无人机航测在输电线路勘察设计中的前景分析

2022-10-27佛山睿丰能科技有限公司杨德明

电力设备管理 2022年18期

佛山睿丰能科技有限公司杨德明

1 引言

随着人们生活水平的快速提升，对于能源的需求也随之提升，这也就对电网的建设提出了更高的要求。新建电网环网往往位于一些山地丘陵地带，这些项目涉及规模较大，同时受地形等因素影响较大，对于地理信息的要求较高。传统的测绘工作其风险较高，耗时长，且全地形测量精准度较难满足需求，容易出现误差，随着无人机航测与激光技术的应用，可以有效地解决传统航拍在电力设计中的应用问题，为电力设计提供更加高效的解决方案。

2 无人机航测的特征及发展

无人机航测技术需要利用无人驾驶的飞行器、遥测遥控技术、遥感技术、通信技术、定位技术等多种技术的融合，从而实现智能化、自动化以及专业化获取自然环境信息和国土资源、电力线路的地理信息，并完成航测数据收集、数据分析、数据建模以及应用分析等。无人机航测有着经济性高、快速、机动性强等优势，已经逐渐地从研究阶段进入到实用阶段。从无人机航测的发展来看，已经经历了动力源的变更、构型分化、差分类型选择等不同阶段。

2.1 无人机的动力源

从无人机航测的动力源来看，一些早期的无人机航测需要考虑到续航的问题，且受制于当时的电池技术不完善，所以一般使用油动作为驱动。油动的特点在于其续航时间长，但缺点是设备的安全性有待提升，作业时消耗的燃油成本高，航空燃油对于环境也有一定的影响。无人机机身重量轻，但油箱占据大多数重量和空间，随着无人机飞行的改变，机身重量逐渐降低，对于无人机的测绘工作产生负面影响。近年来，无人机更多使用电力作为驱动，在续航时间上较短，但是电池能够重复使用，对于机体产生的影响较小，所以更加安全[1]。

2.2 构型分化

构型分化是指无人机的多旋翼或者固定翼的形式，其中固定翼无人机由于其飞行速度快，所以留空时间长、高度高。多旋翼具有可以垂直起降，并且能够在重点区域悬停，通过这种方式实现重点观察，二者之间的适用对象有所不同。在电力系统中，多旋翼一般是用在面积较小的风电场、光伏场、变电站等区域进行小面积航测，而固定翼无人机多数应用在较长线路的电力设计上。

2.3 差分类型的选择

无人机航测&激光主要可以分为事后差分和实时差分两种类型，多数主流的航测无人机是属于事后差分，实时差分的要求较高，在一些测区复杂或者基准站的信号失真时，利用差分数据就会出现可靠性下滑等情况，而事后差分不容易出现这类问题。

3 无人机航测&激光在电力设计中应用的优势

3.1 无人机航测&激光成本显著低于传统测绘

在进行工程测量的实际操作中，成本是重要的影响因素之一。无人机的成本并不高，一般基础的无人机价格在几万至几十万元不等，同时可以重复使用在不同的工程中。传统的飞机测绘租赁费用较高，并且每一工程都需要单独租赁。无人机的发展非常迅速，其供能已经从油动逐渐转化为电动，因此更加安全、环保。在转场费用上，由于电力线路工程路径一般是线状走线，长度从几十千米到几百千米，如果使用传统的飞机进行测绘，飞机的转场困难，然而利用便携的无人机，可以有效地解决这一问题。

3.2 无人机航测&激光的工作效率更高

使用传统飞机进行航拍，其飞行的高度较高，且像幅较大，可以满足电力线路工程对于带宽的要求，但是传统飞机要在云上飞行，所以受云量的影响较大，且飞行的时间窗口较为有限，对于航测工作的效率有着较大负面影响。无人机采用贴地飞行方式，所以飞行的高度低，且受天气影响较小，飞行的窗口时间更长，转场方便，效率远超传统飞机，所以对于航测作业而言，具有更强的实用性[2]。

3.3 对于业内数据处理具有更高效率

在电力设计传统测绘中，空三加密具有较高的复杂性，对于作业人员的要求较高，同时其精度对于后续操作的影响也较大，所以在这一环节中，对于人员和时间的需求较大。无人机航测其影像数量显著提升，所以传统空三加密的方法，已经无法满足实际应用的需求，必须开发出全新的算法进行探讨。利用测绘软件与计算机视觉进行结合，对于一些重叠度大、姿态不稳定、像幅小的无人机采集的数据，具有重要的意义，已经能够实现空三功能。对于一些特殊的情况，可以引入人工的方式加强效果，这一点与传统的数据处理有着显著的不同。

4 基于无人机航测&激光的电力勘测设计应用流程

具体流程如图1所示。

图1 无人机电力勘测设计应用流程图

5 无人机航测数据的采集与使用

一般情况下，无人机航测所用的相机，往往都是一些非测量相机，存在着镜头失真的情况，所以在实际开展电力设计勘测之前，要明确镜头畸变的系数后能够有效地纠正，并确保关键参数不会改变，利用参数校准的方式对图像进行校正处理，并使用空三加密措施。

利用遥感系统。通过遥测设备远距离进行探测，从而识别电磁波，通过这种技术进行感应测量，进行资源信息的分析。一般情况下完整的遥感探测系统包括有信息源，也就是目标源自身发射电磁波。信息识别工具，主要是远程检测器以及检测电磁目标；信息应用，如遥感信息与应用程序等，通过这两者的结合，挖掘信息的内容以及可视化遥感测试的核心在于要测试大规模检测，且具有时效性要求的趋于，所以其受限数据较小，通常下载监控紧急情况、农业形势以及生态污染的监控上。与GPS 关注地理位置信息有所不同，遥感技术更加注重收集地理标识的数据[3]。

