無人機傾斜攝影技術(shù)在電力工程中的應用研究

[關鍵詞]傾斜攝影技術(shù)；電力工程；決策；設計；施工；運維

引言

電力工程是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其建設質(zhì)量直接關系到國家的能源安全和經(jīng)濟發(fā)展。在電力工程建設過程中，勘察工作是至關重要的環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的電力工程勘察手段往往存在諸多缺點，如效率低下、精度不足、成本較高等。這些問題不僅影響了電力工程的勘察質(zhì)量，還可能導致工程建設的周期延長和成本增加。另外，基于電力工程全壽命周期管理的迫切需求，現(xiàn)有單一的拍照、視頻、展示等手段需要完成從二維到三維的轉(zhuǎn)變，并深入到?jīng)Q策、設計、施工、運維等階段中。

一、傾斜攝影技術(shù)

如圖1所示，傾斜攝影技術(shù)作為一種新興的三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)，具有高效率、高精度、低成本等優(yōu)勢。通過在飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個側(cè)視等不同角度采集影像，從而獲取到更加豐富的地面信息。相比傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)，傾斜攝影技術(shù)具有以下幾個顯著優(yōu)勢：（一）采用無人機等飛行平臺進行數(shù)據(jù)采集，具有作業(yè)速度快、覆蓋范圍廣的特點，可以大大提高勘察效率。（二）可以獲取到航測區(qū)域的高精度三維數(shù)據(jù)，包括地形、地貌、建筑物等信息，為工程的勘察、設計、施工等階段提供精確的數(shù)據(jù)支持。（三）相比傳統(tǒng)的勘察手段，可以節(jié)省大量的人力和物力成本。（四）可獲得高精度的三維實景模型、點云、數(shù)字高程模型（DEM）和正射影像數(shù)據(jù)（DOM）。

圖2為傾斜攝影技術(shù)的工作技術(shù)流程圖，首先基于航測區(qū)域進行航測準備工作，包括航測矢量范圍確定、飛行航線規(guī)劃和像控點布設；然后在測區(qū)現(xiàn)場進行無人機作業(yè)采集多視影像和無人機飛行pos數(shù)據(jù)；最后對采集的數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)處理，包括空三計算、密集匹配、紋理映射等步驟，從而獲得測區(qū)的實景三維模型，基于實景三維模型可生成DEM、DOM和點云等衍生GIS數(shù)據(jù)。

將傾斜攝影技術(shù)應用到電力工程中，不僅可以提升勘測的效率、精度，而且細化了各階段的應用場景，為傾斜攝影在電力工程中的應用提供了思路。本文結(jié)合公司近年使用傾斜攝影技術(shù)的電力工程項目，對傾斜攝影技術(shù)在電力工程不同階段中的應用進行探討。

二、無人機傾斜攝影技術(shù)在電力工程各階段的應用實踐

（一）決策階段

在電力工程決策階段，涉及變電站等電力設施的選址與輸電線路的選線問題，選址與選線的合理性決定了項目能否立項。選址和選線工作需要對項目區(qū)域資料全面收集，了解影響選線和選址的重要控制因素，但歷史地形圖數(shù)據(jù)存在現(xiàn)實性差的問題，無法反映項目區(qū)域的真實情況。如果采用傳統(tǒng)勘察手段進行外業(yè)踏勘，短時間內(nèi)難以完成大區(qū)域的測量任務，且耗費大量人力物力，往往會影響選址和選線的工作進度。

近些年，傾斜攝影技術(shù)逐漸應用到電力工程的選址與選線工作，取得了不同的應用效果。傾斜攝影技術(shù)可以快速獲取電力工程建設區(qū)域的DEM、DOM和實景三維模型數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以幫助勘察人員準確判斷地形、地貌、環(huán)境等自然條件，并直觀反映影響選線和選址的重要控制因素，為電力工程的選址與選線工作提供重要的數(shù)據(jù)支持。如圖3、圖4所示，通過傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建目標區(qū)域的實景三維模型，可直觀反映高壓線塔等電力設施的現(xiàn)狀和目標區(qū)域的建筑物等控制要素。

