基于無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的配電網(wǎng)勘察設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與難點(diǎn)攻克

熊強(qiáng)強(qiáng) 徐金輝 王志軍 陶宇 全海進(jìn)

1.江西贛坤電力設(shè)計(jì)有限公司 江西南昌 330000 2.國(guó)網(wǎng)江西省電力公司撫州供電分公司 江西撫州 344000

1 無(wú)人機(jī)航拍中的優(yōu)越性分析

無(wú)人機(jī)航拍是一個(gè)集單片機(jī)技術(shù)、航拍傳感器技術(shù)、GPS導(dǎo)航航拍技術(shù)、通訊航拍服務(wù)技術(shù)、飛行控制技術(shù)、任務(wù)控制技術(shù)、編程技術(shù)等多技術(shù)并依托于硬件的高科技產(chǎn)物，其拍攝影像具有高清晰、大比例尺、小面積、高現(xiàn)勢(shì)性的優(yōu)點(diǎn)，特別適合獲取帶狀地區(qū)航拍影像；根據(jù)航空攝像需要的技術(shù)要求，無(wú)人機(jī)航拍的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.1 操作性比較強(qiáng)

相較于其他航空器航拍，無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì)較為明顯，飛機(jī)起降比較方便，在空中航拍時(shí)，可倒退、懸停、飛行和垂直飛行，轉(zhuǎn)彎時(shí)半徑比較小，拍攝時(shí)氣流等自然條件給其造成的影響比較小。

1.2 控制性能好

在航拍過(guò)程中，無(wú)人機(jī)爬升方面能力比較強(qiáng)，可根據(jù)選擇的拍攝高度來(lái)自由控制，并且，在不存在障礙物情況下，可進(jìn)行五十米內(nèi)的超低空拍攝，而其他設(shè)備，比如動(dòng)力滑翔機(jī)、動(dòng)力傘等設(shè)備受到氣流和風(fēng)的影響大，超低空飛行比較困難；而無(wú)人機(jī)在這些方面不受限制。

1.3 安全性方面

首先無(wú)人機(jī)是靠自身動(dòng)力系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，受到環(huán)境氣流影響很小。其次，中型無(wú)人機(jī)一般為雙發(fā)動(dòng)機(jī)，如果單一發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，還可單發(fā)運(yùn)行，出現(xiàn)事故機(jī)率小。最后，無(wú)人機(jī)具有相對(duì)封閉的空間，受自然條件影響小，而其他飛行器都是在開(kāi)放式或半封閉狀態(tài)下，容易受突發(fā)的自然狀況干擾。

2 配電網(wǎng)勘察設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的難點(diǎn)及其攻克措施

