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無人機(jī)航攝測量技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用論文
一、電力工程中無人機(jī)航空攝影測量概念
對于長距離、跨區(qū)域的大型輸電線路工程而言，測量工作需要更加精準(zhǔn)，測量的工作量也大幅提高，傳統(tǒng)的測量方式已經(jīng)無法滿足測量要求。近年來，計算機(jī)技術(shù)、攝影技術(shù)和無人航空技術(shù)都得到了快速發(fā)展，在這三種技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)，逐漸成為了最新技術(shù)研究的熱點。該種新型數(shù)字化勘測手段，可以有效的提高輸電線路設(shè)計環(huán)節(jié)、勘測環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)程度。通過實踐測試，無人機(jī)航空測繪技術(shù)在精度方面達(dá)到了1∶2000的技術(shù)規(guī)范要求，在技術(shù)條件、天氣情況完全允許的情況下，甚至可以完成1∶1000的地形圖測繪要求。就構(gòu)架組成而言，無人機(jī)航空測繪系統(tǒng)分為兩個部分：傳感器和遙感平臺。其中，傳感器為安裝在外部機(jī)身的拍攝裝置，核心設(shè)備是數(shù)碼攝像機(jī)；而遙控平臺則是指帶無人機(jī)機(jī)身及其相關(guān)的飛行參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)。我國目前使用的主流無人機(jī)，是由中國航空工業(yè)集團(tuán)自主研發(fā)的，具有體積小、速度快、飛行海拔高、通信距離遠(yuǎn)等操作優(yōu)點。該機(jī)在無電磁波干擾的情況下通信距離可以達(dá)到15km，降落滑跑距離150m，飛行海拔最高可以達(dá)到3600m，最大承載力超過3.5G，飛行時間1小時，飛行速度最大超過90km/h。
二、無人機(jī)數(shù)據(jù)制作全流程
根據(jù)無人機(jī)航拍特點及影像自身特性，工程中一般將一次完整的航拍過程分為三個階段：攝影計劃規(guī)劃、建立測區(qū)調(diào)控控制網(wǎng)及后期的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)空三加密處理。總體而言，無人數(shù)據(jù)處理的完整流程框架如圖1所示。
1攝影計劃規(guī)劃
我們測量過程中要使用到無人機(jī)對輸電線路全路徑進(jìn)行設(shè)計時，首先要將需要測量的范圍，無人機(jī)測量時起降位置等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，只有在完整正確的規(guī)劃和設(shè)計后進(jìn)行無人機(jī)航空測量，才能夠獲得更加真實準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)和圖像。
1.1航帶設(shè)計規(guī)劃
無人機(jī)的最大飛行時間是1小時，因此每一次的航空飛行拍攝包括起降時間，我們必須要控制在50分鐘內(nèi)，防止無人機(jī)因能源耗盡而導(dǎo)致墜機(jī)。尤其針對大面積目標(biāo)拍攝，航帶的規(guī)劃設(shè)計更加重要，通常需要幾個小時的航空拍攝才能完成。這個情況下應(yīng)合理設(shè)計多個架次，每一個架次保持在50分鐘內(nèi)，在測量區(qū)域規(guī)劃航帶。多架飛機(jī)按照計劃繼續(xù)相應(yīng)的交替降落和補(bǔ)給，可以完全獲得整個目標(biāo)輸電線路的影響數(shù)據(jù)。
1.2測量區(qū)范圍
要對輸電線路全線進(jìn)行完整、準(zhǔn)確的無人機(jī)航空測量，就必須首先將線路全境的測繪區(qū)域做好規(guī)劃。對于的輸電線路測繪目標(biāo)，應(yīng)在從空中俯瞰成一個兩邊等寬的長條帶狀目標(biāo)，同時應(yīng)將4個角控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，才能便于我們操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行航空測量。隨后，結(jié)合相應(yīng)的飛機(jī)飛行時間、飛行距離、飛行速度，設(shè)計整個航拍的流程和次數(shù)。較長的且曲折系數(shù)較大的線路，可分割成多個航帶進(jìn)行航飛。
2建立測量調(diào)控控制網(wǎng)
2.1測量區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)
