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电网工程建设中无人机航测技术的应用

学术期刊发表网 位置:理工论文 时间:2022-04-12 09:12 (12)

摘要:摘要: 为促进无人机航测技术在电网工程建设中的应用,分析了无人机摄影测量系统的组成、特点、应用范围与作业流程,介绍了其在电网工程建设中的应用,包括在线路规划与地形图测量、电

  摘要: 为促进无人机航测技术在电网工程建设中的应用,分析了无人机摄影测量系统的组成、特点、应用范围与作业流程,介绍了其在电网工程建设中的应用,包括在线路规划与地形图测量、电网应急救灾、电力巡线、电力线上异物处理中的应用。但受技术因素的影响,无人机在空中运行过程中仍然存在姿态不稳定、飞行时间偏短、航拍面积较小等问题。无人机的作业模式和技术规定尚不成熟,要想在电网工程建设中应用无人机摄影测量技术,仍需要不断深入研究。

  关键词: 电网工程; 无人机; 航测技术

航测技术

  智能电网能够满足人们的用电需求。应重视电网施工与设计,加强三维化数字管理,从电子技术角度入手,不断更新遥感影像。传统航测技术的航拍主要以土地资源、生态环境等为主,实际操作时需要搭载专用的航拍仪器,容易受天气因素的影响,应用成本较高,分辨率偏低。与传统航测技术相比,无人机航测技术的优势更为突出,体现在操作场地便捷、分辨率较高、集成度高、成本低等方面,故而未来电网工程建设中无人机航测技术的应用将更加普遍。

  1无人机摄影测量系统的组成及特点

  无人机摄影测量系统的组成包括系统硬件和配套软件。在系统硬件中,以飞行平台、传感器系统、飞行控制系统和地面监控系统为主。飞行平台类型不一,有双发型无人机、垂直尾型无人机等。受无人机有效载荷偏轻的影响,传感器系统通常以高端单反数码相机为主[1]。飞行控制系统包括气压计、全球定位导航仪、高度计、自动驾驶仪等。其中,全球定位导航是比较关键的技术,其搭载了先进的定位装备GPS和定姿装备IMU,结合目前主流的差分技术,可以实时准确获取无人机在空中的位置和姿态,有利于地面控制系统更好地管理无人机。配套软件以任务规划、质量检查、影像处理等软件为主。任务规划软件的作用是规划航空拍摄任务[2],目前这类规划软件品牌较多,有传统的摄影方式,也有变高飞行、仿地飞行等主流的航飞作业方式。质量检查软件的作用是对无人机拍摄内容的质量进行检查,要求影像满足航测规范,主要检查影像的重叠度、姿态、有无航拍漏洞等,由软件自动完成,通过人机交互的方式,查看原始影像的纹理和对比度等。影像预处理软件的作用是以正确的格式读入影像文件,目前无人机数据处理软件较多,每个软件对输入数据要求不同,通过数据预处理更改影像格式和POS坐标系统,能够使其更好地导入软件中。无人机摄影测量的特点主要有:操作场地方便。无人机不需要专门的机场进行升降,只要稍微平整的草地或公路就可以。分辨率较高[3]。

  无人机摄影可在低空、云下摄影,可获得分辨率较高的影像。集成度高。无人机摄影可应用在货物托运上,也可装载到运输车辆中。成本低。无论是无人机系统的维护还是维修,其成本都较低[4]。使用无人机进行航空拍摄时,需要注意该系统与传统拍摄相机相比,所携带的数码相机幅面偏小,所以单架无人机的航拍面积要控制在一定范围内,避免过大。受航拍范围的影响,无人机航拍面积最好不要超过20km。

  2无人机摄影测量系统的应用范围与作业流程

  2.1应用范围

  无人机摄影测量系统可快速、高分辨率地获取小区域内的影像,其具体应用体现在以下几个方面:其一,应急测绘。能比较快速且高分辨率地获取应急测绘中的影像。其二,小区域测绘[5]。能够获取城镇、乡村等小区域内的影像,保障影像的清晰度。其三,带状地区的选线勘测。可及时获取石油勘测、水利勘查等区域的影像,速度较快。

