无人机低空摄影测量技术在电力线路工程中的应用

李亚男，道勇，王 骏，黄进航

(福建省电力勘测设计院，福建 福州 350003)

无人机低空摄影测量技术在电力线路工程中的应用

(福建省电力勘测设计院，福建 福州 350003)

无人机低空摄影测量技术以其明显的优势在众多行业得到应用。本文以湄洲湾第二发电厂的送电线路为研究区域，根据无人机低空航摄技术和输电线路的特点，进行了无人机低空摄影测量技术在电力选线中的应用研究，并在控制点布设方法、空三加密方法、数据格式转换和精度分析等方面进行了研究，建立了一套实用的无人机航测数据获取和数据处理流程，基本满足架空输电线路工程的要求。

无人机；摄影测量；电力线路；数据格式转换。

1　概述

传统航空摄影利用大中型飞机搭载专业的量测相机进行航拍，可获取大幅面、清晰度高的影像数据，能够满足输电线路工程施工图勘测设计阶段的需要，但传统航空摄影测量技术需要专用的机场和空管审批，而且作业周期长、受天气状况影响较大、费用高。然而，福建沿海地区云层较厚、天气多变，很难满足传统航测的要求。近年来，随着无人机技术的发展，无人机低空摄影测量技术已经可以满足1:1000-1:2000地形图测绘，在电力巡线、风电场选址等多种电力工程中得到了广泛的应用，取得了良好的效果，但在输电线路工程中应用研究不足。今年，我院承接了福建省湄洲湾第二电厂的送电线路工程，使用无人机低空摄影测量获取了沿线2 km范围的航测数据，同时对外业相关操作和内业数据处理展开了研究。

2　输电线路工程应用实践

无人机低空摄影测量技术在输电线路工程中的工作流程分为四个阶段：前期准备阶段，像控测量阶段、航拍阶段和内业数据处理阶段。作业流程见图1。

图1　作业流程

2.1输电线路区域概况

输电线路起于福建沿海地区的某电厂，电压等级为500kV，总长度约55 km，沿途经过池塘、河流、丘陵、平地，跨越高速路、铁路和村庄等，见图2。根据工程要求，需要获取沿线路左右两侧各1 km的影像数据。

图2　线路路径

2.2无人机和相机类型

本工程要求平断面图的精度为1∶1000，根据规范要求，影像的分辨率不高于0.1 m。考虑到无人机的续航要求和影像的分辨率，本工程采取了智能鸟KC2000油动固定翼无人机和NIKOND810相机。无人机的续航时间约3 h，飞行速度约为100 km/h，相机的相幅大小为7360×4912像素，像素大小为4.88 μm。

2.3像控点布设和量测

由于测区包括树木茂盛的山地、池塘等不易查找明显特征点的区域，如果先拍摄影像，然后在影像上查找控制点，一方面很难找到足够数量的明显点，另一方面也很难保证这些点分布均匀。因此，本文采用先根据线路路径，在Google Earth上，设计控制点分布情况，在航拍之前布设像控点。在平地上，通过在稳定地面喷漆，制作十字标志，作为控制点；在植被覆盖的地方，在草地上固定白色塑胶袋，并在塑胶袋上喷漆制作十字标志。

外业制作控制点标识的同时，使用GPS进行控制点测量。这种人工制作控制点的方法，保证了控制点有足够的数量，而且控制点的分布均匀。控制点分布见图3。

图3　控制点分布

2.4 影像获取

整个输电线路转点共50个，考虑无人机续航时间和地形因素，将整个区域分为7个测区，用数字编号。每个测区分别进行航拍，并根据线路走向，适当调整航带长度，测区划分和航带分布情况见图4。根据本工程对地形图比例尺和影像地面分辨率的要求以及地形因素，根据航高计算公式计算得出相对航高约为500 m。根据线路坐标和所需获取的区域宽度以及《低空数字航空摄影测量外业规范》(CH/Z 3004-2010)中关于对航向、旁向基线的要求，计算出每个测区所需航带数，见表1。每个架次航飞结束后，按照规范[5]的要求，立即对获取的影像数据进行检查。

图4　测区划分

表1　各测区的航带数和相片数

2.5空中三角测量

由于每个测区覆盖的面积，都超过线路路径左右一公里范围，对于沿海岸的区域，无需海上的影像。而且，当影像落水时，难以匹配出足够的转点，增加了空三的难度。所以在进行空三加密前，先对影像进行筛选，然后按照规范要求的精度，进行空三加密。

