超低空航拍技術(shù)在輸變電環(huán)評工作中的應(yīng)用研究

武晟，許光照，雷佳明，趙斌，海濤

(西北電力設(shè)計院，陜西西安710075)

超低空航拍技術(shù)在輸變電環(huán)評工作中的應(yīng)用研究

武晟，許光照，雷佳明，趙斌，海濤

(西北電力設(shè)計院，陜西西安710075)

分析了環(huán)評工作中收集的影像資料存在的問題，提出了超低空航拍的解決方法。通過對比分析，選擇了多旋翼無人機作為超低空航拍平臺。該設(shè)備具有攜帶方便，飛行穩(wěn)性的優(yōu)點。從實際應(yīng)用效果來看，基于該技術(shù)獲得的影像信息含量全面、工作效率高、評價結(jié)果更客觀可信，為提高環(huán)評工作質(zhì)量提供了一個可靠的技術(shù)方案。

超低空;航拍;輸變電工程;環(huán)境影響評價

0 引言

環(huán)境影響評價是實現(xiàn)科學(xué)綜合決策的根據(jù)和前提，對工程建設(shè)的環(huán)境影響發(fā)揮著日益重要的控制監(jiān)管作用，為保證和提高人民的生活質(zhì)量提供可靠的技術(shù)支持。自從《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》頒布以來，規(guī)劃及建設(shè)項目環(huán)境影響評價工作的重要性逐漸被人們所認識，對環(huán)境影響評價工作的要求不斷提高，其中一個方面就是對環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、影像等資料的精確性、可靠性和時效性提出了更高的要求。

1 問題的提出

在輸變電工程的環(huán)評工作中，需要解決的一項重要任務(wù)就是準確收集輸變電線路與兩側(cè)居民點的相對位置、距離等信息，這是決定采用拆遷還是抬升線高的方法來保護線路附近居民的重要依據(jù)。以往采用的方法是現(xiàn)場手持相機拍照來獲得相關(guān)信息，受拍攝手段的限制，照片無法提供完整準確的全景信息，必須繪制平面圖標示線路與兩側(cè)居民點相對位置、距離以及拆遷等信息的方式進行輔助說明，這就存在人為主觀因素的干擾，給分析評價的客觀性、準確性造成一定影響，而網(wǎng)絡(luò)收集到的地區(qū)衛(wèi)星影像有時存在拍攝時間早或圖像模糊無法使用等問題。解決上述問題的最佳方法是改進拍攝手段，采取現(xiàn)場實拍全景平面影像方式。本文結(jié)合輸變電工程環(huán)境影響評價工作的特點，對比分析了多種解決方案后，提出基于多旋翼無人機技術(shù)的超低空航拍解決方案，并在某特高壓直流輸變電線路環(huán)評工作中進行了初步試驗，為進一步研究打下基礎(chǔ)。

2 工程要求分析及拍攝方案比選

研究發(fā)現(xiàn)，獲得一個區(qū)域的實時平面影像圖有多種方法，包括低空拍攝法、衛(wèi)星影像收集法等。其中，低空拍攝法主要有搖臂式拍攝法、熱氣球航拍法、載人直升機航攝法以及無人機航拍法等，幾類方法主要特點如下:

(1)搖臂式拍攝法具有臂長優(yōu)勢，能獲得一定高度和角度的拍攝畫面，技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣。

(2)熱氣球拍攝法可以到達較高的高度且穩(wěn)定性較高，能夠獲得較高質(zhì)量的影像圖。

(3)載人直升機拍攝法高度可靈活掌握，同時拍攝的質(zhì)量高，成像穩(wěn)定。

(4)Google地球等軟件提供的衛(wèi)星影像易獲得，清晰度較高，影像圖包含的信息量全面。

(5)無人機航拍法是以無人駕駛飛機作為空中平臺，以機載航拍設(shè)備獲取地物信息［1－4］。在電力行業(yè)，采用固定翼無人機技術(shù)進行線路巡檢已經(jīng)得到了較廣泛的使用，并且技術(shù)較為成熟［5］。

輸變電線路工程現(xiàn)場踏勘工作一般是根據(jù)設(shè)計方案的線路路徑，初步確定需要調(diào)查的敏感點位置，再沿線路對每個敏感點逐一勘察。在山區(qū)，道路崎嶇行車困難，且每個敏感點安排的勘察時間也有限。對比上述方案來看，搖臂式拍攝法不僅攜帶不方便，同時拍攝高度也有較大限制;熱氣球拍攝法使用時前期準備工作費時費力，而且對風(fēng)力等氣候條件要求較高;載人直升機拍攝法相對于環(huán)評工作而言使用成本過高;Google地球等軟件提供的衛(wèi)星影像實效性較差，在某些地區(qū)拍攝的影像清晰度也很低，無法滿足環(huán)評工作要求。

目前無人機主要有固定翼、單旋翼和多旋翼之分。固定翼無人機需要一定的跑道進行起落，但踏勘現(xiàn)場一般位于山區(qū)或丘陵，大多沒有平坦跑道可供使用，采用手持方式放飛則存在降落困難的問題，因此本次研究采用旋翼無人機進行試驗。

