基于无人机航空摄影的输电线路树障巡视

陈 晗

（宜昌供电公司，湖北宜昌 443000）

1 输电线路树障巡视现状

目前，输电线路树障巡视主要采用人工巡视的方法，通过目测线路通道内树障与导线之间的距离来判断树障的等级和严重程度。目测方式主观因素较强，而且视觉上存在“近大远小”的感受，人为判断的树障距离与实际结果之间误差很大，给线路运维造成了无法掌握实际树障情况的困境。宜昌地区属于丘陵地带，地势高差达几百米，有时为了巡视一基杆塔，不得不爬上几百米的山坡，而且山上人迹罕至没有巡视路径，全靠巡视人员一边砍伐树木植被一边前进，费时费力。例如110 kV某线路31号杆塔，从公路旁爬山到位需要2 h。

2 无人机航空摄影与输电线路通道三维建模

无人机上搭载的GPS定位装置能够获取无人机的实时位置信息（三个线元素 Xs，Ys，Zs），搭载的姿态定位系统主要记录相机在曝光瞬间时的姿态（三个角元素φ,ω,κ）[1]。无人机航空摄影的航线采取的是专用设计的航线。航线在设计旁向重叠度达60%，且航向重叠度达80%，这样，无人机在执行航线拍照时才能保证拍摄的照片中有足够的同名点。同名点是对应实际空间中同一个点的不同照片中的点。通过这些同名点以及飞机在拍照时的位置信息（包括三个线元素和三个角元素），就可以将实际空间中点的坐标解算出来形成点云文件。点云文件是一种三维模型，点云由非常多的点组成，每一个点反映了实际空间中的物体的位置信息和高程信息。

目前，供电公司采用的是大疆创新公司的软件——大疆智图。大疆智图提供了无人机航空摄影和三维建模的全套解决方案。在工作前，根据需要巡视的输电线路区段的GPS坐标编制无人机航空摄影的航线，除了上文中提到的旁向重叠率和航向重叠率，还需要设置主航线的角度。主航线的角度与线路方向垂直能够更好匹配算法，解算出来的点云更加清楚。任务相对高度参数决定了建模基准平面的高度，也就是说，通过设置这个参数可以把建模基准平面升高到导线的高度，能够使导线在点云模型中更加清晰。

此外，需要设置GSD（地面采样距离），这个参数表示建模基准平面上一个像素点所代表的实际物体的尺寸。换言之，地线直径大概1.67 cm，那么分辨地线至少需要两个像素点，也就是GSD应该设置为0.8 cm每个像素点（0.8cm/pixel）。大疆智图航线参数设置见图1。

图1 大疆智图航线参数设置

航线编制完成以后，就可以带着无人机到线路通道去进行航空摄影。一般300 m的线路按照上述参数设置的航线需要执行20 min左右。拍摄完成后，将照片导入大疆智图软件进行三维建模。建模后生成的点云文件如图2所示。

图2 大疆智图软件生成的点云模型

3 基于点云模型的输电线路通道树障分析

由于点云模型中所有的点都包含有空间位置信息（GPS坐标和高程），通过计算很容易得到任意两点之间的距离，实现对输电线路通道内的树障与导线间的距离计算。目前，大疆智图只具有计算指定两点间的距离的功能，供电公司采用的树障分析软件是中科云图公司的易飞树障分析软件，该软件能够自动识别出点云文件中与导线距离越限的树障，并将树障的具体位置、与导线之间的距离标注出来。图3为树障分析软件生成的树障报告。

图3 树障分析软件生成的树障报告

4 结论与展望

输电线路运维工作长期受制于落后的工作方法，人工运维不仅费时费力，而且效果不佳。基于无人机航空摄影的输电线路树障运维方式不仅解决了工人工作期间劳动强度大、无路可走、夏季高温、冬季寒冷的工作环境问题，也从量测精度上大大提高了线路运维的质量。无人机树障巡视是未来线路运维的发展趋势，今后急需解决的是电池容量小，飞行时长受限的问题。如果能够解决上述问题，无人机航空摄影将在线路运维上得到更加广泛的运用。