输电线路小范围运行环境探测技术研究及应用

严巧　黄丰　王乐天

摘要：为获取最新输电线路周边运行环境资料，本文以500kV蝶沧甲乙线#262号塔山体滑坡隐患区域环境勘测为例，探索利用无人机及图像合成技术对输电线路附近存在安全隐患、地形地貌发生较大变化的区域开展输电线路周边运维环境探测，旨在形成一套现势性强、准确性高的三维地理信息图，给线路运维、抢修及隐患治理等工作提供技术支持。通过前期阶段对无人机影像质量进行研究，在得出勘测输电线路小范围运行环境所需设置软件的参数范围的前提下，使用无人机进行航测，利用基于特征点的拼接方法对成果进行影像合成的勘测成果（数字高程模型图）能够满足線路运维需要，并在工作中进行了应用实践。

关键词：输电线路；勘测；小范围；应用；无人机影像

Research and application of reconnaissance technology for small range operation environment of transmission line

Yan Qiao Huang FengWang Letian

Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co. Ltd.Guangdongfoshan528000

Abstract：To get the latest environment data of transmission line，this paper is based on the regional environment survey of 500kV DieCang # 262 tower landslide hazard phenomenon， exploring the use of unmanned aerial vehicle （uav） and 3D image synthesis technology to survey the region where exists safe hidden trouble or the topography changes greatly，as to form a set of picture with high accuracy processing and threedimensional geographic information，that provides technical support of line operations， repairs and hidden trouble management. Through the sduty of uav image quality in early stages， on knowing the small scale survey transmission line running environment under the premise of the range parameter setting software， using aerial drones to get the data based on the feature points of image stitching method for the synthesis of survey results （digital elevation model figure） to meet the needs of the line operations，and has certain application value.

Key words：Transmission line；Survey；Small scale； Application； UAV image

1 背景

2015年清明节期间，广东佛山地区输电线路杆塔附近发生3起山火事件，由于火势较大，输电巡视人员无法近距离了解线路设备状况，使用无人机拍摄的照片也无法作为判断设备运行情况提供依据。有鉴于此，佛山供电局输电管理所开展了输电线路周边运维环境探测技术的研究工作，其目的在于借助无人机及影像合成技术，探测出输电设施周边环境情况，以便于在突发应急事件时为紧急抢修提供决策依据。本文以500kV蝶沧甲乙线#262号塔附近山体滑坡为研究对象，探索利用技术手段探测塔基周边运行环境，为基础加固补强提供决策依据，在评价其应用价值后，在工程实践中深入推广。

2 无人机拍摄质量研究

2.1 无人机拍摄成果评价

首先对无人机的拍摄图像质量进行研究，分析其存在的缺陷，研究改善方法。经统计分析，目前无人机进行拍摄得到的图片存在倾角大、基线短、像幅小、重叠度不高等问题。因此，首先必须对无人机影像质量有直接影响的影像重叠度、航线弯曲度及航高差这三大因素的研究。

在500kV蝶沧#262号塔基础周边山体滑坡为研究对象的分析工作中，通过调试、测试及计算，得到实地区域影像的平均航向重叠度为73.23%，平均旁向重叠度为54.3%，航線弯曲度为0.582%，相邻像片的航高差为1.83米，以上数据均符合成像要求，且最大航高和最小航高之差为4.57米，此数据表面飞行时无人机的空中姿态十分稳定。

2.2 无人机拍摄成果整合

在明确拍摄成果质量后，第二步就是对空中抓拍的多张图像进行有机整合拼接，使其能够真实反映飞行区域的地形地貌。

成果整合主要采用的是基于特征点的拼接方法，首先进行图像重叠度的估算，以此确定相片的拼接顺序，减少不必要的计算工作。

基于特征点的进行图像整合的首要工作是特征点匹配，它是指在两个具有重叠度的相片中寻找多个同名点。寻找同名点的方法多种多样，但无人机存在空中姿态稳定性差的问题，其拍摄的影像存在倾斜、变形、色彩不均匀等缺点，所以采用常规匹配方法通常误差较大，有时无法进行匹配。本项目采取的匹配方法就是SIFT匹配法，在匹配完成后需要对影像进行重采样，最后拼接成一幅完整图像。

