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無人機航空攝影在電力工程中的運用

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無人機航空攝影在電力工程中的運用

【摘要】以無人機航空測量技術為研究對象,分析了該技術在電力工程測量中應用的相關問題。先闡述了無人機航空攝影測量技術的先進性;之后結合當前電力工程測量的特征,進一步介紹了該技術的實際應用情況。從本次研究結果可知,現(xiàn)階段無人機技術能夠滿足電力工程測量需求,并且具有快速響應能力等優(yōu)點,在技術、精準度等方面均具有先進性,應該在更多地區(qū)做進一步推廣。

【關鍵詞】無人機;航空攝影測量技術;電力工程測量

前言

電力工程測量的工作量大,傳統(tǒng)的人力測量一直存在效率低、精準度差的問題,在一定程度上影響了電力工程工作的開展。而隨著無人機技術的發(fā)展,無人機航空攝影測量技術快速發(fā)展,該技術的飛行平臺是自動駕駛的飛機,以數(shù)碼相機為傳感器,能夠為工程測量部分提供較為準確的數(shù)據(jù)資料,彌補了傳統(tǒng)人工測量中的不足,具有技術先進性。因此,在我國電力行業(yè)快速發(fā)展的今天,進一步了解無人機航空攝影測量技術的運用手段則更具有實際意義。

1無人機航空攝影測量技術的先進性

無人機航空攝影測量技術的實質為:利用無人機對目標地區(qū)進行影像信息采集。該技術通過機載計算機系統(tǒng)與數(shù)碼相機,利用無線遙感技術完成控制,實時向基站傳送與目標地區(qū)有關的影像學信息。與傳統(tǒng)技術相比,無人機航空攝影測量技術具有先進性,主要表現(xiàn)在以下幾方面:(1)具有快速的響應能力。在電力工程測量過程中,無人機始終保持著相對較低的飛行高度,這種飛行模式具有很強的適應能力,一方面,天氣因素對無人飛機飛行的影響降低;另一方面,無人機本身對起飛、落地平臺無特殊要求,大部分空間均可滿足。同時文獻[1]在相關問題的研究中也認為,與其他類型測量設備相比,無人機具有良好的適應能力,并且空域申請方便,便于維護、管理,還可以滿足大部分項目的使用要求。一般情況下,無人機的準備時間很短,往往只需要10~15min,節(jié)省了大量的時間,有助于提高測量效率。(2)安全靈活。無人機機身小,不需要設置專門的場地,并且能夠滿足不同的場景勘探需要,能夠在多種環(huán)境下完成信息采集工作。就目前而言,我國的電力工程普遍位于地勢條件不理想的環(huán)境中,若由人工勘探則有可能出現(xiàn)人員傷亡,而無人機可以完全忽略這個問題,避免工作人員進入危險環(huán)境中工作,具有可行性。

2無人機航空攝影測量技術手段研究

2.1無人機攝影測量技術要點

在應用無人機進行電力工程勘測時,所采用的無人機攝影測量技術主要包括以下幾方面:(1)規(guī)劃測量區(qū)域。正式測量前,由操作人員精準劃分本次無人機測量的目標區(qū)域。在劃分過程中,嚴格按照電力工程項目勘測工作要求,適當擴大無人機測量范圍,這樣才能保證無人機航空攝影測量能夠全面覆蓋整個目標區(qū)域。例如,吉林省電力勘測設計院在電力工程項目勘測過程中,將整個勘測范圍劃分為多個網(wǎng)格,每個網(wǎng)格均為長方形,這樣無人機在勘測過程中就能嚴格按照網(wǎng)格的分布情況完成勘測,達到了預期目的。對于其他單位而言,在規(guī)劃測量區(qū)域過程中,可以參照吉林省電力勘測設計院的成功經(jīng)驗,根據(jù)電力工程項目所處環(huán)境來規(guī)劃測量區(qū)域,避免測量中出現(xiàn)遺漏問題。(2)設計合理的航線。在工程測量階段,航線是無人機攝影拍攝的路線,一般在電力工程項目測量工程中,需要多臺無人機共同完成航拍工作。同時現(xiàn)階段的無人機均存在體積小的問題,決定了無人機無法實現(xiàn)長時間飛行。針對這種問題,工作人員就應該高度關注無人機的飛行效率,認真規(guī)劃每臺無人機的飛行路線,避免無人機的攝影測量范圍相互干擾而降低工程項目測量效率。文獻[2]在相關問題研究中指出,在設計無人機飛行航線時,應該保證機器之間的交叉飛行,這樣才能保證拍攝質量;但是還應該考慮無人機之間的飛行時間差問題,避免一些位置沒有被拍到。(3)建立測量區(qū)域控制網(wǎng)。建立測量區(qū)域控制網(wǎng)有助于進一步提高測量質量,在測量過程中,需要根據(jù)電力工程項目測量區(qū)域的地理特征,建立空中三角測量平差網(wǎng)。在該網(wǎng)中,通過根據(jù)已知的控制點,結合實地勘測結果,對空中三角測量平差網(wǎng)的結構進行界定,或者直接作用于測圖定向的像片控制點平面位置和高程上,方便后期在室內對測量結果做進一步處理。在區(qū)域控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理過程中,可以將測圖所需的大量控制點、像片所反饋的方位元素,以4D的形式生成控制點參數(shù)、像片定向參數(shù),這樣可以為測圖數(shù)據(jù)分析提供統(tǒng)一的坐標資料,方便相關人員對數(shù)據(jù)做進一步分析。

