无人机航测技术在架空输电线路中的应用分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：黄兆录（1981），男，山东沂水人，研究方向测绘遥感。-86-无人机航测技术在架空输电线路中的应用分析 黄兆录1 孟庆刚1 刘洪燕2 1.山东正元航空遥感技术有限公司，山东 济南 250000 2.山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250000 摘要：摘要：由于我国的地理环境比较复杂，所以输电线路的施工比较困难，从某种意义上来说，对我国电力工业的发展产生了一定的影响。随着科技水平的不断提高，无人机测量技术已经逐渐被应用到电力系统的测量和设计中，提高了电力系统的施工效率，确保了电力系统的合理和科学。目前，在我国，无人机测量技术的应用还处在起步阶段，为了让有关公司更好地理解这一技术，文章着重分析了无人机测量技术在电力系统中的应用。关键词：关键词：无人机航测技术；架空输电线路；应用 中图分类号：中图分类号：P237 0 引言 随着我国经济建设的不断加速，工业用电、生活用电和生产用电都呈现出快速增长的态势，这给电力公司的发展带来了新的机会，但也面临着新的挑战。超高压点、特高压输电线路和跨区域供电工程的实施，有效地缓解了电力紧张。从实践中不难看出，目前输电线路建设的重心已经转向了局部改线、T 接线路等小项目的施工，这类项目规模小，路线短，并且受我国复杂的地理环境的影响。如果按照传统的方法进行勘测和路线比选，不但要耗费巨大的人力、物力，而且工期也会变得很长，而且还会对周围的生态环境产生危害，其已不能满足现代电网的需要。而随着无人机航空测量技术的发展，输电线路测量设计方面的问题已经非常彻底地得到了解决，从而使该项目的施工效率得到了根本性的提高。1 无人机航测技术概述 1.1 无人机航测技术的主要系统简介 从目前应用的无人机航测技术来看，无人机的构成主要有：飞行控制系统，无人机飞行平台，通讯设备；远程控制装置，地面信息接收装置，图像采集装置等。其中，飞行控制系统是这一技术的关键，它包括垂直螺线管，接收平台的定位信息和单片机。地面支持系统包括视频接收终端、数据处理终端和远程控制装置。各系统协同工作，可以实现测量资料的精确性，便于选线工作1。1.2 无人机航测技术的主要特点 无人机航空测量技术的主要应用目标是获得超高分辨率的数码图像，利用高精度的传感器和 3 S 技术，可以进行小面积的精细测量，获得精确的大比例的数据。具体来说，这种方法的特色在于：（1）它克服了传统航空测量方法的不足。首先，这种测量方法所采用的数字摄像机属于不可测式，与传统的航空摄影器材相比，它的透镜畸变较大2。此外，由于地面高度低，像幅宽，图像采集的数据量也很大。虽然在实践中采取了一些预防措施，但仍有可能产生较大的旋转角。(2)应用广泛，且对环境要求不高。目前国内应用最多的是无人机，它不需要专门的机场跑道，只需要在 100米的道路上飞行就可以了。(3)探测高度通常在 1000米以下，大部分都是在低空和超低空，除了一些比较特别的地区，比如机场和边境地区，并不需要将目前正在使用的无人机测量技术与之相结合，它的构成分为需要进行空域申请就可以进行操作，所受的限制很少；操作比较便利。这是一款可以在云层之下，连续拍摄的视频3。(4)通过多种控制手段，安全性能非常好，既可以滑行，又可以弹出，还可以进行个降防护。(5)具有很强的适应能力。无人机航空测量技术可以广泛应用于山地、丘陵等复杂地形，并且不会受到云层和其他气象条件的干扰，可以根据探测时段的天气状况，自由地选择飞行计划。(6)对成本的控制有帮助。本工艺具有高度集成性，运输十分便利，降低了飞机的运输成本。而且，由于无人机的建造成本比较低，所以在以后的维修和维修方面，都要比普通的无人机探测系统要低得多，可以让电力公司达到低投入、高中国科技期刊数据库 工业 A-87-回报的目的。(7)受限于无人机的生命周期，这种探测方法只适合于探测较小的区域。2 无人机航测技术在输电线路勘测设计中的应用分析 结合当前的实际情况可以发现，国内在无人机航测技术运用于大比例地形图的测绘研究中在不断的深入，而在输电线路勘测的研究与运用上较少，尚缺乏较为完整的输电线路勘测报告。