3 無人機航拍系統(tǒng)介紹及方案確定

旋翼無人機航拍系統(tǒng)主要由載機、飛控、云臺、視頻傳輸系統(tǒng)、地面站和后期處理系統(tǒng)等組成，通過無線電遙控設(shè)備或機載計算機程控系統(tǒng)完成飛行操控。隨著近年來嵌入式處理器、微傳感器技術(shù)和控制理論的快速發(fā)展，旋翼無人機逐步向輕巧、高效、多功能化方向發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于軍事、民用以及科學(xué)研究等多個領(lǐng)域。

為了解基于旋翼無人機的超低空航拍技術(shù)應(yīng)用于輸變電工程環(huán)評工作的可行性，分別采購了單旋翼和多旋翼無人機進行了近兩年的試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，單旋翼無人機飛行靈活、操控靈敏、續(xù)航時間長，但抗風(fēng)性較差，抖動較嚴重，拍攝出的影像容易出現(xiàn)虛化、條狀影帶等問題，難以獲得高質(zhì)量的影像;多旋翼無人機飛行靈活性相對單旋翼差一些，續(xù)航時間也相對較短，但飛行穩(wěn)定性高，抗風(fēng)性好，可以獲得高質(zhì)量影像，缺點是電池的續(xù)航時間短，需配備多塊動力電池。綜合分析后，設(shè)計了四旋翼無人機+高分辨率相機的全景平面影像拍攝方案。

4 環(huán)評工作中的應(yīng)用

依托某特高壓輸變電工程，根據(jù)路徑圖，采用地形圖、Google地球影像圖初步判斷線路沿線需要進行現(xiàn)場調(diào)查的敏感點位。由于調(diào)查現(xiàn)場位于西北某地區(qū)，海拔、經(jīng)緯度發(fā)生了較大變化，為確保儀表準確性，我們在現(xiàn)場對無人機的氣壓計、GPS的經(jīng)緯度等進行校準。在試驗選定的7個敏感點處，低空航拍試驗共飛行9次，僅兩次因影像較虛化而進行了重拍，獲得的是低空俯視60°情況下拍攝的某敏感點處的影像圖，后期采用Adobe Photoshop進行處理并添加擬建線路等少量輔助標記。本次試驗，成功率為77.8%，具有較高的工作效率的同時，獲得的影像質(zhì)量也有大幅提高。

超低空航拍獲得的影像圖信息含量全面，添加少量輔助標記就可滿足評價要求，保證了評價的客觀性和準確性，使環(huán)境影響評價結(jié)論更有說服力。

5 結(jié)語

與目前的分析方法對比，基于多旋翼無人機的超低空航拍技術(shù)具有影像信息充足、工作效率高、評價結(jié)果更客觀可信等優(yōu)點，初步驗證了其應(yīng)用于輸變電工程環(huán)評工作的可行性，為提高環(huán)評工作質(zhì)量提供了一個有力的技術(shù)支持。在環(huán)評工作領(lǐng)域，如果在這種工具上搭載測量地形、噪聲、大氣污染物濃度等方面的儀器即可在更多領(lǐng)域展開以前無法完成的相關(guān)研究?？梢钥闯?，如何充分利用無人機技術(shù)為環(huán)境影響評價工作服務(wù)還有很大的研究空間。

［1］臧克，孫永華，李京，等.微型無人機遙感系統(tǒng)在汶川地震中的應(yīng)用［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2010，19(3):162－167.

［2］岳基隆，張慶杰，朱華勇.微小型四旋翼無人機研究進展及關(guān)鍵技術(shù)淺析［J］.電光與控制，2010(17):46－52.

［3］吳云東，張強，王慧，等.無人直升機低空數(shù)字攝影與影像測量技術(shù)［J］.測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2007，24(5):328－331.

［4］王利民，劉佳，楊玲波，等.基于無人機影像的農(nóng)情遙感監(jiān)測應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29(18):136－145.

［5］高福山，胡吉倫，王黎.無人機低空攝影測量在電力工程測量中的應(yīng)用［J］.巖土工程，2010，4(2):19－22.

Study on application of super low altitude aerial photography technology in EIA of power transmission line project

The existing problems of image data collected in EIA work are analyzed.A workaround was proposed based on super low altitude aerial photography technology.Analyzed the various techniques，multi rotor UAV was selected as a platform of low altitude aerial photography.The decive has the advantages of convenient carrying，flight stability and so on.The application results shown，based on the technology，that the information content of image more comprehensive，working more efficient and the evaluation results more objective and more credible.The quality of EIA was improved strongly by Aerial photography technology of Rotor UAV.

super low altitude;aerial;power transmission line project;EIA

X24

B

1674－8069(2015)04－015－02

2015-02-22;

:2015-05-16

武晟(1978-)，男，陜西旬邑人，博士，高級工程師，主要從事電力工程環(huán)境影響評價工作。E－mail:wusheng@nwepdi.com