无人机航摄测量在接触网工程中的应用前景

无人机航摄测量在接触网工程中的应用前景中铁建电气化局集团南方工程有限公司曹原摘要无人机航摄测量技术是一种新兴的科技，具有高清晰度、大比例尺、低成本、全天候工作等优点。接触网施工工程线路长、施工点多、建设管理难度大，可采用无人机低空航摄测量技术辅助施工现场以及全线进行全景管控、巡检、测量等。本文从综合无人机航摄测量技术的各项优点分析其在接触网施工和检测中的应用前景。Abstract:UAVaerialmeasurementtechnologyisanemergingtechnology,withhigh-resolution,large-scale,low-costadvantages,all-weatherwork.Catenarylineconstructionprojectslongconstructionpoints,constructionandmanagementofdifficult,low-altitudeaerialdronecanmeasureaidedtheconstructionsiteaswellasthefullrangeofpanoramiccontrol,inspectionandmeasurement.Inthispaper,theadvantagesoftheintegratedUAVaerialmeasurementtechnologytoanalyzeitsprospectsincatenaryconstructionanddetection.关键词接触网施工；无人机；低空航摄测量一引言接触网工程具有线路长、地理位置偏僻、施工难度大、施工点之间交通周期长等难点，综合分析传统施工方法及进度监督存在很多不便，很多工作难以及时反映并落实到位。无人机航摄技术可辅助对施工现场进行全景管控，保证施工进度，施工安全，施工质量等工作及时落实到位。应用无人机对工程沿线进行航拍，抓取现场实时动态，并运用虚拟现实技术创建施工可视化管控系统即可准确掌握施工进度，监督施工工作，确保施工质量以及安全。若运用于接触网施工和维护工作中，可节省人力物力，24小时不间歇工作，大大提高施工质量和线路安全稳定运行，进一步提高接触网工程管理水平。二无人机低空摄影测量发展现状近年，无人机低空摄影测量技术具有蓬勃发展之势，随着经济建设的需要，无人机航摄已经运用在多个领域。NASA已经在森林火灾监测、农业精确化、海洋遥感、追踪反恐袭等方面。在国内也运用于电力工程勘察设计、城市规划测绘工程等基建项目。无人机航测系统由无人机(UnmannedAerialVehicle，简称UAV)飞行器、影像传感器、卫星导航系统、无线电摇系统、飞行控制操作等模块组成。在实际运用中通过获取高分辨率影像，利用相关设备和程序实现影像纠正参数的初始标准化；利用数字化摄影测量软硬件进行影像纠正拼接。从而为地面航摄监控系统提供最简洁、最可靠直观的实时影像数据。三无人机运用到接触网工程中的优势作为卫星遥感控制的现代无人机航空摄影测量技术，运用到接触网工程中主要拥有以下几个优势：1、可低空作业，获取高清图像图1无人机航摄效果图配备专业航空摄影仪的卫星遥感无人机负载较小，体型轻，与传统航空测量相比，可以低空飞行，甚至贴地飞行，应用于接触网工程时不仅可以巡视监控接触网施工各项工序进度，也可以通过高清图像观测腕臂定位装置安装工艺及技术标准是否达标。依此可准确的获取一杆一档的准确数据和状态信息，给施工人员和巡检人员节省时间，检测、施工，精确到点，提高了工作效率。2、测量精度高，比例尺在1:1000以上低空飞行无人机可贴地面飞行，精度可达0.1m以上，据此标准，接触网工程航摄在距离地面10m的高度便可获得高清晰图形，可准确测量出承导线高度，拉出值，侧面限界，跨距，里程等关键数据。图2无人机航摄假想图3、体积小、起降飞行灵活方便，利于全方位测量无人机体型小，运用于接触网工程时，可沿线飞行、绕杆螺旋飞行、方便的穿梭于上下行线间距小的线路之间进行全方位的测量，获得更详细准确的一杆一档数据。现代航摄无人机采用特殊材料制作，轻便，不需要在特殊的跑道上起降，随处可以起降，多采用弹射起飞、直升直降、滑跑起飞等方式。图3无人机（UAV，UnmannedAerialVehicle）4、运行成本低，操作简单无人机低空航摄系统使用成本低，耗费低，对操作员的培养周期相对较短，系统的保养和维修简便，可以无需机场起降是当前唯一将摄影与测量集为一体的航摄方式，可实现施工单位按照需求开展航摄飞行作业这一理想生产模式。5、具有周期短效率高等特点对于接触网线路这类长距离的大比例尺小面积地形测量任务，受天气的限制较多，测量人员来回比较麻烦。采用全野外数据采集方法成图，作业量大，成本也比较高，若将无人机遥感系统进行工程化实用化开发，则可以利用它机动快速经济等优势，在阴天轻雾天也能获取合格的影像，从而将大量的野外工作转入室内作业，既能减轻技术人员的劳动强度，又能提高作业的效率和精度。6、大范围内巡视作业，接触网CAD图纸实物化无人机航摄凭借其优异的灵活性和便捷性，可以很好的完成区域性的全方位航摄任务，以及大范围内反复巡视接触网作业情况。经过对目标区域航摄后保存下来的图像数据，经后期处理可以与接触网设计图纸点、线、面一一对应。