2.2實證研究

2.2.1案例簡介

在某地區(qū)的電力工程測量中采用了無人機航空攝影測量技術,其主要目標是為本次項目廠址四周5.0km范圍內的陸域環(huán)境進行進一步分析,最終為區(qū)域規(guī)劃、環(huán)境保護等提供科學有效的參數(shù)。從整體情況來看,所要勘測的區(qū)域位于山地地段,平均高程155.3±6.6m;電力工程項目周邊森林茂密,并且地勢條件不理想,采用人工勘測的難度較大。

2.2.2航空攝影

在本次項目中,所采用的無人機航空設備滿載27kg,使用LT無人機低空攝影系統(tǒng),系統(tǒng)內設有數(shù)碼相機,焦距調整為35mm,有3600萬成像像素,相元大小為4.8μm。為了保證航空攝影質量,將整個測量區(qū)域做分區(qū)處理,共分為兩個小分區(qū),其比例尺分別為1:1000、1:2000。

2.2.3像片測量控制

(1)確定控制點。在布點時采用區(qū)域網(wǎng)布點方案,在勘測邊緣增加像控點,在1:1000分區(qū)內按照航線確定10條基線,周圍一條基線的跨度點長,所以設置20個像控點;在1:2000比例尺分區(qū)內,按照航線確定12條基線,設置53個像控點。(2)布設檢查點。在1:1000分區(qū)內設置6個檢查點,在1:2000分區(qū)內設置12個檢查點,保證空三加密成果。

2.2.4影像數(shù)據(jù)處理

為了保證影像數(shù)據(jù)處理質量,采用先進的空三加密與INPHO數(shù)字系統(tǒng),主要的數(shù)據(jù)處理內容包括:(1)空中三角測量。采用相對定向的MATCH模塊實現(xiàn)全自動提取連接點的方式,在確定自由網(wǎng)平差后,Sigmal收斂值小于一個像素,所以像點構網(wǎng)的強度水平良好,像片連接點可以均勻分布在測量空間內,這樣通過對后續(xù)的像控點數(shù)據(jù)進行評估,就能完成定向工作[3]。(2)畸變差糾正。在本次項目中,無人機中所裝置的數(shù)碼相機無測量功能,因此在測量過程中經(jīng)常會出現(xiàn)成像畸變差問題,影響了測量結果精準度。針對這種問題,需要通過畸變差糾正的方法,通過相機檢驗校正參數(shù)的方法,從像片中獲得理想的數(shù)據(jù)資料。

2.2.5成果評價

為了保證測試結果的精準度,在無人機航空拍攝攝影結果精度測量過程中,在側區(qū)內隨機抽取50個平高監(jiān)測點對測量結果進行評價,并通過建立數(shù)字高程模型,進一步判斷無人機測量結果。

3結論

在電力工程項目測量中,使用無人機航空攝影測量方法具有必要性,本文通過實際案例的經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn),無人機航空攝影的精準度更高,因此具有推廣價值。從長遠發(fā)展來看,未來的無人機航空攝影測量技術勢必會得到進一步發(fā)展,因此該技術可以更好的滿足電力工程項目勘測要求,具有技術推廣價值。

作者:胡念念 孟敏 單位:湖北交通職業(yè)技術學院