（二）設計階段

電力工程的設計階段，需要測繪、地質(zhì)、電氣、土建等多專業(yè)協(xié)同，提出科學且合理的電力設施設計方案。如何將傾斜攝影構(gòu)建的實景三維模型與建筑信息模型（BIM）深度融合，直觀地進行方案展示和比選，成為亟待解決的問題。

通過地形裁剪與壓平等技術(shù)手段，將實景三維模型與BIM設計模型無縫融合，實現(xiàn)了設計流程和數(shù)據(jù)從二維到三維的轉(zhuǎn)變。設計人員基于各專業(yè)空間數(shù)據(jù)實現(xiàn)電力設施的三維可視化設計，對設計方案進行全方位的優(yōu)化，考慮多重控制因素影響，做到精細化設計，從而設計出最優(yōu)方案。如圖5所示，BIM設計模型與實景三維模型融合展示，直觀反映設計方案與周圍環(huán)境的關系。如圖6所示，實現(xiàn)了高壓線塔BIM模型+DEM+DOM的融合展示，可測量高壓線塔之間的凈空是否滿足規(guī)范要求，同時反映了高壓線塔間的空間位置關系。

（三）施工階段

在電力工程的施工階段，傳統(tǒng)平斷面測繪方法危險系數(shù)高、工作效率低，難以測量植被茂密區(qū)域的地面高程，將傾斜攝影技術(shù)應用到平斷面測繪中，首先對測區(qū)進行清表，然后實施傾斜攝影作業(yè)，構(gòu)建測區(qū)的實景三維模型和DEM，最后進行斷面提取和平斷面成圖，實現(xiàn)了高精度提取平斷面圖，同時效率大大提高。

在電力工程的施工階段，施工進度的宏觀分析和精細化計量是施工期管理的重要流程。對施工測區(qū)進行三維測圖，獲取實景三維模型數(shù)據(jù)，可進行現(xiàn)狀調(diào)查、施工進度分析，也可以通過設計地形圖與實景三維模型數(shù)據(jù)對比，計算施工土石方量，從而輔助施工進度管理。另一方面，構(gòu)建電力工程施工管理平臺，以實景三維模型或三維地形為數(shù)字底座，融合電力設施BIM數(shù)字化模型，同時掛接施工計量信息，可視化展示施工完成百分比，對電力工程施工進行精細化監(jiān)管和優(yōu)化。如圖7所示，實景三維模型可用于施工區(qū)監(jiān)管和土石方計量。

（四）運維階段

在電力工程的運維階段，高壓線塔一般建立在高山或野外區(qū)域，傳統(tǒng)的巡檢方法不利于人身安全且巡查定位效率低下。傾斜攝影技術(shù)可以用于電力線路的巡檢和維護，首先可以近距離拍攝高精度的高壓線塔照片，搭配目標檢測算法可快速識別高壓線塔的病害信息，及時維護與維修。也可以通過獲取電力線路的高精度三維數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)輸電線路的缺陷和故障，提高維護的效率和準確性，減少了人工排查的工作量。

傾斜攝影技術(shù)還可以用于電力設施的安全監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在的滑坡、泥石流等安全隱患，確保電力設施的正常運行，同時也保障了外業(yè)測量人員的人身安全。如圖8所示，對山區(qū)等復雜環(huán)境生成實景三維模型，監(jiān)測潛在影響電力設施的自然災害，防患于未然。

結(jié)語

無人機傾斜攝影技術(shù)應用到電力工程項目的各階段中，在決策階段為電力設施的選址與選線工作提供直觀的控制因素，輔助最優(yōu)方案的選擇，對立項成敗至關重要；在設計階段將BIM設計模型與實景三維模型無縫融合，全方位展示和優(yōu)化方案，完成二維到三維工作環(huán)境的轉(zhuǎn)變；在施工階段利用實景三維模型實現(xiàn)平斷面的智能化與高效化測繪、工程進度的宏觀與微觀監(jiān)管，保證施工進度的按計劃執(zhí)行；在運維階段，利用傾斜攝影成果可識別電力設施病害、故障和自然災害，保障了電力設施的安全運行。因此，傾斜攝影技術(shù)可以成功應用到電力工程的各階段，相較于傳統(tǒng)手段擁有高效、高精度和低成本的優(yōu)點，為未來無人機其他航測技術(shù)應用到電力工程提供了寶貴經(jīng)驗。