2.6数据格式转换

本文中，空三加密的软件使用的是航天远景的DATMatrix，为了能够使用VirtuoZoEle进行优化选线和平断面测图，需要将加密成果，导入VirtuoZo中，恢复测区并生成立体模型。

航天远景空三软件DATMatrix使用的PATB进行平差计算，空三完成后，导出标准的PATB格式的空三成果，使用VirtuoZo2014导入空三成果并生成立体模型。对于出现由于作业区定义问题而无法生成核线的情况时，要对出现问题的模型手工定义作业区，然后再生成核线影像。

由于影像数量较多，生成的立体模型数量也较多，然而只有一部分模型是在线路边线距离内的，为了提高效率，可以根据线路坐标，导入位于线路边线范围内相片的空三结果，并生成相应的立体模型。如果出现线路优化或者改线，再根据修改后的线路坐标导入对应的空三结果。这样做一方面可以有目的地选择相片，减少导入空三结果和生成核线像对的时间；另一方面是减少生成的立体模型个数，绘制平断面图时，便于查找对应位置的模型，同时，还减少了数据的存储空间。

2.7建立大场景及绘制平断面图

数据格式转换完成后，根据VirtuoZoEle的作业流程，生成大场景。在具体绘制平断面图时，为了方便地找到指定位置对应的立体模型，可以将相片的POS数据和线路数据导入Google Earth中，根据相片的位置找到立体模型。

由于无人机采用的是非量测相机，虽然经过畸变校正，然而在相片边缘的位置，仍然存在一定量的畸变，这种畸变在高差大的情况下会表现得更明显。所以在绘制平断面图时，尽量选择能够位于中间区域的立体模型进行测图。

3　精度分析

本工程获取的全部影像的分辨率为0.1 m，表2是对20个点的立体测量坐标和野外实测坐标对比结果，由表2可知，平坦地区平面校差小于0.2 m、高程校差小于0.3 m，山区平面校差小于0.4 m、高程校差小于0.5 m，基本满足工程实际需要。

表2　立体测量坐标与野外实测坐标对比

4　总结

本文主要介绍了无人机低空摄影测量在电力线路工程中的应用，通过在实地布设明显的标志作为像控点，根据线路走向，将线路范围区域分为多个测区分别设计航带数和长度，并分别进行航拍。检查相片质量后，进行空三加密，并生成通用的PATB格式的空三结果，根据软件之间的协同性，选择对应的软件导入空三结果和批处理，在相片选择时，考虑数据量和处理效率，结合线路坐标和线路范围，选择对应的相片建立立体模型。在绘制平断面图时，尽量使用靠近立体模型中间位置的模型进行绘制。通过精度检验和分析发现，无人机影像清晰，范围合理，立体模型和绘制的平断面图精度满足工程需要，效益显著。

[1] 郑小兵，等．无人机摄影测量技术用于电力勘测工程的探索和设想[J]．电力勘测设计，2009，(6)．

[2] 刘国嵩，贾继强．无人机在电力系统中的应用及发展方向[J]．东北电力大学学报，2012，(32)．

[3] 杨爱玲，孙汝岳，徐开明．基于固定翼无人机航摄影像获取及应用探讨[J]．测绘与空间地理信息，2010，33(5)．

[4] 文道平，吴杰．无人机低空摄影测量在云南高原山区风电场地形测量中的应用[J]．科技创新与应用，2015，(4)．

[5] CH/Z3005－2010，低空数字航空摄影规范[S]．

Application of Low-altitude UAV Photogrammetry in Transmission Line Engineering

LI Ya-nan, TU Dao-yong, WANG Jun, HUANG Jin-hang
(Fujian Electric Power Survey &Design Institute, Fuzhou 350003, China)

With many obvious advantages, low-altitude UAV(Unmanned Aerial Vehicle) photogra mmetry technology has a wide range of applications in many industries. This paper take the transmission line from the second power plant in Meizhou Bay to a substation as the study area. According to the characteristics of low-altitude UAV photogra mmetry and transmission line, we carry out the research on application of low-altitude UAV photogra mmetry technology in transmission line, and discussed the control point layout methods, aerial triangulation methods, data format conversion and the accuracy of analysis, and then established a set of practical methods of data acquisition and data processing by low-altitude UAV photogra mmetry. Research has shown that the method proposed in this paper can meet the requirements of transmission line project.

UAV; photogra mmetry; transmission line; data format conversion.

P2

B

1671-9913(2016)05-0034-04

2016-01-25

李亚男(1980- )，女，河北邯郸人，硕士，助理工程师，主要从事摄影测量工作。