基于無人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障巡視

陳 晗

（宜昌供電公司，湖北宜昌 443000）

1 輸電線路樹障巡視現(xiàn)狀

目前，輸電線路樹障巡視主要采用人工巡視的方法，通過目測(cè)線路通道內(nèi)樹障與導(dǎo)線之間的距離來判斷樹障的等級(jí)和嚴(yán)重程度。目測(cè)方式主觀因素較強(qiáng)，而且視覺上存在“近大遠(yuǎn)小”的感受，人為判斷的樹障距離與實(shí)際結(jié)果之間誤差很大，給線路運(yùn)維造成了無法掌握實(shí)際樹障情況的困境。宜昌地區(qū)屬于丘陵地帶，地勢(shì)高差達(dá)幾百米，有時(shí)為了巡視一基桿塔，不得不爬上幾百米的山坡，而且山上人跡罕至沒有巡視路徑，全靠巡視人員一邊砍伐樹木植被一邊前進(jìn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。例如110 kV某線路31號(hào)桿塔，從公路旁爬山到位需要2 h。

2 無人機(jī)航空攝影與輸電線路通道三維建模

無人機(jī)上搭載的GPS定位裝置能夠獲取無人機(jī)的實(shí)時(shí)位置信息（三個(gè)線元素 Xs，Ys，Zs），搭載的姿態(tài)定位系統(tǒng)主要記錄相機(jī)在曝光瞬間時(shí)的姿態(tài)（三個(gè)角元素φ,ω,κ）[1]。無人機(jī)航空攝影的航線采取的是專用設(shè)計(jì)的航線。航線在設(shè)計(jì)旁向重疊度達(dá)60%，且航向重疊度達(dá)80%，這樣，無人機(jī)在執(zhí)行航線拍照時(shí)才能保證拍攝的照片中有足夠的同名點(diǎn)。同名點(diǎn)是對(duì)應(yīng)實(shí)際空間中同一個(gè)點(diǎn)的不同照片中的點(diǎn)。通過這些同名點(diǎn)以及飛機(jī)在拍照時(shí)的位置信息（包括三個(gè)線元素和三個(gè)角元素），就可以將實(shí)際空間中點(diǎn)的坐標(biāo)解算出來形成點(diǎn)云文件。點(diǎn)云文件是一種三維模型，點(diǎn)云由非常多的點(diǎn)組成，每一個(gè)點(diǎn)反映了實(shí)際空間中的物體的位置信息和高程信息。

目前，供電公司采用的是大疆創(chuàng)新公司的軟件——大疆智圖。大疆智圖提供了無人機(jī)航空攝影和三維建模的全套解決方案。在工作前，根據(jù)需要巡視的輸電線路區(qū)段的GPS坐標(biāo)編制無人機(jī)航空攝影的航線，除了上文中提到的旁向重疊率和航向重疊率，還需要設(shè)置主航線的角度。主航線的角度與線路方向垂直能夠更好匹配算法，解算出來的點(diǎn)云更加清楚。任務(wù)相對(duì)高度參數(shù)決定了建?；鶞?zhǔn)平面的高度，也就是說，通過設(shè)置這個(gè)參數(shù)可以把建?；鶞?zhǔn)平面升高到導(dǎo)線的高度，能夠使導(dǎo)線在點(diǎn)云模型中更加清晰。

此外，需要設(shè)置GSD（地面采樣距離），這個(gè)參數(shù)表示建?；鶞?zhǔn)平面上一個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際物體的尺寸。換言之，地線直徑大概1.67 cm，那么分辨地線至少需要兩個(gè)像素點(diǎn)，也就是GSD應(yīng)該設(shè)置為0.8 cm每個(gè)像素點(diǎn)（0.8cm/pixel）。大疆智圖航線參數(shù)設(shè)置見圖1。

圖1 大疆智圖航線參數(shù)設(shè)置

航線編制完成以后，就可以帶著無人機(jī)到線路通道去進(jìn)行航空攝影。一般300 m的線路按照上述參數(shù)設(shè)置的航線需要執(zhí)行20 min左右。拍攝完成后，將照片導(dǎo)入大疆智圖軟件進(jìn)行三維建模。建模后生成的點(diǎn)云文件如圖2所示。

圖2 大疆智圖軟件生成的點(diǎn)云模型

3 基于點(diǎn)云模型的輸電線路通道樹障分析

由于點(diǎn)云模型中所有的點(diǎn)都包含有空間位置信息（GPS坐標(biāo)和高程），通過計(jì)算很容易得到任意兩點(diǎn)之間的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路通道內(nèi)的樹障與導(dǎo)線間的距離計(jì)算。目前，大疆智圖只具有計(jì)算指定兩點(diǎn)間的距離的功能，供電公司采用的樹障分析軟件是中科云圖公司的易飛樹障分析軟件，該軟件能夠自動(dòng)識(shí)別出點(diǎn)云文件中與導(dǎo)線距離越限的樹障，并將樹障的具體位置、與導(dǎo)線之間的距離標(biāo)注出來。圖3為樹障分析軟件生成的樹障報(bào)告。

圖3 樹障分析軟件生成的樹障報(bào)告

4 結(jié)論與展望

輸電線路運(yùn)維工作長(zhǎng)期受制于落后的工作方法，人工運(yùn)維不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效果不佳。基于無人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障運(yùn)維方式不僅解決了工人工作期間勞動(dòng)強(qiáng)度大、無路可走、夏季高溫、冬季寒冷的工作環(huán)境問題，也從量測(cè)精度上大大提高了線路運(yùn)維的質(zhì)量。無人機(jī)樹障巡視是未來線路運(yùn)維的發(fā)展趨勢(shì)，今后急需解決的是電池容量小，飛行時(shí)長(zhǎng)受限的問題。如果能夠解決上述問題，無人機(jī)航空攝影將在線路運(yùn)維上得到更加廣泛的運(yùn)用。