无人机倾斜摄影技术在输电线路运维中的应用

邓百川，陈华超，张光明，邓小康，朱辉良

(广东电网有限责任公司惠州供电局输电管理所，广东 惠州 516001)

目前，在输电线路的运行维护管理工作中，关于高差、距离等的测量工作覆盖多个业务内容，如线行树障的面积测量；基础边坡的尺寸测量；线行保护区内测量违章建筑的尺寸、位置信息等。高压输电线路横穿崇山峻岭已经形成常态，而如何在这纷繁复杂的地形、地貌上准确地测出想要的数据，则是输电工人面临的一大难点。

无人机具有设计灵活、操作方便、人员零损伤、低成本等诸多优点，随着以深圳大疆创新科技有限公司为首的无人机企业在世界范围内的行业地位越来越高，也带动了更多的企业投入到无人机的研发中。目前，无人机在国防、民用、商用领域，都显示出了独特的研究价值，已广泛应用于航拍、植保、物流以及输电线路巡检工作中[1]。

本文利用无人机倾斜摄影技术，现场拍摄影像进行三维建模，形成“可移动的现场”，从而实现对输电线路的精准测量，解决了输电线路运维中传统测量方法的弊端。

1　原理和方法

1.1　测试原理

采用无人机对测量对象开展倾斜摄影、正射摄影等方式进行相片采集，然后利用点云技术将每张照片全方位模块化整合，通过三维立体建模系统，最终形成1:1比例的模拟真实场景立体影像，将野外的现场原封不动“搬到”办公室，再导入距离测量软件，使得所需的测量数据信息更清晰、更直观、更准确，测量工作风险更低。技术路线如图1所示。

图1　技术路线

1.2　无人机地面站

无人机系统由地面站、飞机、链路三个核心部分组成。无人机地面站作为无人机系统的重要组成部分，是整个无人机系统的指挥控制中心，用于对无人机的地面控制和管理。地面站系统硬件部分一般包含地面站计算机、通信数据链和辅助操控设备等，配合相应的软件系统，实现对无人机的完整控制[2]。由于无人机的型号和用途等不同，各型号的无人机都有单独的地面站系统，从而更好地监视无人机的飞行状况和对无人机进行遥控[3]。

1.3　倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

相对于正射影像，倾斜摄影能更加真实的反映现场的三维环境，通过软件可直接利用拍摄影像进行三维建模，从而进行高度、长度、面积、体积、角度、坡度等属性的测量[4]。

2　工程实例

惠州供电局输电管理所运维的110 kV金榕丙线N66塔投运时间为2017年7月，为新迁改杆塔，位于丘陵地带，地形复杂，为测量带来很大的不便，本次以该塔为例进行说明。

本次采用的飞机是微型多旋翼无人机(Phantom 4 Pro)，其搭载相机配备1英寸2 000万像素CMOS传感器及24 mm F2.8广角镜头。

2.1　建立三维模型

首先利用DJI GS Pro地面站软件规划无人机飞行路线，而后利用倾斜摄影技术进行现场影像采集，并将图片导出后，进行图像处理。

将处理后图像通过三维实景建模平台进行建模，本次采用Altizure App 。该平台是集相片采集、三维建模和在线浏览为一体的移动端平台，可提供云服务将人机照片转换为实景和物体的真三维模型，并且在多种移动终端可用，方便快捷，满足现场快速测量的要求，建立的三维模型。建立的3D模型可进行自由缩放、360°旋转、多角度观察，在显示器或移动终端上呈现直观真实的现场。

2.2　测量数据

(1)在3D模型上对杆塔根开进行测量，测量结果为6.77 m，如图2所示。

为验证测量准确性，对杆塔根开进行现场实测，实测值为6.759 m，在实际误差允许范围内。

对现场大跨度，传统测量较为困难的地形进行快速、准确测量，如对坡高进行测量，测量值为59.15 m。

用测距仪实测坡高为59.10 m，在实际误差允许范围内。

2.3　工作量说明

采用基于无人机立体成像的距离测量技术进行现场勘查，就此现场进行对比，工作小组从拍摄到建模，仅需2人配合在2 h就能完成，期间大部分时间都是无人机和计算机自动运行，节约人力的同时，准确性仅受设备的系统误差影响。而传统测量，仅考虑基本要求的工程必须的数据，就需要至少3人连续工作3～4 h，采用经纬仪、皮尺、测距仪等工具进行人工测量，准确性既受设备系统误差影响，又受人为操作影响。

3　结束语

在输电线路实际运维中，无人机倾斜摄影技术在测量中的应用具有以下优点：

(1)利用三维立体成像系统，可以更加直观地看到测量对象全方位的状况，资料方便调用，相当于将测量现场“搬到”办公桌前。

(2)在移动终端也能观测三维立体影像软件，帮助运行人员或管理人员在外出差或旅途中方便调取信息，提高应急响应能力，提供决策依据。

(3)通过对输电线路保护区内树障开展面积测量，对于多边形不规则图形可以形成直观可视的影像资料，测出多边形各边长度，从而计算面积。

(4)对于基础边坡存在缺陷的测量对象形成三维影像，清晰直观地在电脑桌前测量边坡坡率等各项尺寸信息。

(5)针对输电线路边坡塌方，测量边坡面积，以及与输电线路杆塔水平距离。

参考文献：

[1]周学明，胡丹晖，吴向东，等.小型无人机在输电线路故障点查找上的应用与分析[J].湖北电力，2015，39(2)：38-40.

[2]刘智腾.小型无人机地面站软件设计与实现[D].南昌：南昌航空大学，2015.

[3]卢艳君，刘季为，张晓东.无人机地面站发展的分析研究[J].沈阳航空航天大学学报，2014，31(3)：60-64.

[4]汤坚，杨骥.无人机倾斜摄影技术在特高压输电线路路径优化中的应用研究[J].南方能源建设，2015，(2)：203-206.