轻型无人机航摄技术在风力发电场工程建设中的应用与发展

中电建新能源集团有限公司 吴 昊 温子明

1 风力发电场工程建设与无人机航摄技术

1.1 风力发电场工程建设开展无人机航摄的可行性

风能是一种清洁无公害的可再生能源，风力发电作为最环保的能源供应方式之一，近年得到迅猛发展。随着国家双碳政策和千乡万村驭风计划的推进，以及未来在沙漠、荒漠、戈壁等地区风力发电项目的投资将大幅增加，风力发电项目的工程建设也必定成为重点监管领域。风力发电工程建设过程中，图像、视频记录是工程形象进度、安全施工监督的常用方法，也是是工程档案制作的一个重要环节。由于风力发电设备体积庞大且机位会选在海拔较高处，常规拍摄很难完全展示场区面貌和设备情况，此时借助无人机航摄技术可较好完成相关任务。因政策和资源限制，风力发电场一般位于远离城市和军事设施的海洋、山地、平原、荒漠等区域，多是非管控空域，无人机在场区内飞行的限制因素少，视野开拓，开展无人机航摄十分适宜。

1.2 风力发电场工程建设对无人机的需求

由于某些风力发电场往往位于人迹罕至的地方，在建设前期部分地点道路崎岖、车辆甚至无法通行，往往需要步行前往，因此无人机须体积小、重量轻、便于携带；风力发电场一般位于风速大的地区，这对无人机的飞行姿态和动力有较大影响，甚至会导致失控、坠机事故的发生，故无人机的要有较强抗风性；因风力发电场场内往往配置有测风塔、送出线路等人为障碍，无人机需有精确的避障能力。基于以上考虑，目前风力发电场工程建设中可选用大疆精灵系列、御系列等四轴轻型无人机开展航摄。同时考虑到飞行距离有限，可选配变焦摄像头可扩大拍摄距离，从而实现更大范围的拍摄。

2 无人机航摄技术在风电场工程建设中的应用

2.1 拍摄前期准备

航摄前需确认设备的性能可靠。要提前检查无人机电量是否充足、内存卡容量是否充足、各个功能模块是否正常连接可用、GPS信号是否能够搜索到。设备性能的可靠性至关重要，如果不能满足，轻则造成无效飞行，严重可能导致事故发生；航摄前需做好飞行计划。编制飞行计划需对即将飞行的区域有非常深入的研究，尤其是要规避法律法规中的管控空域。一般飞行计划主要分为两个方面：

飞行路径的规划。由于无人机的航程和遥控距离固定，而风力发电场需航摄范围往往较大，飞行路线会超出无人机的有效航程，因此需提前研究地图，规划最优的飞行路径。规划山地风力发电场飞行路径时，还需考虑到海拔高度的变化，此时应参考3D地图、地形勘测图等能显示海拔高差的地图。对于部分交通不便、有茂密林木覆盖的风力发电场，提前通过卫星地图、甚至提前赴实地踏勘以规划好起飞地点也尤为重要。同时，飞行路径的方向也需考虑光照方向，尽量将航拍飞行的朝向顺着阳光方向，以便获得更好的航拍效果。

飞行模式的确定。根据无人机厂家的软件设定，常用的飞行模式分为手动和自动两种。手动飞行模式需驾驶员全程通过摄像头和传感器传回来的图像、方位数据操控无人机飞行，自动飞行模式则是提前将即将飞行的途径点坐标、高度、无人机的动作等参数设置到软件后无人机自动执行飞行任务。手动飞行模式适用于地形复杂、拍摄难度大、有飞行参照点的飞行任务，优点是所见即可拍，过程中方便调整航向与镜头动作；缺点是拍摄的精准度较差，无法在有遥控信号阻挡的地方拍摄。自动飞行模式适用于地面无参照物辅助飞行、飞行难度低、拍摄精度高、遥控信号易受阻挡的飞行任务，缺点是对飞行计划的要求高、飞行过程中不易调整路线和姿态。