对专业数据的处理。基于专业化的航测可以看出来，数据空三加密具有较为复杂的特性，所以操作员需要具有充足的理论知识储备及操作能力。空三加密最终的准确性对于后续工作的开展具有重要意义，所以对于空三加密的要求要更高。无人机航测技术中，由于无人机的图像信息显著提升，所以传统的空三加密已经无法适用，必须适用全新的处理算法对于无人机航测获得的数据进行处理，如国内开发的天工摄影测量软件，通过这一软件，结合计算机技术以及图像处理算法等方式，应用在一些大重叠、不稳定姿态以及图像尺寸较小的侦测场景中，可以有效地降低人为因素造成的影响，并实现信息处理过程的自动化，有效提升其数据的处理效率。

无人机的勘测应用在电力系统中，通过多种方式进行操作，可以与遥测技术结合对比，无人机的航测技术能够综合物力与人力资源，其研究的工具灵活，且数据采集具有较高的时效性，能够实现自动化的数据处理，且环境地适应性更强等。对于电力系统的测绘，可以在云层以下运行，有效避免了云层所造成的图像模糊，以及数据异常等负面影响因素。利用无人机技术测绘遥远山地或者农村地区，可以有效形成当地的三维立体数据库，在这一基础上进行电力设计能够显著提升设计工作的效率[4]。

当前，国内对于电力线路设计的要求不断提升，要求要全程信息化，针对这一情况，超高压和特高压线路其跨度达到上千千米，所以涉及整体统一，需要使用大飞机进行整体的航摄，从而保证成果最终质量。另外，在一些传统的高压线路上，一方面要考虑经济成本、时间周期，另外还要考虑到适用性等问题，无人机航测具有显著的优势。无人机航测应用在电力勘测中要考虑到以下几个方面。

首先在一些传统的线路建设中，长度达到几十千米或数千千米，所以使用传统的大飞机进行航测依然有应用的价值，当然也可以使用固定翼无人机的方式进行测绘，从而降低资源消耗的同时，还能够确保工作的效率。

其次无人机航测应用在一些短程线路设计中，这类线路的设计使用传统大飞机其成本高，且航测的效率低，利用无人机航测的方式，能够充分发挥出无人机所具有的优势，降低成本损耗。在一些变电站、风电场、电厂、光伏场等区域，传统的大飞机并不适用，可以使用无人机航测的方法获得相应的影像数据，并辅助设计阀杆。在一些电力工程施工结束后，还会出现一些临时变更造成的路线变更，如果使用大飞机继续补测，容易造成工期紧张以及增加成本等情况，基于这一现状使用无人机航测的方式进行补飞，对于实际的测绘工作而言，可以做到更低的成本和更高的效率，这也是无人机航测应用的重要场景。

6 无人机航测&激光在电力设计中的发展前景

机载激光数字航测技术，作为一种集合了惯性导航、全球定位系统以及激光等技术为一体的系统，能够获得精确的三维坐标数据，并形成清晰的德牧系统，利用这一系统融合三项技术，可以精确定位激光束在物体上的光斑。所以，机载激光系统是一套系统性的主动传感系统，其发射的激光照射地面目标并不依赖太阳光，可以全天候收集地面的三维数据，并且这一系统获取的地面三维数据，在精确度和成本上明显优于传统车辆的方法。利用后期的处理技术，将地面与地面建筑物、植被等分离，可以实现数字化的地面模型，将数码相机集成到这一系统中，能够得到更加高分辨率的数字化与实体叠设的影像[5]。

机载激光航测系统在一些地貌复杂、阴雨天气较多的天气环境下，可以得到更好的发挥。使用机载激光测航测系统，首先要进行路径的初设，通过初设路径图，制定出沿路径图沿线的高分辨率卫星影像，利用高分辨率的遥感卫星，将无人机的路线细化，从而比较路线的路径方案，优化路径的方案。机载激光素质航测首先要利用高分辨率的卫星图像，确定无人机行进路线，并制定激光素质的航测计划。其次布设一些地面基准点，根据航测计划对于路径进行激光航测。机载激光数据在经过收集后，要集中下载和集中处理，并对数据进行分析，从而形成三维的立体模型，并制作出线路的DEM影像。

在收集数据以后，通过三维选线软件进行路径优化，然后根据基础数据，设计人员能够及时地对路线进行调整，并且从三维模型上，提取路径断面图，通过这种方式对于杆塔的位置进行排位优化，从而使杆塔能够更加经济和合理，做到线路中就有塔位的效果，如图2所示。电力路径的方案要基于数据化、立体化以及全局化上，显著降低勘测过程中操作人员的工作强度，并提升勘测的质量，降低工程投资的额度。对于路径的优化，可以利用三维选线软件对于路线上的房屋进行规避，降低动迁成本，也是降低工程资金投入的效果，通过减少跨越河流、电力线、公路等，缩短线路路径，统筹兼顾的合理布线，并通过这种方式对线路的走向以及塔位的方向进行调整。

图2

利用三维选线软件对于电线路径进行优化，可以显著提升经济效益以及社会效益。优化后的路径降低了资金投入，还能够减少杆塔的数量，降低钢材损耗，路径经过优化后，对于塔位的重新选择，避开了一些陡峭地形、悬崖以及不良的地质带等，做好塔位质量的控制，更加妥善的保障线路安全性。同时，在优化路径时，还需要避开密集的林区，该方式不仅保护了林木资源，降低林木砍伐的数量，同时满足了环保的要求。