一、引言

目前，輸電線路勘測設(shè)計主要使用傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)，該技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但對天氣和機場條件的依賴性大、成本較高、攝影周期較長。無人機航空攝影因成本低、機動靈活、效率高、受空域政策影響較小，在輸電線路勘測設(shè)計中應(yīng)用越來越廣。特別是，隨著具備PPK等功能的差分GNSS無人機航測技術(shù)的出現(xiàn)，使得電力測繪人員能夠利用稀少控制條件下生產(chǎn)出滿足設(shè)計要求高精度的三維立體模型，更快更好的服務(wù)于電力勘測設(shè)計。

今年，我院承接了江蘇省首條500kV三維設(shè)計試點線路工程——500kV斗山~茅山輸電線路工程。本工程，使用飛馬F200固定翼無人機航測系統(tǒng)獲取了沿線路通道內(nèi)三維立體模型，為輸電線路三維設(shè)計的推廣具有一定的參考價值。

二、項目應(yīng)用分析

1 項目概況

500kV斗山~茅山線路為江蘇蘇南電網(wǎng)主干通道內(nèi)的一條重要送電線路,其功能主要為擴大承接皖電東送，滿足華電句容、諫壁電廠等電源電力送出需求。本次航飛線路路徑為52km。測區(qū)內(nèi)以平原為主，最高海拔18m，最低海拔1米。測區(qū)交通便利，但輸電通道十分擁擠，其中房屋眾多、水系密集、交叉跨越復(fù)雜，測繪難度較大，見圖1。

圖1 線路路徑

2 技術(shù)流程

無人機低空攝影輔助輸電線路勘測設(shè)計主要分成以下六個階段，其主要技術(shù)流程如下圖2所示。

圖2 技術(shù)流程

3 無人機航空攝影

本測區(qū)采用帶PPK差分GNSS功能的飛馬F200固定翼無人機進行低空攝影，F(xiàn)200搭載了SONY DSC-RX1R II相機，相機焦距為35mm。本次航線設(shè)計為航向重疊率為80%，旁向重疊率為60%，航高設(shè)定為500米，地面分辨率為6.4cm；為確保線路轉(zhuǎn)角處的航測精度設(shè)置了航線拐彎輔助點，根據(jù)路徑的特點路徑帶寬為500~700米不等。本工程共選擇3個起降場地，飛行5個架次，每次飛行時間為50分鐘左右，航線布設(shè)如圖3所示。在短短的一天時間內(nèi)即完成了全部的航空攝影工作，共獲取影像2445張。坐標(biāo)系統(tǒng)為1954北京坐標(biāo)系。

圖3 航線布設(shè)

4 外控點的布設(shè)

外業(yè)像控測量對無人機航空攝影測量的精度具有重要作用，是空三解算的依據(jù)。為確保航測精度，每個架次飛行前均應(yīng)布設(shè)一定數(shù)量的像控點。按照《電力工程數(shù)字?jǐn)z影測量規(guī)程》外控點的布設(shè)要求，若采用常規(guī)航空攝影測量因線路走向不規(guī)則，需要多個航帶的影像，而每條航線均需布設(shè)不少6個外控點，且外控點需要根據(jù)地物特征現(xiàn)場進行反復(fù)比對選擇，正常情況下外控測量至少3天時間才能完成。與常規(guī)航空攝影布設(shè)不同,依托于飛馬F200高精度的PPK差分GNSS功能，每個架次只需布設(shè)6個外控點，即沿線路兩端各布設(shè)一對像控點、中間再布設(shè)一對像控點。本工程共布設(shè)像控點30個，并另選擇了20個地物特征點作為檢查點，短短的一天時間即完成了全線外控測量工作。

5 無人機數(shù)據(jù)處理流程

如圖4所示，給出差分GNSS無人機低空攝影的數(shù)據(jù)處理流程。

圖4 無人機數(shù)據(jù)處理流程

本工程無人機數(shù)據(jù)處理主要依靠“飛馬無人管家專業(yè)版”（以下簡稱“管家”）。處理時采用各架次單獨處理，首先將各架次的航飛姿態(tài)數(shù)據(jù)進行PPK解算，所有解算Q1值均在95以上，表明照片對應(yīng)曝光點的整周模糊度達到了固定解，定位精度較好。最后通過我院自主研發(fā)的《蘇電測繪協(xié)同工作平臺》中的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊，將POS數(shù)據(jù)對應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成1954北京坐標(biāo)系下的網(wǎng)格坐標(biāo)。

