倾斜摄影技术在无人机电力巡检设计中的应用

倾斜摄影技术在无人机电力巡检设计中的应用

王玉龙

国网四川省电力公司南江县供电分公司 四川巴中 635600

摘要：社会经济的发展，我国的倾斜摄影技术有了很大进展，并在无人机电力巡检设计中得到了广泛的应用。借助倾斜摄影相机来采集输电线路以及周边的图像信息，通过无人机传输到地面，对图像信息进行解析快速构建输电线路以及周边设施的三维模型。将三维模型进行局部放大完成对输电线路故障的排查、安全隐患的排除，确保输电线路的安全性。在无人机上搭载倾斜摄影相机可以在很大程度上提高电力巡检的准确度，对提升电力巡检的经济性具有一定的实用价值。

关键词：倾斜摄影技术；无人机；电力巡检设计

引言

在电力工程中，高压电力线路分布范围非常广泛。如果输电线路所在环境恶劣、地形复杂，就易受到破坏。尤其在许多偏远地区，高压线路由于环境特殊，输电中易受到自然因素的影响，严重威胁到电力系统运行的安全性与稳定性。进行电力巡检，可及时准确监测电力线路和附属设备，而进行周围环境巡视，可及时排除安全隐患，保证输电线路安全性，因此应重视电力巡检工作，加强电网线路和电力设备的检查。传统的电力巡检方式主要是通过人力巡检，工作人员使用一定的辅助设备，进行实际的电力线路和相关设备的巡视工作。人力巡检不仅工作效率较低，而且在恶劣环境下或高危作业时，巡检工作人员的生命安全就会受到严重威胁。传统人工巡检已不能满足现代电力发展的需求，成本高、效率低，并且工作量大，存在危险性，因此探索更安全、高效、低成本的巡检方式十分重要。无人机倾斜摄影技术就具有良好的实用性和安全性。

1无人机技术应用于电力线路巡检工作的意义

我国幅员辽阔、地大物博，很多电力线路架设在环境恶劣的地区，且电力线路多是暴露在外，未经任何保护措施，长期经受风吹日晒与自然灾害影响，很容易产生一系列故障，这要求电力企业定期对电力线路进行巡检工作，以及时发现问题并解决问题。但是以前多采用人工巡检的方法，对电力线路进行巡检工作，但是受环境因素影响，巡检效率一直不高，且容易忽略掉很多细微的问题，导致出现用电安全问题。无人机技术兴起之后，电力系统安全方面人员开始将无人机技术应用于电力线路巡检工作，通过无人机搭载巡检设备完成巡检工作，相对于传统的人力巡检方式有着多方面的积极意义，主要表现在三个方面：其一，将无人机技术应用在电力线路巡检工作中，能够有效避免恶劣环境对巡检人员的伤害，极具安全性；其二，在任何时候都能进行巡检工作，排查电力系统中的问题，极具便利性；其三，无人机巡检速度最快可达一小时数十公里，相比于传统形式的人工建立巡检工作，极具高效性。虽然无人机技术应用还处于起步和发展阶段，有着诸多的不足，但是随着科技的发展，这些问题都将得到解决，且如今的无人机电力线路安全巡检系统有效结合了电子通讯技术、雷达定位技术、信息化分析技术等，让无人机在电力线路安全巡检中的应用焕发出更强的生命力。

