航拍无人机电力工程选址选线定位测量技术应用

强宝平

（中铁二十局集团有限公司）

0 引言

在我国航拍技术应用的不断发展更新下，航拍无人机的各项标准也在不断完善与提升。如何更好地体现航拍无人机技术在电力工程选址选线中的优越性，需要我们进行更深一步地研究［1-2］。本文以贵州瓮马铁路电力线路建设为背景，利用无人机航拍技术对电力线路选址选线进行定位测量，其航拍技术的优越性为后期电力线路运营维护创造良好的条件，为航拍无人机技术开辟新的应用领域。

1 项目概况

瓮马铁路是全国第一条政府和社会资本合作的地方铁路，采取自建自营的管理模式，更好、更快速便捷地建设维护瓮马铁路，有效提高贵州省黔南州沿线产业带的货物运输能力，对贵州省实施工业强省战略具有重要意义和作用。瓮马铁路及其南北延伸线位于贵州省遵义市、黔南州都匀市、福泉市、瓮安县境内，地处贵州高原中北部，北倚娄山，南跨乌江，处于黔北高原向黔中山丘过渡地带。线路经过地区地形条件复杂，山峦起伏，沟壑纵横，跨越乌江、湘江等河流，局部河谷强烈下切，沿线地貌类型多样，穿越一系列中低山、丘陵及河谷，山地、沟谷和谷地交错分布，地形起伏较大，最高点对地高差491.9m。全线建筑总长211km，新建电力架空及电缆线路360.8km，规划电力线路的选址选线对航拍无人机定位测量技术的先进性和优越性要求较高。

2 无人机航拍技术的先进性与优越性

2.1 方法对比

传统电力线路测量多采用皮尺、花杆、全站仪等常用工具，主要利用数学几何原理进行线路定测，以“三点一线”原理测量直线， “线段垂直平分线”特性测量垂线，以“角平分线”特性及“等边三角形内角60°”原理测量角平分。其优点是测量工具简单经济，测量方法简单，缺点是不适用于长线路测量，劳动强度大，测量精度低且不适用于复杂地形及树木密集段线路。

全站仪电子测距仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，它集水平角、垂直角、距离、高差测量功能于一体［3］，可以自动记录和显示读数，使操作简单化，也是目前电力线路最为常见的测量仪器。优点是测量精度高，短距离测量快、操作简易，方法简单，如果地形平坦，可以在一个站点测完一个耐张段。缺点是对于密林地形复杂地段需多次转移测量点及多次校准调平，测量人员需持棱镜多次跑点，当电力线路处于草木茂密且无道路的位置时，测量人员劳动强度较大，对于长线路的测量需多次转点且繁琐，对线路整体宏观路径不能有效掌控。

2.2 无人机航拍的优点

经过以上方法的对比可以看出，采用无人机航拍测量，结合卫星遥感影像、奥维互动地图、坐标系、激光测量等技术，为施工人员提供大量的地理信息和有利的数据保障，使大山、森林、城镇等区域现场情况被一览无余，为电力线路建设、运维及规划提供了一步到位的可视化直观数据，大量减少了劳动力，提高了施工效率，优化了方案，节约了成本，其具体先进性和优越性的表现如下：

（1）采用无人机航拍进行电力线路选址选线，实现了区域可视化规划建设，对现场情况了如指掌，且具备了线路规划一步到位的优越性，避免现场返工、规划冲突、投资增加等问题。

（2）无人机航拍测量技术的应用，减少了传统测量方法翻山越岭、跋山涉水进行线路选址选线的高强度劳动，改变了视野的局限性和因外界环境复杂而无法一次性测量到位的繁琐性。

（3）航拍无人机搭载的卫星遥感影像、奥维互动地图、坐标系、激光测量等软件及技术，对土地测绘、林业、城镇、环境保护等数据起到了很好的管理作用，实现了体量与场地统一规划和可视化的先进技术，为施工及运维管理提供了有利的数据和影像资料。

（4）通过无人机航拍测量技术为今后相同或相近山区、城镇电力等施工提供了极大的便利，为行业内该项技术的应用提供了样本。

3 无人机航拍技术的工程实践

3.1 线路勘查设计

根据瓮马铁路走向，以麻江车站迁改10kV电力线路为例，采用地形图设计，借助奥维互动地图软件进行了影像及线位的导入设计（如图1所示）。先后对比确定了铁路红线范围的电力线路及周边环境，设定无人机航拍路径，结合互动地图和线路范围，从航拍线路起点至终点对现场进行施工前的影像资料拍摄，使地形地貌及周边环境呈现可视化，测量过程可截取细节照片，此方案优先于地形图单一设计。

