魯杰 侯力楓 徐碩 王樹(shù)軍

(國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司 河北承德 067000)

隨著社會(huì)能源需求的強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)，電網(wǎng)覆蓋范圍迅速擴(kuò)展，變電站和輸配電線(xiàn)路分布廣袤、地理和氣象環(huán)境復(fù)雜多變。在電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)維工作中，傳統(tǒng)的以人工為主的作業(yè)模式愈發(fā)顯現(xiàn)出勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間周期長(zhǎng)、作業(yè)效率低、經(jīng)濟(jì)成本高、安全性無(wú)法得到完全保障的弊端，亟待通過(guò)新的技術(shù)加以改善和解決[1]。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)突飛猛進(jìn)，給地理信息測(cè)繪技術(shù)帶來(lái)全新的變革，不僅能夠快速開(kāi)展測(cè)繪作業(yè)，也能滿(mǎn)足不同類(lèi)型作業(yè)任務(wù)的精度要求，結(jié)合信息圖形圖像技術(shù)，在數(shù)據(jù)處理方面也更加高效，并且有效降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)成本，呈快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。

1 航測(cè)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

1.1 航測(cè)數(shù)據(jù)影像獲取

無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)工作包括現(xiàn)場(chǎng)勘查、任務(wù)規(guī)劃、航線(xiàn)規(guī)劃、參數(shù)計(jì)算、地面控制點(diǎn)布設(shè)、測(cè)繪航拍等。航測(cè)數(shù)據(jù)影像獲取可通過(guò)人工規(guī)劃航線(xiàn)后由無(wú)人機(jī)自動(dòng)飛行獲取，期間盡可能減少人工干預(yù)帶來(lái)的誤差。重點(diǎn)做好航線(xiàn)和測(cè)繪參數(shù)設(shè)置，以及測(cè)量設(shè)備的校驗(yàn)，確保獲取的影像數(shù)據(jù)滿(mǎn)足質(zhì)量要求，主要參數(shù)包括成像重疊度（航向重疊、旁向重疊）、航線(xiàn)彎曲度及航高差，以及鏡頭畸變矯正等。

1.2 航測(cè)影像特點(diǎn)

在規(guī)劃航線(xiàn)時(shí)，影像的重疊度一般較高，航向重疊一般在56%～75%，旁向重疊一般在30%～35%[2]。無(wú)人機(jī)在拍攝影像的同時(shí)，同步記錄影像的經(jīng)緯度坐標(biāo)、飛行速度、高度和方向角等信息。由于影像相幅小，單次航測(cè)獲取的影像數(shù)量較為可觀(guān)，要獲取整個(gè)區(qū)域的全局影像，就需要進(jìn)行拼接合成[3]。受設(shè)備精度和風(fēng)力影響，無(wú)人機(jī)航測(cè)飛行軌跡和姿態(tài)都不能保證完全的穩(wěn)定，通過(guò)加裝增穩(wěn)云臺(tái)，能夠進(jìn)一步提高成像質(zhì)量。

1.2.1 圖像預(yù)處理

無(wú)人機(jī)航測(cè)一般搭載的是非量測(cè)型數(shù)碼可見(jiàn)光設(shè)備，其鏡頭存在著不同程度的畸變，這種畸變?cè)斐闪俗鴺?biāo)點(diǎn)的位移，會(huì)影響空中三角測(cè)量的精度，從而造成測(cè)繪成圖的形變，需要進(jìn)行幾何矯正。幾何校正的一般方法依據(jù)其技術(shù)分類(lèi)，主要包括基于地面控制點(diǎn)、基于地形圖或正射影像同名點(diǎn)匹配、基于飛行姿態(tài)參數(shù)；依據(jù)技術(shù)原理主要分為多項(xiàng)式糾正法和共線(xiàn)方程糾正法兩大類(lèi)[4]。