為了保證無人機(jī)的拍攝的圖像準(zhǔn)確的獲取位置和坐標(biāo)以及后期圖像的制作與處理，必須要在需要測量的對線路沿線建立控制網(wǎng)�？刂凭W(wǎng)大小必須要按照輸電線路的長短來建立，并根據(jù)控制網(wǎng)的情況來，設(shè)置相應(yīng)的GPS控制點使之均勻分布，并最終建立相應(yīng)坐標(biāo)系。
2.2現(xiàn)場布置
對輸電線路全線的測量工作必須要保證拍攝到的圖像畸變較小沒有瑕疵。針對以上兩個要求，必須要使控制點布設(shè)的具體位置圖像清晰，能夠更容易的判斷立體測量方位，且布置外控點時還需要保證均勻，這種做好外控點布置，利用無人機(jī)航空拍攝出來的圖像和數(shù)據(jù)具有可靠性。
3無人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)處理
3.1影像比例糾正（CCD畸變系數(shù)β）
相機(jī)坐標(biāo)與影像坐標(biāo)不同，因此需對影像先進(jìn)行畸變差糾正。參數(shù)包括主點坐標(biāo)（I0，J0），對稱畸變參數(shù)（K1，K2），非對稱畸變參數(shù)（P1，P2），CCD非正方形比例系數(shù)α和CCD非正交性畸變系數(shù)β。
3.2空中拍攝（三角測量）
空中拍攝航測系統(tǒng)，指的是利用少量的測區(qū)中物方空間坐標(biāo)的地面控制點，通過區(qū)域網(wǎng)平差計算，求解加密點的物方空間坐標(biāo)與影像的外方位元素的運(yùn)算方式，簡稱區(qū)域網(wǎng)空中三角測量。利用空中三角測量，可以使測區(qū)中加密點分布更均勻、航帶間轉(zhuǎn)點更密集、加密精度更可靠，在平差結(jié)算后系統(tǒng)自動生成每張影像的加密點坐標(biāo)和外方位元素文件。
3.3DEM數(shù)據(jù)匹配（正射影像）
DOM實現(xiàn)的原理是通過生成的測區(qū)地表DEM模型，對影像進(jìn)行正射投影產(chǎn)生。目前，很多電力勘測單位利用PixelGrid軟件，自動進(jìn)行多模型、多重疊的DEM柵格數(shù)據(jù)，完成匹配、采集等多項工作，保證像方DEM點更準(zhǔn)確的切準(zhǔn)地面。以測區(qū)為單位，創(chuàng)建像對正射影像，分辨率根據(jù)要求輸出。為了保證影像的完整和質(zhì)量，整測區(qū)像片的正射影像都生成。
三、無人機(jī)在電力設(shè)計領(lǐng)域的運(yùn)用
實例近年來，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了電力行業(yè)的方方面面，利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行線路巡查、重大自然災(zāi)害的電力救援等案例層出不窮。在眾多方面之后，尤以無人機(jī)配套電力工程的全周期設(shè)計最為突出，使用效果也最為顯著，達(dá)到了節(jié)約人力、壓縮工期的優(yōu)化目標(biāo)。以西南高原山區(qū)某線路工程為例，本工程運(yùn)用了7個航帶、3200景0.04m分辨率的無人機(jī)影像數(shù)據(jù)，通過內(nèi)業(yè)空三加密處理，恢復(fù)為三維大場景線路選線航測平臺。多專業(yè)人員佩戴專業(yè)的立體眼鏡，在真實的航測工程環(huán)境下有序開展線路的初期大方案比選、路徑優(yōu)化等多個環(huán)節(jié)的數(shù)字化輸電線路設(shè)計工作。隨后，航測人員采用手工測量方式，在無人機(jī)立體像對上開展精化線路地形斷面測量，獲取全路徑范圍內(nèi)亞米級的地形斷面信息，對路徑方案的可行性及排桿立塔的合理性進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)論證。同時，設(shè)計人員可進(jìn)一步利用無人機(jī)影像資源，制作全彩色路徑正攝影像圖、三維大場景路徑漫游模型等一系列數(shù)字化航測遙感衍生產(chǎn)品，從而最終實現(xiàn)基礎(chǔ)資料數(shù)字化、設(shè)計過程可視化、成品質(zhì)量精確化的設(shè)計最終目標(biāo)。
四、結(jié)語
現(xiàn)代電力工程測量越來越多的將無人機(jī)航空攝影技術(shù)加入其中，航空攝影測量技術(shù)可以大量的減少人力物力，并且拍攝的圖像準(zhǔn)確、客觀，拍攝無場地和時間要求、速度快、成本低等多種優(yōu)勢，實踐表明無人機(jī)航空測量不僅在電力工程方面具有優(yōu)勢，在其他測量領(lǐng)域也可以大展拳腳。無人機(jī)航空測量攝影技術(shù)是一項值得在電力工程中推廣的技術(shù)。
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