电力行业无人机航测关键技术及应用探究①

2020-01-10鲁杰侯力枫徐硕王树军

科技创新导报 2020年14期

鲁杰侯力枫徐硕王树军

(国网冀北电力有限公司承德供电公司河北承德 067000)

随着社会能源需求的强势增长，电网覆盖范围迅速扩展，变电站和输配电线路分布广袤、地理和气象环境复杂多变。在电网的规划、建设和运维工作中，传统的以人工为主的作业模式愈发显现出劳动强度大、时间周期长、作业效率低、经济成本高、安全性无法得到完全保障的弊端，亟待通过新的技术加以改善和解决[1]。近年来，无人机航测技术突飞猛进，给地理信息测绘技术带来全新的变革，不仅能够快速开展测绘作业，也能满足不同类型作业任务的精度要求，结合信息图形图像技术，在数据处理方面也更加高效，并且有效降低了人工劳动强度和经济成本，呈快速发展态势。

1 航测数据处理关键技术

1.1 航测数据影像获取

无人机航测外业工作包括现场勘查、任务规划、航线规划、参数计算、地面控制点布设、测绘航拍等。航测数据影像获取可通过人工规划航线后由无人机自动飞行获取，期间尽可能减少人工干预带来的误差。重点做好航线和测绘参数设置，以及测量设备的校验，确保获取的影像数据满足质量要求，主要参数包括成像重叠度（航向重叠、旁向重叠）、航线弯曲度及航高差，以及镜头畸变矫正等。

1.2 航测影像特点

在规划航线时，影像的重叠度一般较高，航向重叠一般在56%～75%，旁向重叠一般在30%～35%[2]。无人机在拍摄影像的同时，同步记录影像的经纬度坐标、飞行速度、高度和方向角等信息。由于影像相幅小，单次航测获取的影像数量较为可观，要获取整个区域的全局影像，就需要进行拼接合成[3]。受设备精度和风力影响，无人机航测飞行轨迹和姿态都不能保证完全的稳定，通过加装增稳云台，能够进一步提高成像质量。

1.2.1 图像预处理

无人机航测一般搭载的是非量测型数码可见光设备，其镜头存在着不同程度的畸变，这种畸变造成了坐标点的位移，会影响空中三角测量的精度，从而造成测绘成图的形变，需要进行几何矫正。几何校正的一般方法依据其技术分类，主要包括基于地面控制点、基于地形图或正射影像同名点匹配、基于飞行姿态参数；依据技术原理主要分为多项式纠正法和共线方程纠正法两大类[4]。

1.2.2 空中三角测量

空中三角测量利用地面控制点数据和影像观测数据来测定影像的方位元素，建立相应的航带或区域模型，从而获取加密点和平面坐标和高程。当前主要采用光束法区域网空中三角测量，是以每张影像为单元，以像点坐标为原始观测值，严格基于共线方程生成外方位元素和地面坐标。进行空中三角测量后就可以生成最终的测绘图像成图。

1.2.3 测绘图像成图

测绘图像成图包括DLG（Digital Line Graphic，数字划线图）、DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）和DOM（Digital Orthophoto Map，数字正射影像）等。DLG是以点、线、面形式或地图特定图形符号，表达地形要素的地理信息矢量数据集，具有各地理要素间的空间关系和相关的属性信息。DEM通过地形高程数据实现地形的数字化模拟，是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地形模型。DOM对影像进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的正射影像集，同时具有地图几何精度和影像特征[5]。

1.2.4 三维影像重建

随着计算机和无人机技术的发展，已经能够实现地物目标、局部区域的地形地貌的三维影像重建。主要技术包括基于影像视觉的三维重建技术和基于激光雷达的三维重建技术。影像视觉三维重建，可通过倾斜摄影影像生成三维模型，也可通过无人机拍摄的序列图像，通过三维重建算法生成三维模型。激光雷达三维重建，是通过无人机机载雷达获取点云数据，滤波后提取主要属性点进行纹理贴图生成三维模型。

2 在电力行业的应用探究

2.1 电网规划和工程勘测

在电力规划选址选线工作中，既要考虑负荷分布、又要考虑电网结构、还要考虑线路走径，规划选址选线布局的好坏，直接影响到电网结构是否合理，关系到电网建设经济性和电网运维的可靠性、安全性[6]。利用无人机航测技术，能迅速获取目标区域的地理信息，辅助电网规划方案的编制。在工程勘测设计阶段，通过无人机航测快速成图，辅助设计人员做好站址和线路路径方案比选。

2.2 电力线路通道巡查

在电网的运维检修工作中，线路走廊通道周边隐患点众多，在传统人工模式下，为弄清各类隐患的分布情况，需要大量人工进行全线摸排，其效率低、周期长、数据更新也不及时。利用无人机航测技术，可以迅速对线路走廊通道进行巡查，所需人工少、作业便捷、获取影像数据速度快、时间短，必要时可进行多次航测巡查，及时发现线路周边的安全隐患，为运维单位制定有针对性的防外力破坏事故措施提供直观影像依据。

2.3 电网数字三维重建

在电网的数字化三维重建工作中，通过无人机航测技术可以获取变电站和输配电线路的激光点云数据，从而得到地理空间三维信息，用于电网数字化建模，构建三维仿真模型，进一步开发电网的数字化三维管理信息平台，可用于再现设备现场的真实场景，通过三维场景漫游和交互式仿真操作，完成电网设备台账管理、资产管理、运维巡视、安全距离测量、检修作业辅助、生产培训等工作。