无人机测量技术在电力工程中的综合应用研究

无人机测量技术在电力工程中的综合应用研究

郭雁军

上海洲圣电力科技服务有限公司 上海 200025

摘要：通过在无人机飞行平台上搭载微型相机、热红外相机、倾斜相机等传感器，可快速“非接触”式获取地表大面积的地理信息数据。本文结合我公司的实际工作，介绍了无人机测量技术在电力工程项目中的选址、测绘、设计、巡查、监测中综合应用，并通过与传统测量方法的对比分析，研究了无人机测量技术的优势。

关键词：飞行平台；航拍；倾斜摄影；三维实景模型；电力设施监测

1 引言

随着控制技术和计算机技术等技术的进步，各种造价低、高精度、体积小、重量轻的便携式无人机相继问世，无人机技术的应用广度和深度也迅速扩展^[1]。无人机可方便灵活的搭载各类采集设备，利用航空摄影技术，再结合GPS卫星导航定位技术，可从不同的高度和角度获取各类地表数据信息，对电力工程建设各个阶段的全生命周期都可提供服务。

2 无人机飞行平台

我公司现有消费级轻型无人机和专业的测绘无人机,均为旋翼无人机。操作简便，稳定性强，可以空中悬停，具备航线规划模式，详见图1所示。

图1 轻型无人机和测绘无人机

轻型无人机便于携带，常用于手工遥控拍摄某特定位置的照片，并实时图传至地面站。测绘无人机重量较大，需运输车辆配合，通常按照规划航线自动飞行，常用于测绘工作。两类无人机技术指标对比详见表1。

无人机技术指标对比表 表1

3 无人机应用方向

我公司现有的无人机，可以分别搭载单镜头相机、五镜头倾斜相机和热红外相机，在电力工程中，无人机应用方向，详见表2。

无人机应用方向 表2

4 风机机位选址

在风力发电项目设计阶段，风机机位微观选址工作最为重要，也最为困难。此类电力设计占地范围大，并且高度都在60m以上，风电项目大多分部在山区，项目开展前期也没有大比例尺地形图，都给微观选址工作带来了难度。机位选址工作通常是借助卫星影像，在室内初步选址，然后再由设计人员在实地依次判断可行性。

4.1传统选址方法

由于卫星影像大多为历史图像，并且分辨率低，导致外业复查时每个机位都得徒步到达预选位置勘查地形，如遇到预选的不合适的机位，则在现场变更，需返工再次选取其他位置，选址工作劳动强度高、效率低，并且在山区安全隐患大。

4.2 无人机航拍选址

应用轻型无人机航拍技术协助选址，可以降低劳动强度。在交通不便的区域，手工遥控无人机对预设机位进行航拍，并实时图传至手机终端，全方位近距离观察地物地貌，快速选址，并且能显示无人机至起飞点的距离和相对高度。设计人员根据高清影像，并结合无实地的距离、高度等数据，能够有选择性实地踏勘，极大提高了工作效率，详见图2。

图2 轻型无人机航拍微观选址

5 大比例地形图测绘

当风机机位选址工作结束后，将开展有针对性的测绘工作，需要将拟建风机区域、输电线路路径、规划道路等区域，进行大比例地形图测绘工作。

5.1 传统测图方法

传统测图通常使用全站仪、GPS等测量仪器，人工单点方式采集地面坐标、高程，需投入大量人力物力，速度慢，受环境限制较大，传统测图成果仅为二维矢量地形图，图面较为抽象，且部分地物被综合取舍，无法全面表示现状，更不能满足三维设计的要求。

5.2 无人机倾斜摄影测量

通过在测绘无人机上搭载多镜头倾斜相机，从多个角度对地表进行航拍，获取高清影像，极大的扩展了航空摄影测量的应用领域，使得倾斜摄影的行业应用更加深入^[2]。通过建模软件可以制作高分辨率三维实景模型，并输出DOM、DEM、点云等各类数字化测绘产品。

倾斜摄影获取的三维实景模型囊括了各类地表全要素的地理信息，真实的再现了地表情况、纹理信息，也实现了地理要素的物理设施、功能信息的精准表达^[3]。由于倾斜摄影测量技术为用户提供了更丰富的地理信息数据、更友好的用户体验，三维实景模型的精度越来越高，已作为三维测量的重要成果，作为输入依据，广泛应用于电力三维设计项目中。无人机倾斜摄影测量成果与电力设计平台对接，详见表3。