（1）目前無(wú)人機(jī)遙控端主要依靠手機(jī)APP控制，在起飛之前，設(shè)定飛行區(qū)域的時(shí)候，手機(jī)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)加載底圖，然而我們現(xiàn)在臺(tái)區(qū)改造工程大多位于各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，甚至還有在偏遠(yuǎn)山區(qū)，由于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)受到影響及APP自身加載問(wèn)題，在設(shè)定飛行區(qū)域無(wú)法看到村莊全貌，難以判斷飛行區(qū)域[1]。解決辦法：按照臺(tái)區(qū)初步設(shè)計(jì)的流程，首先明確測(cè)量臺(tái)區(qū)的供電范圍，線路廊道范圍與民房的區(qū)域基本相似，所以航拍底圖必須包含民房的范圍，而且一般谷歌衛(wèi)星圖就能夠辨認(rèn)出供區(qū)的范圍。具體做法如下：①現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)好供區(qū)范圍后，找出該區(qū)域的相對(duì)中心范圍，在該范圍內(nèi)選取空曠點(diǎn)作為起飛點(diǎn)。②擺放調(diào)整好飛機(jī)狀態(tài)，連接好手機(jī)遙控端，確認(rèn)好飛機(jī)起飛點(diǎn)在手機(jī)中的定位，同時(shí)打開(kāi)好具備谷歌衛(wèi)星地圖同時(shí)具備定位功能的手機(jī)APP。③在能夠顯示底圖的APP中，分別測(cè)量上下左右方向距離供區(qū)范圍的長(zhǎng)度，并記錄好，然后在無(wú)法顯示遙控?zé)o人機(jī)APP中，大于各方向原有記錄的長(zhǎng)度，所以就可以框選出供電范圍。（2）目前無(wú)人機(jī)自動(dòng)航飛區(qū)域是矩形，現(xiàn)在絕大多數(shù)臺(tái)區(qū)供區(qū)范圍是不規(guī)則，形狀各有特點(diǎn)，如何針對(duì)這些不規(guī)則的區(qū)域，確保航拍底圖覆蓋不規(guī)則區(qū)域。根據(jù)目前的技術(shù)，如果要去研究如何開(kāi)發(fā)出不規(guī)則區(qū)域的航拍模式，無(wú)論是在項(xiàng)目的研究時(shí)間上和項(xiàng)目的資金上，這將會(huì)使項(xiàng)目超出預(yù)期時(shí)間和投資，這個(gè)方法目前還是不可行。解決辦法：項(xiàng)目研究小組提出區(qū)域分割法的方式，采用區(qū)域分割的方式一一飛行然后合并。研究小組通過(guò)多次試驗(yàn)，得出以下有效方法，操作如下：①確定供區(qū)范圍后，視飛行區(qū)域按照2-3個(gè)矩形塊切割，切割后對(duì)各個(gè)區(qū)域編號(hào)1，2，3，設(shè)定飛行順序比如1-2-3/1-3-2。②假如設(shè)定飛行順序?yàn)?-3-2，在1與3號(hào)和2與3號(hào)區(qū)域飛行時(shí)，必須保證有部分重疊區(qū)域。③根據(jù)飛行時(shí)間整理出1-3-2號(hào)區(qū)域的航拍照片，注意觀察重疊區(qū)域，將3號(hào)區(qū)域照片直接與1號(hào)區(qū)域照片直接按順序合并，將2號(hào)區(qū)域照片從重疊區(qū)域處合并。④上傳圖片處理系統(tǒng)。（3）飛行方式及飛行方法在以上的難點(diǎn)中可以一一解決，然而無(wú)人機(jī)航拍的外部氣象條件也是非常重要，那么在什么條件下航拍才能取得圖片效果上佳的底圖。解決辦法：研究小組針對(duì)選取氣象條件獲取清晰度高底圖問(wèn)題，首先確定研究主要指標(biāo)，風(fēng)速、溫度、光照強(qiáng)度和惡劣氣候條件。研究小組基于江西的氣象條件選取了冬天和夏天兩種較為極端的天氣條件作為實(shí)驗(yàn)，分別選取夏天溫度高于38攝氏度，飛行時(shí)間為8-18時(shí)，每隔1小時(shí)航拍；選取風(fēng)速為5、8、10和13m/s的條件航拍。在冬季時(shí)間選取溫度低于零下5攝氏度，飛行時(shí)間為8-18時(shí)，每隔1小時(shí)航拍；同樣選取大雪天和大霧天氣航拍。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：①在風(fēng)速大于15m/s的時(shí)候，對(duì)于飛機(jī)航拍照片有一定影響。當(dāng)風(fēng)速位于0-8m/s，設(shè)計(jì)底圖清晰度無(wú)差異。在風(fēng)速大于20m/s的時(shí)候，飛機(jī)是不能起飛的。②在大雪大霧天氣下，不宜起飛。③溫度對(duì)于照片的影響相對(duì)較小，當(dāng)溫度在-5-40攝氏度的情況下，對(duì)于合成底圖的清晰度影響微乎其微。④經(jīng)過(guò)比選各個(gè)時(shí)間段的設(shè)計(jì)底圖清晰度，發(fā)現(xiàn)夏天晴天早上8點(diǎn)至11點(diǎn)和下午3點(diǎn)至5點(diǎn)時(shí)間段照片效果較為清晰，中午時(shí)間反光較強(qiáng)，底圖較白。傍晚時(shí)分，底圖較黑。所以太陽(yáng)光照強(qiáng)度為1萬(wàn)-6萬(wàn)LX段，航拍效果最佳。⑤第三點(diǎn)解決了外部環(huán)境的問(wèn)題，那么無(wú)人機(jī)的技術(shù)參數(shù)如何設(shè)定，研究小組針對(duì)這一問(wèn)題確定了影響的幾個(gè)參數(shù)：飛行高度、飛行速度和鏡頭像素。解決辦法：研究小組針對(duì)以上參數(shù)分別選取了不同條件下組合，飛行高度選取40-180米每隔十米一檔，共15檔；飛行速度選取5-15m/s共11檔；攝像頭像素分別選取了像素1240萬(wàn)和像素2000萬(wàn)。分別組合測(cè)試，取得設(shè)計(jì)底圖。經(jīng)過(guò)測(cè)試，得出以下結(jié)論：當(dāng)飛行高度設(shè)置在120米，飛行速度設(shè)置10m/s，采用像素為2000萬(wàn)的攝像頭，所形成的設(shè)計(jì)底圖效果最佳。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在配電網(wǎng)勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)人航拍技術(shù)因其眾多的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)正被廣泛應(yīng)用。隨著人們對(duì)配電線路穩(wěn)定性和可靠性要求的提升，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在配電網(wǎng)勘察設(shè)計(jì)工作中將起到更加明顯的優(yōu)勢(shì)。