  2.2作业流程

  无人机摄影测量系统的作业流程:其一,设计现场航线。与传统的航摄相比,无人机航摄不需要了解地球曲率变化、地面点高程,一般是以小区域的航摄为主。只有在地形高差超过1/6或增大分辨率无效的情况下,需要设立摄影分区。其二,调试设备。在应用无人机前,要根据拍摄内容和范围,提前调试设备[6]。具体的调试内容包括对地面监控站点的调试与控制,无人机起飞前的机身检查,对飞机水平、滚转、转速及全球定位进行检查。其三,整理数据。无人机航拍完成后,在确保所获取影像清晰的基础上,整理相关数据。其四,检查质量。检查无人机获取的影像数量、是否发虚、命名情况等,对资料的完整性、坐点光标与实际飞行一致性等加以检查。其五,预处理。以TIF格式保存影像后,借助预处理软件改正畸变差,提交影像成果。其主要流程如图1所示。

  3无人机航测技术在电网工程建设中的应用

  3.1在线路规划与地形图测量中的应用

  无人机航测技术在电网工程建设中发挥着重要的作用。在电网工程建设中,线路规划与地形图测量是比较关键的内容。就电网工程中输电线路走廊规划而言,需要相对广阔的视野,从整体上对廊道加以规划。将无人机航测技术应用于走廊线路规划中,能够在特定区域内利用无人机,从比较全面的角度上对区域内的环境进行摄影,获取相应的地域信息资料。借助无人机测量技术掌握地域信息,能够帮助电网工程建设人员规划区域走廊通道。借助无人机航空拍摄,能够充分考量特定地域内的环境、规划等相关因素,了解走廊线路规划的特殊要求,对各个工程展开充分的协调,利用有限的通道资源,保障各区域走廊通道规划的合理性。就地形图测量而言,电网可行性研究设计需要有比较精准的地形图纸,无人机航测技术可获得比例尺相对合适的地域高清图像。在获得高清图像时,主要是利用无人机的高空控制,取得特定地域内的地形图,能够提高电网工程线路走向、站点设置效率。

  3.2在电网应急救灾中的应用

  当自然灾害发生时,及时启动应急处置,能够在一定程度上降低经济损失。无人机航测技术在电网应急救灾中具有重要作用,通常情况下,灾害发生后会对电网产生巨大影响,导致电网出现故障。将无人机航测技术应用于灾害环境航测中,能够快速掌握灾害环境中的电网故障情况,尽可能降低灾害对电网产生的影响,最短时间内恢复电网运行。一般情况下,若采用卫星或航空拍摄等方式,可能无法及时获取受灾区域电网的高清影像,影响电网的恢复,针对无人机航测技术在电网应急救灾中的应用,国家电网公司专门设置了应急救灾指挥中心,利用无人机测量技术的低空遥感系统,可获取受灾区域的影像,影像分辨率相对较高,能够为国家电网指挥中心评估灾害、采取相应的处理措施提供依据。