无人机倾斜摄影测量成果与设计平台对接 表3

5.3 三维实景模型内深化设计

在三维实景模型内，能够更加直观的浏览地物、地貌情况，应用进行深化设计工作，可对相关地表障碍物合理避让，使得电力导线与之达到安全距离，且立塔位置得到改善，极大地提高了室内选线的效率和质量，达到了良好的项目经济效益和社会经济效益。三维实景模型详见图3。

图3 三维实景模型

依托三维实景模型，可以直观显示架空线杆塔位置，对地、房屋等距离，在设计时可以对本工程所选路径进行交叉跨越检测，进而指导本工程的优化设计，使规划方案达到最优。详见图4。

图4 交叉跨越设计

6 施工现场管理

6.1 风机吊装管控

随着我公司电力工程ETC总承包项目的增多，工程现场管理压力增大。尤其是风机吊装施工作业呈点状分布，较为分散，塔筒、涡轮机施工在高空进行，如何对这些关键节点进行有效的管控，保证工程质量，避免不必要的险情发生，是重点研究的对象。

6.1 传统管控方法

传统风机吊装施工，仅能在地面使用望远镜观察施工情况，视场角很小，对人员经验要求高，无法全方位监控风机吊装。

6.2 无人机测量在风机施工过程中的应用

轻型无人机便于操控，并具备悬停功能，可对吊装现场实现多角度监控，及时发现安全和质量隐患，并能录制视频，作为施工资料存档。

6.2巡查施工道路

新能源电力项目施工过程中，施工道路的通畅直接制约工程进度。极端天气过后，可采用无人机快速巡查施工道路是否有障碍物、周边山体是否有滑坡隐患。如发现险情，可及时指挥道路修整人员，有针对性的修整施工道路，详见图5。

图5 轻型无人机巡查施工道路及山体滑坡隐患

7 监测

新能源项目在运营阶段，设备安全至关重要。使用无人机，可对风机、光伏板运行情况进行健康监测。

7.1 风机监测

风电场大多分散，而且位于山顶。传统风机表面巡检，只能用人工近距离靠风机，再近借助望远镜查看叶片表面情况，需要暂停风机运转，才能进行监测。这种模式存在安全性差、工作量大、效率低等问题，并且发电量也受损。

借助手工遥控无人机，搭载变焦数码相机，调整相机角度，以航拍的方法，拍照记录风机叶片、涡轮机表面的高清影像，实时图传，观察涡轮机和叶片表面，并且能够保存多期间的航拍照片，进行对比分析，可方便快捷的完成了风机巡检工作，并减小停机损失，预防故障扩大化。当发现风机有问题时，再进行有针对性的人工上机检修，详见图6。

图6 轻型无人机监测风机

7.2 光伏板监测

利用轻型无人机搭载热红外相机，在光伏板上方5m处录制光伏板完整区域的视频，可以在短时间内、低成本的监测大范围光伏板的热异常。

光伏电站在运营过程中，光伏板会存在质量隐患或意外事故，导致投资回报率低。正常情况下，运行良好的光伏模块的热图像上会显示出均匀的温度分布。但如果模块出现了故障，在单个模块单元或模块的所有单元中就会看到明显的温差。通过无人机监测，可以迅速确定出故障的光伏板，并由运维人员有针对性的进行修复，保证整个光伏厂区处于良好状态，光伏场区热成像详见图7。

图7 光伏场区热成像示意图

8 结束语

无人机具有分辨率高、机动灵活、操作简单、成本低廉、响应迅速、应用简便等特点，通过拍摄高清照片，可运用于电力勘测、设计、施工等各个方面，在小区域和人工无法接触的地区具有明显的优势。倾斜摄影测量可快速“非接触”式获取地表大面积的地理信息数据，直观反映区域现状卫星遥感和地面测量的有利补充，是二维地形图升级为三维模型的有利保证，也为三维地理信息系统提供了精确的基础数据。

无人机和倾斜摄影测量，应用前景非常广泛，但是需要将新技术与实际工作向结合，才能使得新技术落到实处。在今后的工作中，应总结应用经验，安全、高效的采集数据，快速的识别、加工数据，充分发挥新技术的优势。

参考文献

程多祥.无人机移动测量数据快速获取与处理[M].北京:测绘出版社,2015.

官建军,李建明,苟胜国,刘东庆.无人机遥感测绘技术及应用[M].西北工业大学出版社,2018

陈良超.三维数字城市在道路规划设计中的应用研究[J].地理信息世界,2013(6):33-37.

作者简介：郭雁军（1981-），男，汉族，河南省开封市人，本科，工程师，研究方向为电力勘测技术，从事电力工程测量工作。