2倾斜摄影技术软件设计

倾斜摄影测量总体流程：巡检任务开始－申请航飞领域－采集数据－预处理多视影像并转换为ＰＯＳ数据格式－测量布置控制点－几何校正，区域网联合平差，生成数字地表模型－构建三维不规则三角网模型－生成三维场景模型。倾斜影像拼接、密集匹配、自动空中三角测量是倾斜摄影技术数据处理的主要组成部分。倾斜摄影空三的主要步骤包括自动匹配倾斜影像连接点、区域网平差以及建立自由网。本次研究中，采用ＳＩＦＴ特征匹配；设置构建尺寸空间，采用高斯卷积核，构建图像金字塔；使ＤＯＧ尺寸空间本层以及上下两层最大或最小值为尺度空间极值点；去除不稳定边缘响应点和低对比度关键点；形成关键点描述，计算关键点方向；计算两特征点的欧式距离，采用ＳＩＦＴ特征匹配。根据五点法相对定向模型对粗差进行监测。自由网的构建使用随机采样一致性的方法。根据双向模型的粗差点监测，使用空间前方交汇计算像点残差，处理双模型间的三度重叠点，将残差大的粗差点去除。根据双模型的相对定向方法监测，选择三张影像，进行两两相对定向。对旋转矩阵、线元素进行计算，监测倾斜影像匹配点粗差，实现自由网的构建。采用附加约束方法处理区域网平差，以多个相机之间的安置参数作为约束条件，加入平差模型。区域网平差位置数为下视相机的安置参数、倾斜相机的安置参数以及下视影像的外方位元素。采用这种方式，可提升平差结果的稳定性，极大减少区域网平差的未知数个数。在拼接倾斜摄影技术中，建立虚拟影像，需要获取各视角的倾斜影像，再是视野范围内的倾斜影像，最后对重影效应进行处理。

3外业无人机倾斜摄影工作流程

①无人机作业前的准备工作。在作业前，工作人员需要进行一定的准备工作，包括：无人机作业区域、起落航点、航高、航线等参数的设置，这是在前期对作业区域情况调查的基础上进行的。作业区域可以在GoogleEarth上划分再导入飞控软件，这可有效解决因信号微弱而导致的地图底图缺失的问题；起落航点尽量选择开阔地带以确保无人机起降的安全性；航线由影像重叠率决定，一般设置旁向75%，航向85%即可确保作业质量；航高的设置依据作业区域当地的航空管制规定。②无人机作业中的必要工作。在作业过程中，操作人员无需人工干预。但需要注意无人机在空中的姿态以及可能发生的突发事件（例如，电量不足、电磁干扰等问题）以便采取相应措施。③无人机作业后的评价工作。完成作业后，需要将倾斜摄影获取的影像及POS数据导出进行检查。需要检查每个镜头拍摄的照片数量是否一致、照片是否出现畸变、POS数据是否完整等。如果有必要，则进行该部分的补飞作业。

4系统测试

基于倾斜摄影技术的无人机电力巡检系统获取的三维模型。根据测试结果，在无人机电力巡检中，应用倾斜摄影技术，能获得多视影像的地面目标。通过软件处理数据，细化模型，能迅速构建三维模型，为实践应用提供指导。无人机应用倾斜摄影技术，飞行高度较低，能多方位、高覆盖获取地面物体的影像数据，并且采用计算机匹配影像和建模，能减少人工干预，提升自动化程度。

结语

综上所述，在我国经济不断发展下，电力行业也变得十分壮大，而电力巡检也变得十分重要。传统的电力巡检方法已经无法满足人们的需求，无人机巡检已经逐渐取代了传统巡检方法，无人机的使用可以将电力巡查工作的效率提高，还能降低企业成本。而将智能识别系统运用在无人机电力巡检过程中，可以更好地提高准确率，让电力巡检的工作得到完善，从而推动电力行业的发展。无人机搭载倾斜摄影相机，充分利用倾斜摄影技术进行电力巡检，能快速建立三维实景模型，具有高精度以及良好的时效性，有利于有效监测电力线路和设备，并进行相应维护，促进电力巡检工作的顺利开展，提高巡检效率，为电力系统的安全性提供保障。

参考文献

[1]曾瑛,张珮明,付佳佳.一种电力线路巡检中无人机无线通信系统硬件方案[J].通信技术,2020,53(12):3134-3141.

[2]韩光,陈龙庆,许义,王伟,路健.基于激光雷达与倾斜摄影融合技术的电力巡检系统设计[J].机械与电子,2020,38(10):27-31.

[3]吴宏森,刘峰,张增名.输变线路无人机智能巡检的发展与展望[J].镇江高专学报,2020,33(04):53-56.

[4]傅力帅,吴一飞,张毅磊,牛纯春,潘桢.无人机电力巡检系统中的通信方法[J].电子技术与软件工程,2020(15):20-22.

[5]牛珍,和正强.无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用分析[J].电力设备管理,2020(06):193-194.