1.2.2 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量利用地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)和影像觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)定影像的方位元素，建立相應(yīng)的航帶或區(qū)域模型，從而獲取加密點(diǎn)和平面坐標(biāo)和高程。當(dāng)前主要采用光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量，是以每張影像為單元，以像點(diǎn)坐標(biāo)為原始觀(guān)測(cè)值，嚴(yán)格基于共線(xiàn)方程生成外方位元素和地面坐標(biāo)。進(jìn)行空中三角測(cè)量后就可以生成最終的測(cè)繪圖像成圖。

1.2.3 測(cè)繪圖像成圖

測(cè)繪圖像成圖包括DLG（Digital Line Graphic，數(shù)字劃線(xiàn)圖）、DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）和DOM（Digital Orthophoto Map，數(shù)字正射影像）等。DLG是以點(diǎn)、線(xiàn)、面形式或地圖特定圖形符號(hào)，表達(dá)地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集，具有各地理要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息。DEM通過(guò)地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地形的數(shù)字化模擬，是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地形模型。DOM對(duì)影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的正射影像集，同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征[5]。

1.2.4 三維影像重建

隨著計(jì)算機(jī)和無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)地物目標(biāo)、局部區(qū)域的地形地貌的三維影像重建。主要技術(shù)包括基于影像視覺(jué)的三維重建技術(shù)和基于激光雷達(dá)的三維重建技術(shù)。影像視覺(jué)三維重建，可通過(guò)傾斜攝影影像生成三維模型，也可通過(guò)無(wú)人機(jī)拍攝的序列圖像，通過(guò)三維重建算法生成三維模型。激光雷達(dá)三維重建，是通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載雷達(dá)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，濾波后提取主要屬性點(diǎn)進(jìn)行紋理貼圖生成三維模型。

2 在電力行業(yè)的應(yīng)用探究

2.1 電網(wǎng)規(guī)劃和工程勘測(cè)

在電力規(guī)劃選址選線(xiàn)工作中，既要考慮負(fù)荷分布、又要考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、還要考慮線(xiàn)路走徑，規(guī)劃選址選線(xiàn)布局的好壞，直接影響到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是否合理，關(guān)系到電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性和電網(wǎng)運(yùn)維的可靠性、安全性[6]。利用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，能迅速獲取目標(biāo)區(qū)域的地理信息，輔助電網(wǎng)規(guī)劃方案的編制。在工程勘測(cè)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)快速成圖，輔助設(shè)計(jì)人員做好站址和線(xiàn)路路徑方案比選。

2.2 電力線(xiàn)路通道巡查

在電網(wǎng)的運(yùn)維檢修工作中，線(xiàn)路走廊通道周邊隱患點(diǎn)眾多，在傳統(tǒng)人工模式下，為弄清各類(lèi)隱患的分布情況，需要大量人工進(jìn)行全線(xiàn)摸排，其效率低、周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)更新也不及時(shí)。利用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，可以迅速對(duì)線(xiàn)路走廊通道進(jìn)行巡查，所需人工少、作業(yè)便捷、獲取影像數(shù)據(jù)速度快、時(shí)間短，必要時(shí)可進(jìn)行多次航測(cè)巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路周邊的安全隱患，為運(yùn)維單位制定有針對(duì)性的防外力破壞事故措施提供直觀(guān)影像依據(jù)。

2.3 電網(wǎng)數(shù)字三維重建

在電網(wǎng)的數(shù)字化三維重建工作中，通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以獲取變電站和輸配電線(xiàn)路的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而得到地理空間三維信息，用于電網(wǎng)數(shù)字化建模，構(gòu)建三維仿真模型，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)電網(wǎng)的數(shù)字化三維管理信息平臺(tái)，可用于再現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景，通過(guò)三維場(chǎng)景漫游和交互式仿真操作，完成電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬管理、資產(chǎn)管理、運(yùn)維巡視、安全距離測(cè)量、檢修作業(yè)輔助、生產(chǎn)培訓(xùn)等工作。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)取得很大進(jìn)展，但也提出了更高要求，相信隨著技術(shù)的迭代更新，無(wú)人機(jī)航測(cè)設(shè)備將會(huì)集成度更高、便捷性更好、易用性更佳，作業(yè)流程和影像處理將更加自動(dòng)化和智能化，助力電力行業(yè)的快速發(fā)展。