飞行路径和飞行模式的确定没有先后关系，在飞行路径制定后，就必须研究并确定飞行模式，同时确定好飞行模式后也需进一步对飞行计划进行深入完善。航摄前需掌握飞行区域的天气情况。市场常见的轻型无人机执行飞行任务对天气有极为严格的要求，阴雨大雾天气对无人机的飞行及拍摄均会产生严重影响，因此宜选择持续天气晴朗的时候开展航拍任务。风力发电场往往处于风资源较好的区域，无人机执行航拍任务时也得密切关注风速风向变化，风速过大时不宜开展航摄，对于阵风天气尽量站在下风方向无障碍物的地方，以免风速突变导致无人机无法返航后信号丢失。

表1 御MAVIC2轻型无人机部分参数

2.2 主要应用场景

根据风力发电场工程建设各阶段的特点，轻型无人机航摄技术在不同阶段均有不同的作用和模式。

建设前期。风力发电场项目建设前期开展无人机航摄，能很完整的记录建设前机位、道路及场区内的各种信息，便于开展微观选址、初步设计、道路方案设计等工作。在开工建设前航摄，需初步判断机位和升压站的位置：山地风电场可通过地形变化去判断待拍摄点位置；平原风电场可通过附近的道路、村落大概判断拍摄点的位置；海上、草原、荒漠则很难找到参照物，因此建设前期大多使用自动飞行模式，通过输入经纬度坐标在地图上规划飞行路线，提前对镜头动作进行编程，然后让无人机自动完成拍摄任务。建设前期的航拍资料收集存档可记录施工前区域内的农田、树木、建筑、墓地等情况，有助于规避建设风险、厘清责任，能够更加清晰、全面的反应项目建设前后的对风力发电场区域自然环境、水土保持情况的影响。

建设期间。风力发电场项目建设期间开展无人机航摄能记录整个在建过程中工程进度情况。由于风力发电场工程区域大、施工面多、海拔落差大，地面拍摄往往只能反映工程的一个局部，无法展现整体的形象进度，不利于过程把控。通过无人机航摄技术可全面的拍摄到场区内各个施工面的情况，施工人数、设备数量、施工面积、环水保措施一目了然，可作为工程日志的补充材料，避免后续出现工程纠纷。另一方面，建设期间如有阻工事件发生，通过无人机航摄技术拍摄记录现场情况，既能保证拍摄人员安全、又能起到一定威慑作用。建设期间航摄一般采用手动飞行模式，由于有参照物，可针对性的选择好拍摄角度和取景范围，以便更好地展示形象进度。也可采用自动飞行模式，设定好固定的飞行路径和拍摄动作定期拍摄，后期再将图像制作成视频，以展现整个建设过程。

工程竣工。风力发电场项目竣工后开展无人机航摄可展现整个工程的效果，既可作为竣工验收的一个依据，又可成为对外宣传的一个名片。竣工后宜采用手动拍摄模式，有针对性的对要宣传的对象进行拍摄，但要注意规避已建成的风机、输电线路等高空障碍物，以免发生意外。

2.3 后期制作

对于风力发电工程航摄成果的处理是一个专业性很强也极为费时的工作。对于航摄的照片，应按照拍摄日期、地点、施工部位和施工方式的不同命名后存档，以便后期查阅。对于航摄的视频可根据需要进行裁剪拼接，利用视频剪辑软件增加简单的文字、图片说明，甚至使用专业动画软件进行动画制作，增加要素，以达到想要的展示效果。

3 无人机在风力发电场工程使用的展望

目前市场上的消费级轻型无人机性能已基本能满足风力发电场工程建设期间航摄需求，但在某些方面还是存在着不足。着眼未来主要有如下几个方向可进一步提高无人机的性能：

轻便性。由于风力发电工程野外作业时间较多，车辆甚至都无法直达，未来风电场工程建设期间航摄使用的轻型无人机应朝着体积更小、重量更轻的方向发展，方便使用者背着无人机翻山越岭。且随着电池储能能力的提高，更轻便的无人机续航时间更长，可执行更长距离的飞行任务，减少起降频次，具备更高的工作效率。

适应性。防水、防风、防干扰、防盐雾一直是无人机在野外飞行的几个短板，未来无人机应具备更强的适应性，不再受制于天气和信号因素的影响，具备全地形全气候航摄能力，确保工程建设中随时能够开展航摄工作；智能性。未来人工智能技术不断进步，无人机作为高度智能化的电子设备，必将具备一定的判断和决策能力，不再依赖人工繁杂的设置和操作，而是自动编制飞行计划、自动执行航摄任务。