無(wú)人機(jī)航空攝影在電力工程中的運(yùn)用

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【摘要】以無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)為研究對(duì)象，分析了該技術(shù)在電力工程測(cè)量中應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題。先闡述了無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的先進(jìn)性；之后結(jié)合當(dāng)前電力工程測(cè)量的特征，進(jìn)一步介紹了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況。從本次研究結(jié)果可知，現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠滿足電力工程測(cè)量需求，并且具有快速響應(yīng)能力等優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)、精準(zhǔn)度等方面均具有先進(jìn)性，應(yīng)該在更多地區(qū)做進(jìn)一步推廣。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī)；航空攝影測(cè)量技術(shù)；電力工程測(cè)量

前言

電力工程測(cè)量的工作量大，傳統(tǒng)的人力測(cè)量一直存在效率低、精準(zhǔn)度差的問(wèn)題，在一定程度上影響了電力工程工作的開(kāi)展。而隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)快速發(fā)展，該技術(shù)的飛行平臺(tái)是自動(dòng)駕駛的飛機(jī)，以數(shù)碼相機(jī)為傳感器，能夠?yàn)楣こ虦y(cè)量部分提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工測(cè)量中的不足，具有技術(shù)先進(jìn)性。因此，在我國(guó)電力行業(yè)快速發(fā)展的今天，進(jìn)一步了解無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用手段則更具有實(shí)際意義。

1無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的先進(jìn)性

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的實(shí)質(zhì)為：利用無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行影像信息采集。該技術(shù)通過(guò)機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與數(shù)碼相機(jī)，利用無(wú)線遙感技術(shù)完成控制，實(shí)時(shí)向基站傳送與目標(biāo)地區(qū)有關(guān)的影像學(xué)信息。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)具有先進(jìn)性，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）具有快速的響應(yīng)能力。在電力工程測(cè)量過(guò)程中，無(wú)人機(jī)始終保持著相對(duì)較低的飛行高度，這種飛行模式具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，一方面，天氣因素對(duì)無(wú)人飛機(jī)飛行的影響降低；另一方面，無(wú)人機(jī)本身對(duì)起飛、落地平臺(tái)無(wú)特殊要求，大部分空間均可滿足。同時(shí)文獻(xiàn)[1]在相關(guān)問(wèn)題的研究中也認(rèn)為，與其他類型測(cè)量設(shè)備相比，無(wú)人機(jī)具有良好的適應(yīng)能力，并且空域申請(qǐng)方便，便于維護(hù)、管理，還可以滿足大部分項(xiàng)目的使用要求。一般情況下，無(wú)人機(jī)的準(zhǔn)備時(shí)間很短，往往只需要10~15min，節(jié)省了大量的時(shí)間，有助于提高測(cè)量效率。（2）安全靈活。無(wú)人機(jī)機(jī)身小，不需要設(shè)置專門的場(chǎng)地，并且能夠滿足不同的場(chǎng)景勘探需要，能夠在多種環(huán)境下完成信息采集工作。就目前而言，我國(guó)的電力工程普遍位于地勢(shì)條件不理想的環(huán)境中，若由人工勘探則有可能出現(xiàn)人員傷亡，而無(wú)人機(jī)可以完全忽略這個(gè)問(wèn)題，避免工作人員進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境中工作，具有可行性。

2無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)手段研究

2.1無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行電力工程勘測(cè)時(shí)，所采用的無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)主要包括以下幾方面：（1）規(guī)劃測(cè)量區(qū)域。正式測(cè)量前，由操作人員精準(zhǔn)劃分本次無(wú)人機(jī)測(cè)量的目標(biāo)區(qū)域。在劃分過(guò)程中，嚴(yán)格按照電力工程項(xiàng)目勘測(cè)工作要求，適當(dāng)擴(kuò)大無(wú)人機(jī)測(cè)量范圍，這樣才能保證無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量能夠全面覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域。例如，吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院在電力工程項(xiàng)目勘測(cè)過(guò)程中，將整個(gè)勘測(cè)范圍劃分為多個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格均為長(zhǎng)方形，這樣無(wú)人機(jī)在勘測(cè)過(guò)程中就能嚴(yán)格按照網(wǎng)格的分布情況完成勘測(cè)，達(dá)到了預(yù)期目的。對(duì)于其他單位而言，在規(guī)劃測(cè)量區(qū)域過(guò)程中，可以參照吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院的成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)電力工程項(xiàng)目所處環(huán)境來(lái)規(guī)劃測(cè)量區(qū)域，避免測(cè)量中出現(xiàn)遺漏問(wèn)題。（2）設(shè)計(jì)合理的航線。在工程測(cè)量階段，航線是無(wú)人機(jī)攝影拍攝的路線，一般在電力工程項(xiàng)目測(cè)量工程中，需要多臺(tái)無(wú)人機(jī)共同完成航拍工作。同時(shí)現(xiàn)階段的無(wú)人機(jī)均存在體積小的問(wèn)題，決定了無(wú)人機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間飛行。針對(duì)這種問(wèn)題，工作人員就應(yīng)該高度關(guān)注無(wú)人機(jī)的飛行效率，認(rèn)真規(guī)劃每臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行路線，避免無(wú)人機(jī)的攝影測(cè)量范圍相互干擾而降低工程項(xiàng)目測(cè)量效率。文獻(xiàn)[2]在相關(guān)問(wèn)題研究中指出，在設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)飛行航線時(shí)，應(yīng)該保證機(jī)器之間的交叉飛行，這樣才能保證拍攝質(zhì)量；但是還應(yīng)該考慮無(wú)人機(jī)之間的飛行時(shí)間差問(wèn)題，避免一些位置沒(méi)有被拍到。（3）建立測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)。建立測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)有助于進(jìn)一步提高測(cè)量質(zhì)量，在測(cè)量過(guò)程中，需要根據(jù)電力工程項(xiàng)目測(cè)量區(qū)域的地理特征，建立空中三角測(cè)量平差網(wǎng)。在該網(wǎng)中，通過(guò)根據(jù)已知的控制點(diǎn)，結(jié)合實(shí)地勘測(cè)結(jié)果，對(duì)空中三角測(cè)量平差網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行界定，或者直接作用于測(cè)圖定向的像片控制點(diǎn)平面位置和高程上，方便后期在室內(nèi)對(duì)測(cè)量結(jié)果做進(jìn)一步處理。在區(qū)域控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，可以將測(cè)圖所需的大量控制點(diǎn)、像片所反饋的方位元素，以4D的形式生成控制點(diǎn)參數(shù)、像片定向參數(shù)，這樣可以為測(cè)圖數(shù)據(jù)分析提供統(tǒng)一的坐標(biāo)資料，方便相關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析。