借助无人机航测技术，有打破环境上的局限性，可用于对风景保护区、跨河、跨江等区域，以及被常规航测技术所限制的军事区、边境等。可使使得线路勘测工作进展的更加顺利。更加国内部分电力企业运用该技术的实际情况可见，在实际线路勘测中具体工作主要由 6 部分组成，即空三加密、优化选线、平断面测绘、无人机航空摄影、外业控制以及外业搞成拟合。其中以优化选线为整个工作流程中的核心，需要完成各项线路设计的前期工作，包括跨越与拆迁统计、影像路径图 UI 及杆塔规划等。2.1 航空勘测摄影 在实际应用中，无人机航拍所能达到的最大限度地影响到测绘的精度。在较低的高度和较小的带宽下，可以获得较好的成像效果。而为了勘察，为了满足输电线路的选线要求，必须增大带宽。在实际应用中，我们主要是利用多条航路来获取测量区的网络，然后再进一步增大网络带宽4。但是，这种方式将会带来大量的内部和外部工作，使资料的处理变得更为繁琐，从而造成施工周期的延长。所以，在满足测量条件的前提下，应优先采用单一航路摄影，以确保整体工作效率；两条路线，多条路线。从设计角度看，目前无人驾驶飞机上装备的数字摄像机大都是不可测量的，相对于传统测绘使用的摄像机，其镜头畸变程度更大。为了确保测量精度，必须成立专门的检验修正机构，从各个方面对这类摄像机进行检验，获取变形修正参数。2.2 外业控制与调绘 这种测量方法在实际输电线路的设计中，既要进行多个航带象控点的测量，又要进行最后的测量，又要限定相邻两个象点之间的基线间距。在野外调查中，采用的是 GPS 的快速静态操作方式，采用边连通网，选择 5 个以上的 GPS 稳定等级点作控制点。本项目以高分辨率的无人机航测资料为基础，为内外部资料分析等工作提供可靠的依据，从本质上解决本地业辨视和影像控制点的偏差，确保后期测绘精度5。2.3 内业处理 目前，我国对低空图像资料的处理已经比较成熟，并且已经在各个测绘产业中进行了推广和应用，尤其是 VirtuoZoTM，应用最广。2.4 优化选线 目前，我国已有多种航空测量系统可应用于电网最优选线，如 JX4 线测图系统，海拉瓦优化平台，适普虚拟机 EP IGS 功率优化平台等。各种系统的软件都已经比较成熟，从而确保了选线工作的整体效率。通过对航空测量路线进行优化设计，可以有效地减少线路的长度，有利于项目费用的控制6。2.5 精度分析 在输电线路勘察过程中，导线平面剖面的最后精度主要受控制点校正、野外高程仿真和内部业成图等多种因素的影响。从项目实践中可以看出，在精度上，无人机测量技术相对于以前的航空测量技术来说，更适用于植被稀疏的区域和裸露的土地；因此，对导线断点高程的确定，可以更好地满足输电线路施工的要求。但在高植被覆盖区域，为了确保平剖线的准确性，必须进行现场校正和补测。3 无人机航测技术在输电线路设计策略 3.1 路径优化设计 在当今社会，随着电力系统的快速发展，一些小规模、短路线、工期紧迫的工程日益增多。在计划施工期间，要搜集有关的地形、地貌资料。但是，受自然条件所限，如果观测环境较为复杂，则很容易受到高山林木的遮挡；这就使得拍摄全景变得非常困难，这一问题可以用无人机航拍技术进行空中鸟瞰来解决。无人机航拍是一种可以通过卫星、通讯等技术实现低空航拍，采集地面影像信息，规划出区域内的廊道路径，有效弥补了野外观测视角受限的不足。这种方法的优势在于：机动性强，造价低廉，对外界环境几乎没有影响；具有较高的分辨率和较短的工作时间。可以得到各种渠道的顶视图、路线图，使各个工程之间的关系得到了有效的协调7。3.2 优化排位设计 中国科技期刊数据库 工业 A-88-在我国，自然灾害和意外灾害所带来的直接经济损失较大。如何及时有效地处置突发性灾害，消除洪涝、地震等自然灾害带来的重大风险，保障电网安全可靠的供电，一直是电力企业十分关心的课题。当前，我国各大电力公司均已建成了应急指挥中心，但是，在抢险救灾方面仍存在诸多不足。在发生自然灾害或重大安全事件之后，首次采用无人驾驶飞机进行勘察是一种十分有效的紧急情况。目前，无人驾驶飞机分为两大类，一种是旋翼式，一种是固定翼式。旋翼飞机可以悬吊在空中，方便起飞和降落。固定翼飞机具有航程长，速度快，环境适应性强等特点。两者都是十分敏捷、便捷、快速的响应和广阔的视野。