图1 奥维互动地图软件设计图

3.2 航拍无人机测量

在瓮马铁路电力工程开工前，通过联系设计取得线路平面测绘图，根据电力线路设计图纸，进行施工调查及现场勘探，进行精确的控制网加密、桩位选取等工作。先确定线路的基本走向，对电力线路路径有了初选，暂无法精准进行线路定测［4］；而通过无人机航拍定位测量及影像的应用可以最大程度且高效地掌握现场线路情况。通过手机安装的奥维地图，进行GPS定位标注，采用坐标系可以将设计线路进行导入，通过无人机航拍及搭载的激光测量系统对线路走向、起始点距离、杆塔位置、周围环境等有了可视化掌握和精确定位；同时通过无人机航拍路径的记录与测量及人员现场勘探，更进一步地确定了电力线路选址选线的最佳路径。该方法具有测量距离短、成本少、运行维护安全系数高等特点，其具体流程如图2所示。

图2 测量流程图

3.3 航拍线路定测及软件应用

（1）设计图形

施工前通过设计院提供的曲线要素以及坐标系统，根据曲线要素将线路中心桩计算出来，然后将CAD格式的坐标导入奥维运行软件，在电脑或手机端加载运行，以实现测量距离、面积、现场标记、导航、轨迹记录等重要功能。再通过航拍无人机搭载的奥维地图、坐标、激光测量、影像资料和手机定位所得到的强大功能与地理信息，就能在现场找出设计线路，并根据航拍线路定测数据进行可视再优化。

（2）软件应用

奥维地图支持全球高程数据识别，导入高程数据后，奥维地图可在地图上展现等高线和海拔信息，直接读取CAD设计文件并将其转化为奥维对象，将设计线路展现在地图之上。将奥维浏览器图片及奥维对象直接转换为CAD底图与矢量对象，进一步在CAD上做精细设计，同时还支持微软、安卓等主流平台系统，可将电脑端上的各种地理规划设计快速同步到手机平台上，在移动端现场采集到的数据也可快速同步到电脑端。

3.4 坐标计算

（1）首先收集奥维互动地图线路文件需要的资料，将设计院提供的线路曲线要素和控制网坐标，包含采用的平面坐标系统、控制点坐标及经纬度，把投影参数坐标转为XYZ组成的2000坐标系。

（2）将2000坐标数据转换为图层，所有的点、线、面数据［5］通过CAD软件进行坐标转换，将线路2000坐标以1m作为CAD绘图的单位，选择完成对应点后，打开点连线表，设置转换数据，编辑保存，这样就可以把2000系坐标直接绘在图上。

（3）将结果导出EXCEL表

将坐标软件中的坐标导出为EXCEL表，结果见表。

表坐标导出数据

（4）CAD文件制作

首先通过软件将线路曲线参数录入，计算出中心点坐标，然后将中心点坐标导入CAD，另存为dxf格式文件。

（5）将线路文件导入奥维地图

需要导入三个公共点，即已知的平面坐标（X，Y）和与之对应的经、纬度。在电脑上安装奥维地图浏览器，将前面制作好的dxf格式CAD文件用鼠标拖动到奥维地图中，在弹出的对话框中选择关联点坐标转换。进行相关操作后，导出对象保存为kml格式，这样将该文件拷贝至手机版奥维地图中就可以进行查看。

3.5 航拍激光定测及复测

通过航拍无人机和激光测距对线路获取地面目标位置，采用全站仪精确复核，将导出的桩位坐标即（X，Y）和相对高程输入全站仪，通过全站仪放样测量，精确地确定线路方向及桩位，省去了控制网加密、桩位选取等工作，使施工技术人员可以直接将桩位进行植入，以便于后期对线路整体进行复测。

4 结束语

无人机航拍电力工程选址选线定位测量技术通过对奥维地图等软件的使用，掌握了卫星遥感影像及激光测量技术，总结了山区电力线路施工及运维采用航拍无人机技术的先进性及优越性。从技术上采用航拍无人机辅助电力线路选址选线，具有选择路径佳、线路距离短、精度较高、线路运行安全系数高等特点。从经济上该项技术降低了成本，提升了效率，比原来施工方法节约人工成本60%，节约材料达到20%以上，无安全质量问题，实现效益最大化。从社会效益和生态效益上来看，该项施工技术减少了因电力线路选址选线而造成的征拆赔偿、生态环境破坏、规划冲突等问题，降低了山区电力施工难度，为航拍无人机在电力行业施工及运维的应用开辟了市场。