2.2實(shí)證研究

2.2.1案例簡(jiǎn)介

在某地區(qū)的電力工程測(cè)量中采用了無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，其主要目標(biāo)是為本次項(xiàng)目廠址四周5.0km范圍內(nèi)的陸域環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步分析，最終為區(qū)域規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)有效的參數(shù)。從整體情況來(lái)看，所要勘測(cè)的區(qū)域位于山地地段，平均高程155.3±6.6m；電力工程項(xiàng)目周邊森林茂密，并且地勢(shì)條件不理想，采用人工勘測(cè)的難度較大。

2.2.2航空攝影

在本次項(xiàng)目中，所采用的無(wú)人機(jī)航空設(shè)備滿載27kg，使用LT無(wú)人機(jī)低空攝影系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有數(shù)碼相機(jī)，焦距調(diào)整為35mm，有3600萬(wàn)成像像素，相元大小為4.8μm。為了保證航空攝影質(zhì)量，將整個(gè)測(cè)量區(qū)域做分區(qū)處理，共分為兩個(gè)小分區(qū)，其比例尺分別為1：1000、1：2000。

2.2.3像片測(cè)量控制

（1）確定控制點(diǎn)。在布點(diǎn)時(shí)采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案，在勘測(cè)邊緣增加像控點(diǎn)，在1：1000分區(qū)內(nèi)按照航線確定10條基線，周圍一條基線的跨度點(diǎn)長(zhǎng)，所以設(shè)置20個(gè)像控點(diǎn)；在1：2000比例尺分區(qū)內(nèi)，按照航線確定12條基線，設(shè)置53個(gè)像控點(diǎn)。（2）布設(shè)檢查點(diǎn)。在1：1000分區(qū)內(nèi)設(shè)置6個(gè)檢查點(diǎn)，在1：2000分區(qū)內(nèi)設(shè)置12個(gè)檢查點(diǎn)，保證空三加密成果。

2.2.4影像數(shù)據(jù)處理

為了保證影像數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，采用先進(jìn)的空三加密與INPHO數(shù)字系統(tǒng)，主要的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容包括：（1）空中三角測(cè)量。采用相對(duì)定向的MATCH模塊實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)提取連接點(diǎn)的方式，在確定自由網(wǎng)平差后，Sigmal收斂值小于一個(gè)像素，所以像點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)的強(qiáng)度水平良好，像片連接點(diǎn)可以均勻分布在測(cè)量空間內(nèi)，這樣通過(guò)對(duì)后續(xù)的像控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，就能完成定向工作[3]。（2）畸變差糾正。在本次項(xiàng)目中，無(wú)人機(jī)中所裝置的數(shù)碼相機(jī)無(wú)測(cè)量功能，因此在測(cè)量過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)成像畸變差問(wèn)題，影響了測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)度。針對(duì)這種問(wèn)題，需要通過(guò)畸變差糾正的方法，通過(guò)相機(jī)檢驗(yàn)校正參數(shù)的方法，從像片中獲得理想的數(shù)據(jù)資料。

2.2.5成果評(píng)價(jià)

為了保證測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)度，在無(wú)人機(jī)航空拍攝攝影結(jié)果精度測(cè)量過(guò)程中，在側(cè)區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取50個(gè)平高監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)建立數(shù)字高程模型，進(jìn)一步判斷無(wú)人機(jī)測(cè)量結(jié)果。

3結(jié)論

在電力工程項(xiàng)目測(cè)量中，使用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量方法具有必要性，本文通過(guò)實(shí)際案例的經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)航空攝影的精準(zhǔn)度更高，因此具有推廣價(jià)值。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，未來(lái)的無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)勢(shì)必會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展，因此該技術(shù)可以更好的滿足電力工程項(xiàng)目勘測(cè)要求，具有技術(shù)推廣價(jià)值。

作者：胡念念 孟敏 單位：湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院