浅谈电力工程无人机数字摄影测量标准策略分析

浅谈电力工程无人机数字摄影测量标准策略分析

戴树森

​身份证号码：370983199108104616

摘要：随着科技的飞速发展，无人机技术已广泛应用于各个领域，特别是在电力工程中，无人机数字摄影测量技术凭借其高效、精确的特点，逐渐成为行业的新宠。然而，如何制定科学、合理的无人机数字摄影测量标准策略，确保其在电力工程中发挥最大效用，成为当前亟待解决的问题。本文旨在通过深入分析电力工程中无人机数字摄影测量的现状与发展趋势，探讨其标准策略的制定与实施，以期为相关从业人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：电力工程；无人机；数字摄影

我国地域面积较大，各个地区的电力工程在布线方式上存在一定差别。部分电力线路长期暴露在室外环境中，受环境干扰较大，容易引发电力工程各类故障，严重时会发生多次断电现象。为保证电力工程运行的平稳性，减少断电问题，要加强电力工程巡检，及时排查线路质量风险。然而，电力线路布设区域较大，部分地区环境条件欠佳，需借助无人机进行数字摄影测量，增强电力工程巡检的有效性。

1确定数字摄影参数

1.1设计航向重叠率

在数字摄影测量时，需准确测量电力线路、沿线地物的空间位置。测量中需要获取较高分辨率的影像数据，通常为2～5cm。架空电力线路跨越的地物类型较多，如山地、河流等。当山地地势变化较大时，数字拍摄影像极易出现较大误差、航拍影像重叠率较低等问题，会直接降低空三处理结果的准确性。为此，设计航向重叠率为70%～80%，以消除投影误差，保证空三处理质量。

1.2设计航线

无人机数字摄影测量航线在一定程度上决定了摄影测量数据处理质量。为此，有必要按照架空电力线路的布线方向，制定航线设计方案。假设电力杆塔为T，标记是i、i+1号的两个电力杆塔连接距离为L，两侧边线间距值设为d，中心线旁侧向外扩展的间距设为D，组成电力通道特大隐患的测量范围为（P1，P2，P3，P4）。在使用无人机进行数字摄影测量时，在中心线两边分别设计一条航线，进行来回航拍。

1.3设计航高

在设计无人机数字摄影测量航线时，无人机需在前期设定的高度上飞行。在地势较高区域航拍时，相对航高变低，会引起航拍覆盖区域变小。在重叠率不高的情况下，会导致空三失败。航高较低，点密度系数无法达到精度标准。为此，测量人员应参照铁塔高度，准确制定无人机高飞航拍方案。

1.3.1按照架空电力线路的各类信息，获取电力杆塔中心线位置、布线方向、塔型、高度等各类信息。第i个电力杆塔的高度计算如下：Hi=Zn+Hn+△H。（1）式中：Zn——第n个杆塔中心点的空间坐标参数，第n个杆塔中心点的空间坐标为（xn，yn，zn）；Hn——塔高参数；△H——无人机与塔顶的直线距离，按照设计的航线运行无人机时，参照第n、n+1个杆塔高度形成的高度差△H，制定斜线飞行路径。采用增加高度的斜线飞行方式，能够防止出现无人机撞山问题，保证沿线航拍影像的清晰度。

1.3.2影像清晰性GSD、影像元规格u、摄影设备焦距f、无人机航高H之间存在特定的空间几何位置关系：f×H-1=u×GSD-1。同一个航拍设备，其f、u不会发生改变，无人机航高的主要关联因素为GSD。根据GSD、u、f参数，综合确定航高H。

