基于无人机航拍技术的配电网勘察设计实践经验与难点攻克

2018-12-08熊强强徐金辉王志军陶宇全海进

商品与质量 2018年46期

熊强强徐金辉王志军陶宇全海进

1.江西赣坤电力设计有限公司江西南昌 330000 2.国网江西省电力公司抚州供电分公司江西抚州 344000

1 无人机航拍中的优越性分析

无人机航拍是一个集单片机技术、航拍传感器技术、GPS导航航拍技术、通讯航拍服务技术、飞行控制技术、任务控制技术、编程技术等多技术并依托于硬件的高科技产物，其拍摄影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点，特别适合获取带状地区航拍影像；根据航空摄像需要的技术要求，无人机航拍的优势主要表现在以下四个方面：

1.1 操作性比较强

相较于其他航空器航拍，无人机优势较为明显，飞机起降比较方便，在空中航拍时，可倒退、悬停、飞行和垂直飞行，转弯时半径比较小，拍摄时气流等自然条件给其造成的影响比较小。

1.2 控制性能好

在航拍过程中，无人机爬升方面能力比较强，可根据选择的拍摄高度来自由控制，并且，在不存在障碍物情况下，可进行五十米内的超低空拍摄，而其他设备，比如动力滑翔机、动力伞等设备受到气流和风的影响大，超低空飞行比较困难；而无人机在这些方面不受限制。

1.3 安全性方面

首先无人机是靠自身动力系统独立运行，受到环境气流影响很小。其次，中型无人机一般为双发动机，如果单一发动机出现故障，还可单发运行，出现事故机率小。最后，无人机具有相对封闭的空间，受自然条件影响小，而其他飞行器都是在开放式或半封闭状态下，容易受突发的自然状况干扰。

2 配电网勘察设计无人机航拍技术的难点及其攻克措施

（1）目前无人机遥控端主要依靠手机APP控制，在起飞之前，设定飞行区域的时候，手机通过4G网络加载底图，然而我们现在台区改造工程大多位于各个乡镇，甚至还有在偏远山区，由于网络信号受到影响及APP自身加载问题，在设定飞行区域无法看到村庄全貌，难以判断飞行区域[1]。解决办法：按照台区初步设计的流程，首先明确测量台区的供电范围，线路廊道范围与民房的区域基本相似，所以航拍底图必须包含民房的范围，而且一般谷歌卫星图就能够辨认出供区的范围。具体做法如下：①现场确认好供区范围后，找出该区域的相对中心范围，在该范围内选取空旷点作为起飞点。②摆放调整好飞机状态，连接好手机遥控端，确认好飞机起飞点在手机中的定位，同时打开好具备谷歌卫星地图同时具备定位功能的手机APP。③在能够显示底图的APP中，分别测量上下左右方向距离供区范围的长度，并记录好，然后在无法显示遥控无人机APP中，大于各方向原有记录的长度，所以就可以框选出供电范围。（2）目前无人机自动航飞区域是矩形，现在绝大多数台区供区范围是不规则，形状各有特点，如何针对这些不规则的区域，确保航拍底图覆盖不规则区域。根据目前的技术，如果要去研究如何开发出不规则区域的航拍模式，无论是在项目的研究时间上和项目的资金上，这将会使项目超出预期时间和投资，这个方法目前还是不可行。解决办法：项目研究小组提出区域分割法的方式，采用区域分割的方式一一飞行然后合并。研究小组通过多次试验，得出以下有效方法，操作如下：①确定供区范围后，视飞行区域按照2-3个矩形块切割，切割后对各个区域编号1，2，3，设定飞行顺序比如1-2-3/1-3-2。②假如设定飞行顺序为1-3-2，在1与3号和2与3号区域飞行时，必须保证有部分重叠区域。③根据飞行时间整理出1-3-2号区域的航拍照片，注意观察重叠区域，将3号区域照片直接与1号区域照片直接按顺序合并，将2号区域照片从重叠区域处合并。④上传图片处理系统。（3）飞行方式及飞行方法在以上的难点中可以一一解决，然而无人机航拍的外部气象条件也是非常重要，那么在什么条件下航拍才能取得图片效果上佳的底图。解决办法：研究小组针对选取气象条件获取清晰度高底图问题，首先确定研究主要指标，风速、温度、光照强度和恶劣气候条件。研究小组基于江西的气象条件选取了冬天和夏天两种较为极端的天气条件作为实验，分别选取夏天温度高于38摄氏度，飞行时间为8-18时，每隔1小时航拍；选取风速为5、8、10和13m/s的条件航拍。在冬季时间选取温度低于零下5摄氏度，飞行时间为8-18时，每隔1小时航拍；同样选取大雪天和大雾天气航拍。经过反复试验，得出以下结论：①在风速大于15m/s的时候，对于飞机航拍照片有一定影响。当风速位于0-8m/s，设计底图清晰度无差异。在风速大于20m/s的时候，飞机是不能起飞的。②在大雪大雾天气下，不宜起飞。③温度对于照片的影响相对较小，当温度在-5-40摄氏度的情况下，对于合成底图的清晰度影响微乎其微。④经过比选各个时间段的设计底图清晰度，发现夏天晴天早上8点至11点和下午3点至5点时间段照片效果较为清晰，中午时间反光较强，底图较白。傍晚时分，底图较黑。所以太阳光照强度为1万-6万LX段，航拍效果最佳。⑤第三点解决了外部环境的问题，那么无人机的技术参数如何设定，研究小组针对这一问题确定了影响的几个参数：飞行高度、飞行速度和镜头像素。解决办法：研究小组针对以上参数分别选取了不同条件下组合，飞行高度选取40-180米每隔十米一档，共15档；飞行速度选取5-15m/s共11档；摄像头像素分别选取了像素1240万和像素2000万。分别组合测试，取得设计底图。经过测试，得出以下结论：当飞行高度设置在120米，飞行速度设置10m/s，采用像素为2000万的摄像头，所形成的设计底图效果最佳。