無人機(jī)航測可行性方案和應(yīng)用

專業(yè)整理資料分享專業(yè)整理資料分享專業(yè)整理資料分享.WORD.格式.無人機(jī)航測系統(tǒng)可行性分析唐山市新地工程勘察設(shè)計(jì)有限公司一、無人機(jī)航測系統(tǒng)技術(shù)說明.WORD.格式.隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力能源的需求日益增大，與之相應(yīng)的電力工程建設(shè)的力度也在不斷加強(qiáng)。目前我國的電網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)超過美國，居世界第一。已經(jīng)建成東北、華北、華中、華東、西北和南方共六個跨省區(qū)電網(wǎng)，其中110KV以上的輸電線路超過51.4萬公里，而500KV輸電線路已成為各大電網(wǎng)的主力。由于我國國土遼闊，地形復(fù)雜，平原少，丘陵及山區(qū)較多，氣象條件復(fù)雜，對于特高壓和跨區(qū)電網(wǎng)等大型工程的初期規(guī)劃建設(shè)，到建成后的日常巡查維護(hù)，現(xiàn)有的常規(guī)測試和檢查手段已不能滿足其快速高效的要求。而隨著自動控制技術(shù)、GPS定位導(dǎo)航技術(shù)、航空遙感測繪技術(shù)以及無線電通信等技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)的使用已從軍事領(lǐng)域拓展到許多民用領(lǐng)域，如地形測繪、災(zāi)情監(jiān)測、林業(yè)調(diào)查、農(nóng)作物監(jiān)測等。其中利用無人機(jī)航空攝影測量能夠高效完成電力建設(shè)規(guī)劃及巡查任務(wù)。1.無人機(jī)攝影測量技術(shù)概述無人機(jī)(unmannedaerialvehicle)是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。近年來地理空間信息技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，尤其是靈活機(jī)動、具有快速響應(yīng)能力的輕小型航空，更是在最近幾年迅速成長，成為航空遙感領(lǐng)域一個引人注目的亮點(diǎn)。無人機(jī)航測技術(shù)體現(xiàn)了無人機(jī)與測繪的緊密結(jié)合同時也提供了更高效的測繪方式。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，無人機(jī)航測技術(shù)完全可以達(dá)到1:1000國家航空攝影測量規(guī)范的要求。1.1無人機(jī)航測特點(diǎn)由于航空遙感平臺及傳感器的限制，普通的航空攝影測量手段在獲取小面積、大比例尺數(shù)據(jù)方面存在成本高、性價(jià)比差等問題。具有低成本和機(jī)動靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)的低空無人機(jī)遙感能在小區(qū)域內(nèi)快速獲取高質(zhì)量遙感影像，是國家航空遙感監(jiān).WORD.格式.優(yōu)勢，在陰天、輕霧天也能獲取合格的彩色影像，從而將大量的野外工作轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)，既能減輕勞動強(qiáng)度，又能提高作業(yè)的技術(shù)水平和精度。1.2國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)無人機(jī)近幾年來發(fā)展比較快，而除軍事用途外，由于無人機(jī)成本相對較低、無人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)、生存能力強(qiáng)、機(jī)動性能好、使用方便等的優(yōu)勢，使得無人機(jī)在航空拍照、地質(zhì)測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路管理、森林防火巡查、毒氣勘察、緝毒和應(yīng)急救援、救護(hù)等民用領(lǐng)域應(yīng)用前景極為廣闊。正是因?yàn)榭吹轿磥頍o人機(jī)的民用市場潛力巨大，除一些科研院所外，民營企業(yè)也開始介入無人機(jī)市場。目前粗略估計(jì)全國約有170多家單位在生產(chǎn)無人機(jī)。2.無人機(jī)系統(tǒng)介紹無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)合了無人機(jī)技術(shù)和攝影測量技術(shù)，是較傳統(tǒng)方式更為靈活的航測平臺。