传统形式的航拍以及卫星拍摄等均受到严重限制难以及时获得现场灾区的详细图像信息。基于无人机技术搭载高分辨率影像设备，基于无人机低空遥感系统具有更好的机动效果、对环境的适应能力也更强，无需专门的机场进行起降，应对恶劣天气的能力也更高，既而可以快速及时抓取灾害现场第一手高清影像资料，从而为下一步国网公司紧急救灾对灾害进行更为科学的评估，制定针对性的紧急救灾措施、制定电网重建方案，并配备可靠先进的技术设备。由此可见，无人机的应用大大提高了救援的效率，同时对电网系统的灾后重建与恢复等提供了重要的基础资料。

3.结束语

与以往的航空摄影测量相比，基于无人机测量技术对于起降环境没有过多要求，且整个系统集成度高，机动性更为灵活，转场实现更为方便、快捷。对于气候环境等条件要求不高，而实际现场所捕获的图像清晰度以及分辨率等更高，系统总的运行成本也得到大大降低。目前该技术已经被广泛应用于紧急救灾、站址选择以及工程设计优化等领域。但飞行姿态不稳定、续航时间有效、单架次拍摄面积有效等问题也是当前无人机发展需要克服的。电网工程往往规模较大，且设计面广，因此无人机技术在电网测绘以及规划方面具有重要意义。随着市场需求量的不断增加，无人机现有弊端势必将受到更多人的关注，并最终得到解决，与各个行业形成更好的契合。

参考文献

[1]韩文军， 雷远华， 周学文. 无人机航测技术及其在电网工程建设中的应用探讨[J]. 电力勘测设计， 2010（3）：62-67.

[2]汤坚， 杨骥， 宫煦利. 面向电网巡检的多旋翼无人机航测系统关键技术研究及应用[J]. 测绘通报， 2017（5）：67-70.