目前国内广铁集团广州供电段已开始采用无人机航摄新型作业方式，通过对既定目标区域进行航摄作业，对管辖范围内的接触网供电分段示意图以及接触网平面图转换成了影像资料，并与CAD图纸点与点对应，各个接触网关键设备一览无余，极大的简便了后期检修与巡视工作，从曾经的大面积巡查到目前的精准到点，工作效率得到了极大的提升。四无人机航摄规划及图像处理的预想1、确定待测区域范围及航线在正式进行起飞航摄之前，要根据日计划完成目标以及无人机航行工作时间限制，确定观测区域。目前大部分使用的无人机续航时间为1个小时左右，即飞行时间必须控制在1小时以内，防止无人机因能量不足导致不良后果。若日计划完成目标较为繁重，则需使用多架无人机进行交替作业，确定各架无人机交替作业的节点坐标，随后结合相应的飞行时间、飞行距离，将飞行计划编入无人机自动航行UAV模式系统内。(UAV模式:完全自主飞行控制模式,飞行控制系统执行自主起飞和降落,并自动执行起飞前装入的导航和任务指令,沿设定航线自主飞行。)2、无人机影像实时传送与处理无人机影像实时图形数据传送需依靠卫星通信，不过目前为止，此项技术还比较缺乏可靠的通道和稳定的信号，但可以传输分辨率低、比例尺小的施工现场实况。而一些精度要求比较高的数据则需要后期系统进行影像处理。无人机低空摄影测量影像数据处理的关键在于低空飞行器影像重叠度不够、规则像幅较小、像片数量多、倾角过大且倾斜方向没有规律，较难实现影像匹配的全自动连接点选取及配准近年以来，随着影像匹配技术和海量影像数据处理技术的成熟，处理无人机低空影像数据的软件日益增多，国际上有法国的像素工厂(PixelFactory)和德国的Inpho系统等，国内的有武汉大学和适普公司的DPGrid系统以及中国测绘科学研究院的PixelGrid系统，基本上可以实现对无人机低空影像数据的自动化处理。3、地面实时监控系统地面实时监控系统由安装了地面实时控制软件的电脑和数传电台组成。地面实时监控系统根据卫星通道信号发回的数据，可实时观测线路实况，并在地图上显示无人机所处位置、飞行路线和飞行轨迹。窗口内还应当设置有码表、实时反映飞行高度、电量等各类参数。通过地面实时控制系统，依然可以对UAV飞行模式运行状态的无人机的飞行任务和飞行参数进行修改，能够提高无人机航摄的机动性，灵活高效地完成任务。当然，为了保证飞行的安全，系统对每一次航摄任务，都会在地图图面上航线邻近空旷区域标注“可迫降”点，做好充分的紧急预案。执行任务过程中，根据监控平台中的飞行状态不断调整控制措施，直到无人机顺利返航。五无人机与人工联合在接触网工程中的应用前景虽说无人机可能未来发展智能化可以达到较高的水平，但仍需要技术人员制定飞行方案和计划，以及技术人员对地面实时监控系统的操控，无人机才能更加高效的工作，发挥其在接触网工程中的价值。尽管无人机应用在接触网工程具有广阔的应用前景，但目前无人机航摄技术运行使用等成本较高。因此，不能完全依赖无人机进行航测或巡检工作，需要人工进行一部分的测量和巡检工作，而在情况紧急或者天气状况不佳等特殊情况可使用无人机执行任务，人工、无人机配合，这样可以提高接触网施工或巡检的效率。六结语本文通过分析无人机航摄在接触网工程中运用的优势以及借鉴此技术运用在电力工程、森林火灾监测、农业精确化、海洋遥感、城市遥测规划等方面的成功之处，大胆的预想无人机航测技术运用在接触网工程施工或检测的前景。无人机航摄系统的设计和应用是在不断发展的，在摄影测量技术基础上大胆的实践和探索,随着系统运行逐渐稳定高效，其美好而宽广的应用前景不言而喻,。利用该系统提升接触网工程的发展空间，甚至改变目前的传统施工模式具有不可估量的重要意义。参考文献[1]李凯.虚拟现实技术在高速铁路接触网施工中的运用探讨[J].铁道技术监督.43.11[2]何卓阳.架空输电线路无人机人工联合巡检模式研究[J].中国高新技术企业.2016.15[3]郑团结，王小平，唐剑.无人机数字摄影测量系统的设计和应用[J].计算机测量与控制.2006.14(5)[4]汤明文，戴礼豪，林朝辉等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，2013(3):35-38[5]王聪华.无人飞行器低空遥感影像数据处理方法[D].济南:山东科技大学，2006．[6]李少龙.无人机摄影测量技术在输电线路工程中的应用研究[D].西安:长安大学，2012.[7]鲁恒，李永树，李何超等.无人机影像数字处理及在地震灾区重建中的应用[J]西南交通大学学报.2010,31(9):34-38.[8]李志斌，冯再福.无人机遥感系统在电力工程环保水保中的应用[J]电力勘测设计.2013(5):30-32.[9]吴磊，金伟娜，燕樟林.无人机摄影测量在公路选线上的应用研究[J].大坝与安全,2012(02).[10]孙朝阳，郑彦春，徐秀云.无人机航空摄影测量技术在风能开发勘测方面的应用[J].电力勘测设计,2008(01).[11]李德仁，李明.无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J].武汉大学学报(信息科学版),2014,39(5):505-513.[12]毕凯，李英成，丁晓波，刘飞.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].测绘通报,2015,(3):27-31,48.