無人機(jī)系統(tǒng)可快速為用戶獲取采用傳統(tǒng)方式需要較長項(xiàng)目周期和高昂費(fèi)用才能獲取的正射影像圖（DOM）和數(shù)字地表模型（DSM），可應(yīng)用在各個領(lǐng)域，包括災(zāi)害應(yīng)急制圖、水文地質(zhì)、基礎(chǔ)測繪、國土規(guī)劃、地理國情監(jiān)測、礦山、公路、鐵路、水利電力等帶狀地物測圖等等。如下圖：固定翼無人機(jī).WORD.格式.旋翼無人機(jī).WORD.格式..WORD.格式.2.1無人機(jī)系統(tǒng)組成無人機(jī)系統(tǒng)都是由硬件與軟件組成。2.1.1硬件配有電子控制裝置的無人飛機(jī)發(fā)射架或旋翼備用機(jī)身地面控制器或手機(jī)APP無線通訊模塊(2.4GHz)數(shù)碼相機(jī)（已標(biāo)定）電池充電器高性能鋰電池或燃油.WORD.格式.備用件2.1.2軟件系統(tǒng)軟件包括外業(yè)控制軟件與數(shù)據(jù)后處理軟件。（1）外業(yè)操作控制軟件通過該軟件可實(shí)現(xiàn)飛行任務(wù)設(shè)計(jì)、飛行規(guī)劃、飛行操作與控制、飛行成果質(zhì)量檢查與分析。圖2無人機(jī)系統(tǒng)飛行任務(wù)設(shè)計(jì).WORD.格式..WORD.格式.圖3無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃（2）數(shù)據(jù)后處理軟件，包括GlobalMapper，Pix4Dmapper等該軟件提供簡易、直觀的數(shù)據(jù)處理流程，用于原始數(shù)據(jù)的處理，提取各種成果數(shù)據(jù)，如正射影像、數(shù)字高程模型（DEM）、KML格式數(shù)據(jù)、3D模型數(shù)據(jù)以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)等。.WORD.格式.圖4無人機(jī)后處理軟件Pix4Dmapper數(shù)據(jù)導(dǎo)入處理圖5無人機(jī)系統(tǒng)后處理軟件Pix4Dmapper——生成正射影像圖6無人機(jī)系統(tǒng)后處理軟件Pix4Dmapper——生成數(shù)字表面模型（DSM）.WORD.格式.2.2無人機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢作為全新一代的無人機(jī)航空攝影測量測量系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)與優(yōu)勢：1.云下自主飛行，作業(yè)航高在75~750m。2.操作簡單、方便快捷、快速高效3.自動化數(shù)字圖像處理4.中小區(qū)域測圖，地面采樣間隔（GSD）達(dá)到2.4cm5.高頻率、多時相掃描拍攝覆蓋整個測區(qū)，全自動地采集高分辨率原始數(shù)字圖像，并且每條航帶上的數(shù)字圖像都具有GPS位置與飛行姿態(tài)信息。6.隨時獲取目標(biāo)區(qū)域圖像7.作業(yè)安全、無污染8.高端黑盒電子產(chǎn)品(內(nèi)在)+可更換的外形.WORD.格式.充分滿足各種環(huán)境所需測繪級別產(chǎn)品2.3無人機(jī)系統(tǒng)的工作原理無人機(jī)系統(tǒng)是以無人駕駛飛行器為飛行平臺，搭載數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行圖像采集，以獲取高分辨率遙感數(shù)據(jù)為應(yīng)用目標(biāo)，通過3S技術(shù)在系統(tǒng)中的集成應(yīng)用，達(dá)到實(shí)時對地觀測能力和遙感數(shù)據(jù)快速處理。飛行前先通過地面控制平臺電腦或手機(jī)APP來制定飛行作業(yè)計(jì)劃，如測區(qū)范圍、起飛降落位置、飛行航高、影像重疊率及風(fēng)向等參數(shù)的確定。系統(tǒng)中的飛行任務(wù)設(shè)計(jì)軟件根據(jù)上述參數(shù)可自動設(shè)計(jì)出飛行航線以及起飛降落的位置，然后利用無線通訊模塊將飛行計(jì)劃上傳至自備的電子控制裝置中，然后通過無線通訊模塊與電子控制裝置協(xié)同操縱飛行平臺來完成圖像數(shù)據(jù)采集。