首先根据传统SIFT特征匹配原理优化了相关算法，主要在提取特征点提取工作之前通过估算相邻影像间的重叠度缩小了搜索范围。进行图像尺度空间极值点探测时，建立了适应于UAV影像的最优高斯核尺寸，克服了传统SIFT算法采用固定核尺寸方法的缺陷，既减少了时间消耗，又尽可能多的获得了特征点。

经多次拼接实验表明上述方法在保证SIFT算法优点，提升了拼接精度和效率。

3 山体滑坡研究

500kV蝶沧线#262号塔位于佛山市高明区的一处山坡上，经连续几日的强降雨，塔基周边发生了山体滑坡情况。为快速获取该滑坡处及附近区域详细的地形测绘资料，基于拍摄成果分析结论，本次采用无人机进行航测，同时检验输电线路周边运维环境探测技术应用于电力行业的可行性。

3.1 前期准备工作

首先明确了无人机拍摄图像的相关原则。拍摄有效图形范围应大于测图范围，旁向重叠度和像片航向应分别为50%±5%和80%±5%，旋偏角要求不大于8°。影像地面分辨率应与成图比例尺相适应，影像色彩饱和度适中，无暗影和光晕，单张影像阴影面积不得大于该影像總面积的1/3。

3.2 拍摄成果整合

图像整合是指利用影像匹配技术（Image Matching Technology）识别获得前后图像同名定向点的影像坐标，最后生成每个原始图像的图像点坐标文件。在实际整合过程中，以第一张图像的坐标系为基准，对其他同航带像片进行相对定向处理，具体步骤如下：

首先通过光束法进行单航带自由网平差，由此获得单航带定向点文件，对下条航带做绝对定向，使下条航带内所有影像统一到上一条航带坐标系内。

然后再对航带进行自由网平差计算操作，将生成的最新航带定向点文件作为下条航带的控制点。利用多视角图像匹配技术，生成整个拍摄区域内同名像点的三维坐标。

3.3 生成数字高程模型

基于无人机影像生成数字高程模型（DEM）的方法在行业内已比较成熟，参照相关文献即可，这里不再详述。

在500kV蝶沧262号塔山体滑坡DEM中，可使用软件工具对山体滑坡区域进行测绘，能很好地指导现场的救援工作。同时现场实际的山体滑坡区域值与测绘值误差满足现有的无人机航测作业规范，即验证了输电线路小范围运行环境勘测技术应用于电力行业的可行性。

3.4 220kV世藤甲乙线6号塔风灾灾后勘测

2015年10月4日，佛山顺德遭遇了五十年一遇的龙卷风，造成220kV世藤甲乙线6号塔倒塔，因该塔位于江边，为防止新建杆塔、重型机械进场施工作业对河堤造成损害，所以需要对该受灾地区的地形地貌进行精准测绘，以获取具有参考价值的现场数据，作业步骤如3.1所述，现以PIX4D软件介绍无人机航测的实际操作方法：

在现场使用无人机进行航拍需时15分钟，然后用专业的建模软件对所拍摄的图像进行处理需时1小时可生成数字高程模型。该数字高程模型在这次抗风抢修复电工作中所起到的显著作用有以下两点：

（1）新建杆塔的坐标确定。新建的杆塔位置既要符合输电线路的运行要求，又要符合水利法规中对河堤稳定的要求，通过数字高程模型可实现精确定位以达到两者的要求。

（2）青赔区域确定。重型机械进场施工需要给当地农民青赔，但经常出现供电部门与农民因青赔区域面积大小而发生分歧的情况，经过数字高程模型测绘计算出准确的青赔区域面积，双方圆满达成青赔协议。

4 小结

（1）本项目前期阶段对无人机影像质量进行研究，得出勘测输电线路小范围运行环境所需设置软件的参数范围。优化了传统SIFT特征匹配算法，实现了影像拼接的精度与效率的提升。

（2）佛山供电局输电管理所后期又在110kV坑高线电缆通道土建验收中推广应用了研究成果，效果良好，达到预期。再次验证了输电线路小范围运行环境勘测技术应用于电力行业的可行性，下一步将探索在更多业务领域的应用与推广。

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作者简介：严巧（1988），女，本科，电力工程师 ，从事输电线路运行管理工作。