  3.3在电力巡线中的应用

  传统的电力巡线为人工作业,这种巡线方式效率低、成本高、风险性非常高,为解决这些问题,可以采用无人机技术。近年来,无人机测绘技术发展迅速,其相机质量不断减轻、无人机续航时间持续增加、挂载荷载种类不断增多,使得无人机用途越来越广。无人机主要通过以下几种方式进行电力巡线。通过视频回传技术实时回传巡线结果。通过挂载高清摄像头,沿着电力线方向飞行,对电力线进行航拍,并将航拍视频实时回传至地面站,地面站人员观看回传视频,及时发现电力线中存在的问题。通过建模还原电力线。采用倾斜摄影技术,沿着电力线进行低空多镜头影像数据获取。在相机曝光时,将相机曝光点的三维坐标记录下来,进行建模,常见的建模软件有瞰景Smart3D、中测智绘M3D等,结合影像数据进行三维模型的生产。在得到实景三维模型数据成果后,采用人机交互方式对模型查看,主要检查电力线方向是否存在安全隐患,如树障问题。查看各个部位螺丝是否松动,对疑似松动的部位进行实地核查,确保螺丝螺母固定牢靠。通过LIDAR技术获取高精度的数字表面模型数据成果。倾斜摄影技术是对实际地物进行还原,但是由于电力线是带状,采用建模方式空三解算出错率高,且树木拉花严重,内业无法对其进行准确巡检,虽然在一定程度上减少了外业工作量,但还有一定的工作需在外业完成。LIDAR技术具有全天候作业的特点,可以24h作业,受外界干扰少。其搭载的LIDAR设备可以发射密集的激光束,这些激光束在碰到障碍物后,会沿着原路返回,结合其搭载的高精度定位装备和定姿装备,可以准确获取障碍物的三维坐标,通过三维点云的形式将实际地物展现出来。这种方式较倾斜摄影来说,不存在模型拉花的问题,但是存在噪点的问题。噪点是一些干扰点,需要通过滤波等技术进行处理,剔除噪点,保留有效的三维点。通过对有效三维点的纠正和多架次拼接,可以得到完整的彩色三维点云,通过不同的颜色还原实际电力线的状态。采用人机交互的方式对三维点云坐标进行分析,可以发现螺丝松动部位,外业根据内业的判断直接在外业进行维护,可以有效提升电力巡线效率,降低巡线成本。通过计算电力线距离最近障碍物的距离,如通过树木的生长速度来估测其对电力线产生影响的最早时间,提前进行人工干预,为安全输电提供保障。

  3.4电力线上异物处

  无人机可以挂载多种载荷,这为电力线上异物处理提供了一种方法。当电力线上有塑料袋等异物时,采用传统人工作业方式去除异物,风险性很高,如果采用无人机搭载喷火荷载,可以精准地去除异物,效率高,风险低。无人机在空中对异物进行处理时,需要精准定位,因此对无人机作业员的要求较高。冬季,电力线上容易积雪结冰,这会增加电力损耗,为了降低电力损耗,可以使用无人机搭载喷洒装置,沿着电力线上方对电力线进行精准撒盐,加快电力线上积雪的融化,降低电力线损耗。可以估算电力线最大能够承受的积雪量,提早采取相应措施处理积雪,以防积雪过多导致电力线断裂。

  4结语

  无人机航测技术的作用日益凸显,通过对无人机航测技术系统、特点、应用范围及作业流程的分析,从线路规划与地形图测量中的应用、电网应急救灾中的应用等方面入手,深入探究无人机航测技术系统在电网工程建设中的应用。与传统的航空拍摄方式相比,无人机优势显著,但受技术因素的影响,无人机在空中运行过程中仍然存在姿态不稳定、飞行时间偏短、航拍面积较小等问题。无人机的作业模式和技术规定尚不成熟,要想在电网工程建设中应用无人机摄影测量技术仍需要不断地深入研究。

  参考文献:

  [1]顾羽峰.基于无人机航空摄影测量技术在电力工程测量中的应用研究[J].中国战略新兴产业,2019,(44):44-45.

  [2]叶祥志.无人机低空摄影测量技术在电力线路工程中的应用[J].中国战略新兴产业,2019,(36):60-61.

  [3]吕彦雷,付洋杨.基于BIM的无人机实景建模技术在项目施工中的应用研究[J].中国建筑金属结构,2019,(09):58-60.

  [4]周函宇,吕凌宇,简学云,等.无人机航空摄影测量技术在电力工程测量中的应用[J].电力系统装备,2019,24(08):203-204.

  [5]唐海剑.无人机航测技术在建筑规划布局中的应用研究[J].测绘与空间地理信息,2020,260(12):180-182.

  [6]卡米力江·阿布力米提.无人机航空摄影测量技术在水利工程测量中的运用[J].河北水利,2020,300(02):46-47.

  [7]刘瑞敏,李永刚.无人机航测技术及其在电网工程建设中的应用探讨[J].科技创新导报,2020,17(11):24-25.

  [8]韩文军,雷远华,周学文.无人机航测技术及其在电网工程建设中的应用探讨[J].电力勘测设计,2010,(03):62-67.

  [9]赵晶,周高伟,胡博.面向西部电网工程建设的测绘地理信息综合服务支撑体系应用研究[J].北京测绘,2020,34(12):1712-1717.

  作者:程建峰


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