利用无人机进行紧急救援，能够将灾区的实时影像信息反馈给应急中心，便于指挥中心对电网受损情况进行评估和判断，并对相关设备进行调度。现场的紧急救灾工作也获得了精确的资料支撑，之后还可以依据这些资料对电力系统进行恢复和重建。例如，在自然灾害发生后，传统的输电线往往遭受重创。在灾害发生后，利用无人机对电网进行专项检修，实现了对受灾地区输电线路的实时图象信息的快速传送，并精确地确定了线路的受损部位；为应急救援队迅速完成应急救援工作提供了有益的借鉴。3.3 地物信息解译 由于空中装备种类繁多，因此无人驾驶飞机在各个方面都能发挥不同的作用。地形图作图就是使用航空遥感装置来获得资料。常用的装置有红外线扫描器及高解析度的数位照相机。在此基础上，提出了一种基于遥感影像的遥感影像识别方法。在电网施工过程中，UAV Lidar 是获取空间信息的重要手段。无人机动性灵活，可分解验收内容，工作任务明确。通过现场飞行，无人机可以在杆塔和导线周围低速飞行或悬挂，高清相机可以仔细检查验收线路走廊保护区和金具。4 无人机在架空输电线路应用的优缺点分析 4.1 架空输电线路应用的优点 以往的检测手段以手工方式为主，即用肉眼观察、红外成像仪、望远镜等仪器对输电线路进行直接观测，以判定其是否存在缺陷，并对其进行检测。有些时候，为了确定传输线的间距，必须要用到测距仪，以确定其是否满足规定的安全距离。然而，由于受环境、地形等因素的影响，人工检测存在很大的局限性，从而影响了检测工作的成功。采用无人机巡线的方法可以有效地解决以上问题。4.1.1 不受地形限制 利用无人驾驶飞机对输电线进行检测，可以从多个角度对电线、金属零件、绝缘子等零件进行仔细的观察。相对于传统的手工巡检方式，无人机巡线作业具有不受地形干扰、作业效率高、人工作业风险小等优点。4.1.2 提高输电线路检查效率 传统的人工检测方式费时费力，且检测准确性和效率低下。在恶劣的环境、复杂的地形条件下，不但可以高效的节约劳动力、时间，也不会造成资源的浪费；而无人机的检测，也能很好的完成。4.1.3 携带，操作方便，效率高 由于现场作业时采用的是手工作业，作业时要携带多种器材，作业时作业时要携带较多的作业工具，作业过程十分繁琐。该无人机具有小巧、轻便、不占地的特点。该系统具有操作方便、检测设备简单、作业周期短等优点，可以有效地提升国内电力系统的总体工作水平。4.2 架空输电线路应用的缺点 是指除了装置主体以外，其它用于专用的附属装置，如铁塔、导线、地线等，其主要有标志牌、警示牌、防雷装置；二防震防鸟装置及部分监控装置之不足。外在危险缺陷，是由于外界的环境因子发生改变，使装置主体产生了安全隐患的缺陷，其中最常见的是在禁区范围之内进行建筑施工、动土、机械施工等，绿化树，风筝等对电力传输线造成危害，造成隐患。5 结束语 综上所述,相对于传统的航空测量和测量方法，无人机在电力系统的测量和设计中有其独特的优越性。这种新的测试方法，除了具有常规测试技术的诸多优点之外，还可以对现有的测试方法进行补充，可以很好地满足电力企业和社会对用电的需要。但是，由于这项技术刚刚起步，在使用过程中不可避免地会出现一些问题，这些问题都需要在以后的工作中加以改进；从而使其更好地为我国电力工业服务。中国科技期刊数据库 工业 A-89-参考文献 1张峰.无人机航测技术在河道测绘中的应用J.科技资讯,2023,21(9):22-25.2杜文志,牛晓航,许加东.工程测量中的无人机航测技术应用研究J.科学与信息化,2023(17):56-58.3 靳 洁,何 士 阳,武 晴 晴.无 人 机 航 测 技 术 在 矿 区 开 采 沉 陷 变 形 监 测 中 的 应 用 J.能 源 与 环保,2023,45(2):149-153,166.4李炳念.探究无人机航测技术在水利工程测量中的应用J.建材与装饰,2023,19(27):133-135.5邵维贵.无人机航测技术在公路带状地形图测绘中的运用J.科技创新与应用,2023,13(32):165-168.6朱葳蕤.无人机航测技术在水利工程确权划界中的应用J.科技资讯,2023,21(10):109-112.7周鹏宇.无人机航测技术在油田地面产能建设中的应用策略J.信息系统工程,2023(11):39-42.