2建立三维模型

2.1建立电力线路测量的三维模型

在建立电力线路测量的三维模型期间，在三维模型内设计多条线段，将其看做电力线路，利用分段质心拟合处理方式，以应对电力线路分布错乱、分布不规律的问题。然而，多条线段的设计，可能会引起线段平滑性不足、连接线不完整等情况。如果在杆塔间隔位置，使用悬链曲线模型有效拟合电力线路空间，能够借助持续性较强、光滑性较高的曲线，更精准地表达电力弧垂情况，更好地处理导线点云不完整问题。使用无人机航拍电力工程，能够获取数量较多的电力线路影像。在拍摄所得的各类电力线路影像中，电力线路外部特征较为简单，具有纹理单一、方向明确的特点。如果使用原有的影像特征要素匹配形式，无法从三维模型中准确找出电力线路位置，会增加电力线路空间位置测定的难度。如果使用核线约束形式，关注核线、电力线路的相交位置c，将c点设定为匹配点，用于测定电力线路的空间位置，可能会出现测量结果不准确的情况。在实际测量中，测量人员可利用线上平台进行联合测量。引入线上平台后，参照电力线路成像过程，使用特征测定算法创建三维像对，寻找对应的影像图，自主提取影像图内的电力线路位置信息。获取位置信息后，测量人员借助三维测量方式，准确测定电力线路的各类坐标信息。使用悬垂曲线方程，得出电力线路坐标信息。在两个杆塔曲线悬挂位置，坐标初始点设为A，另一个悬挂点设为B。A与B的连线设为x′轴，组成平面坐标体系时，y′的曲线算法如下：y′=x′tanβ-γx（′l-x′）×（2σ0cosβ）-1。（2）式中：l——两个杆塔的间隔长度；β——杆塔之间的高度差角；γ——电力线路荷载均匀分布的比载值；σ0——电力线路表面各个位置的横向应力。一般情况下，σ0取值为3。

2.2建立电力线路传输路径的三维模型

建立电力线路传输路径三维模型，是测定传输路径障碍物的前提。借助无人机获得航拍影像、地物像控点等各类数据，利用光束法进行测量，获取照片中精确的空间坐标，依照数字摄影测量的匹配分析方法，精确匹配各类摄影资料，得出密集三维式点云。该点云资料包括地面、房屋、草木等各类地物数据，可展示电力线路传输路径的整个场景信息。

3发展电力工程无人机数字摄影测量技术

3.1航拍姿态控制技术

无人机数字摄影测量期间，各类环境因素可能间接干扰无人机飞行的稳定性，影响电力线路巡检工作。因此，有必要运用航拍姿态控制技术，保证无人机飞行的稳定性。首先，线性二次型调节器（LQR）控制.在巡检期间，运行LQR控制程序，可通过上行、下行、翻转、转弯等有效控制无人机姿态，保证无人机飞行状态的平稳性。其次，比例、积分、微分（PID）控制。在无人机内部添加PID控制设备，能够有效应对无人机姿态偏差问题。

3.2多个传感设备时间同步技术

3.2.1传感设备的功能

在无人机数字摄影测量期间，利用各类传感设备，获取测量结果，形成电荷耦合器件（CCD）影像。CCD影像会以三维测图形式，综合反馈电力线路的测量检查结果。

3.2.2时间同步方法

在全球定位系统（GPS）技术的支持下，能够明确无人机的具体位置，同步更新无人机回传的各类信息。在无人机实际航拍期间，由GPS发送时间信号，在控制程序内存储每秒脉冲数（PPS）信号，对各类控制程序进行同步控制。运行扫描仪接收PPS信号，保证时间数据的精确性。在此基础上，使用激光扫描设备统筹管理PPS、CCD各类数据资料

结束语：

通过对电力工程无人机数字摄影测量标准策略的深入分析和探讨，不难发现制定科学、合理的标准策略对于提升测量精度、提高工作效率具有重要意义。同时，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，无人机数字摄影测量在电力工程中的应用将更加广泛。期待更多的创新和突破能够涌现，为电力工程的无人机数字摄影测量提供更加完善、高效的标准策略支持，推动行业的持续健康发展。

【引用文献】

[1]李君，杨玉明.无人机航空摄影测量技术在电力工程测量中的应用[J].智能城市，2020，6（20）：29-30.

[2]薛科.无人机电力线路安全巡检的关键技术研究[J].中国设备工程，2023（21）：175-177.