圖5 “管家”外控預(yù)測刺點

根據(jù)解算的高精度POS數(shù)據(jù)，在“管家”中進行初始的空三計算后，將外控點導(dǎo)入“管家”中。因本次解算的POS精度較高，外控點預(yù)測的位置偏離實際位置較小,絕大部分外控點偏移均在2~3個像素以內(nèi)，如圖5所示。因此，內(nèi)業(yè)人員可以較為輕松的完成了全部外控刺點工作。執(zhí)行空三解算后，確定各要素的精確坐標(biāo)位置。為驗證空三成果的正確，將本次航外控階段采集的20個特征點作為檢查點進行校核，所有檢查點中除了一個點平面誤差為0.28m，高程誤差為0.31m，其他檢查點平面及高差誤差均在0.10m以內(nèi)，滿足《電力工程數(shù)字?jǐn)z影測量規(guī)程》等規(guī)范的要求。完成空三解算后，仍然采用“管家”生成輸電線路勘測設(shè)計需要的正射影像DOM、數(shù)字地表模型DSM及影像密集點云，DOM及DSM成果如下圖6所示。

圖6DSM與DOM

輸電線路勘測設(shè)計更為關(guān)心的是獲取高精度的數(shù)字地面模型DTM。因此，需要將“管家”生產(chǎn)的影像密集點云進行點云地面濾波。目前，我院主要采用基于CSF（布料模擬濾波）的方法進行地面濾波，如圖7所示。通過該濾波方法剔除大部分的房屋、林木植被等非地面點，并對線路中心的點云與外業(yè)數(shù)據(jù)融合修正。根據(jù)修正的點云自動轉(zhuǎn)換成較高精度的DTM。

圖7 本工程局部放大CSF濾波效果

6 立體模型的建立

由于無人機平臺采用的是非量測數(shù)碼相機，相片的畸變誤差較大，采用傳統(tǒng)的通過“左右片”的方式建立的立體模型顯然并不適合輸電線路勘測設(shè)計工作。針對輸電線路勘測設(shè)計的特點，可以將DOM、DSM、DTM疊加導(dǎo)入至我院自主開發(fā)的《電力工程多數(shù)據(jù)源三維量測平臺》中建立大場景立體模型，進行優(yōu)化選線、桿塔排位等勘測設(shè)計工作。

7 平斷面量測與外業(yè)修測

在施工圖階段，需要根據(jù)設(shè)計提供的最終線路路徑在立體大場景與進行輸電線平斷面測量工作。根據(jù)無人機航測采集的平斷面圖，將終勘定位的樁塔位、危險點與交叉跨越等測量成果進行融合修正，完成最終的平斷面成果的繪制。如圖8所示，為無人機航測采集的全線輸電平斷面圖，圖9為局部放大平斷面圖。

圖8 全線平斷面概覽

圖9 局部平斷面

本工程還涉及到房屋分布測量的工作，主要仍采用DSM與DOM疊加構(gòu)成立體大場景的方式繪制房屋分布圖，對重點房屋仍需要將部分無人機影像進行“左右片”恢復(fù)立體的方式進行數(shù)字化立體采集。通過外業(yè)校核，結(jié)果表明能夠滿足比例尺為1:1000房屋分布測量的要求。

三、精度分析

為了檢驗基于DOM、DSM、DTM疊加方式生產(chǎn)的輸電線路平斷面圖能否滿足《330kV~750kV架空輸電線路勘測規(guī)范》的要求，本工程在終勘定位階段利用網(wǎng)絡(luò)RTK采集了36個特征點進行校核。其中平面最小誤差為0.05m，最大誤差為0.26m，檢查點的平面中誤差為0.22m；高程最小誤差為0.02m，最大誤差為0.62m，檢查點的高程中誤差0.34m，基本滿足本工程勘測設(shè)計的需要。

四、結(jié)語

本文以江蘇地區(qū)首先三維設(shè)計試點項目500kV斗山~茅山線路工程為例，介紹了差分GNSS無人機航測系統(tǒng)在輸電線路工程中的應(yīng)用。飛馬F200無人機航測系統(tǒng)提供的航線輔助拐彎、無人機管理專業(yè)版提供的內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)處理等功能，為輸電線路勘測設(shè)計提供較好的便捷性。通過工程外業(yè)實測與精度分析表明，差分GNSS無人機航測技術(shù)在輸電線路勘測設(shè)計中的可行性。與傳統(tǒng)航空攝影測量相比，差分GNSS無人機航測技術(shù)因外控布設(shè)靈活、現(xiàn)勢性好、成本低、機動性強等優(yōu)勢，更適用于輸電線路工程勘測設(shè)計，特別是在中等距離的輸電線路勘測設(shè)計領(lǐng)域具有一定的推廣價值。