2.4無人機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)流程無人機(jī)系統(tǒng)目前已經(jīng)在很多工程中應(yīng)用，作業(yè)的基本內(nèi)容包括：系統(tǒng)組件連接與安裝、飛行任務(wù)設(shè)計(jì)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集（圖像數(shù)據(jù)與飛行軌跡數(shù)據(jù)獲?。?nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理（圖像數(shù)據(jù)解算處理，成果數(shù)據(jù)提?。┑葍?nèi)容。二．無人機(jī)航測系統(tǒng)的應(yīng)用.WORD.格式.目前，無人機(jī)已成功應(yīng)用多個行業(yè)，主要應(yīng)用有：水利、電力等能源與環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施與工程監(jiān)測基礎(chǔ)測繪、土地管理與規(guī)劃植被監(jiān)測（結(jié)合可見光、近紅外圖像應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)與森林保護(hù)）災(zāi)情監(jiān)測、應(yīng)急快速響應(yīng)測圖露天礦山測繪3D建模與可視化資產(chǎn)管理水文、地質(zhì)、考古研究等圖7無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)分布圖.WORD.格式.無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)具有高靈活、快響應(yīng)、低成本、實(shí)時等特點(diǎn)與優(yōu)勢，與衛(wèi)星遙感與傳統(tǒng)航空攝影測量相比，尤其在低空獲取高分辨率數(shù)字圖像，輸電線路規(guī)劃、電廠（變電站）址地形圖像獲取，發(fā)電廠料堆體積計(jì)算、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等方面，無人機(jī)系統(tǒng)具有不可替代的作用。3.1電力勘察設(shè)計(jì)采用無人機(jī)系統(tǒng)航測，能獲取豐富的數(shù)據(jù)成果。將原始數(shù)據(jù)處理可以獲得分辨率的數(shù)字正射影像DOM和高精度的數(shù)字表面模型DSM，在此基礎(chǔ)上可以上述數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，得到DLG、等高線等數(shù)據(jù)成果。.WORD.格式.目前無人機(jī)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)航空攝影測量的有效補(bǔ)充，主要應(yīng)用以下兩個方面。3.1.1工程規(guī)模較小的新建線路航測據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國每年有數(shù)千公里的線路較短的工程，由于路徑短小，工程時間緊，難以實(shí)施大飛行器航飛，同時，這些工程規(guī)模小，也便于收集資料。因此，這些工程還是以傳統(tǒng)的工程測量方法進(jìn)行路徑選擇設(shè)計(jì)，無法貫徹全過程信息化技術(shù)的應(yīng)用，不能對未來整體的智能電網(wǎng)建設(shè)提供詳盡的、豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而無人機(jī)系統(tǒng)可很好地滿足此類工程勘測需要。3.1.2用于工程路徑局部改線航測電力工程施工定位或建設(shè)中可能會遇到一些意想不到的情況，導(dǎo)致路徑的調(diào)整而超出了原有航攝范圍，此時再調(diào)用大飛機(jī)進(jìn)行航空攝影不僅手續(xù)繁瑣、成本高，而且不能保證工期要求。無人機(jī)系統(tǒng)恰恰彌補(bǔ)了傳統(tǒng)攝影測量的不足。3.2優(yōu)化選線設(shè)計(jì)傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)流程,包括規(guī)劃、線路設(shè)計(jì)、桿塔排位、外業(yè)施工等。其中所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是采用人工測繪或航空測繪方式。電力選線一般包括圖上選線和野外選線兩個過程，圖上選線一般在比例為1:10000、1:5000或更大比例的地形圖上進(jìn)行，先將線路的起始端標(biāo)出，然后將一切可能選線方案的轉(zhuǎn)角點(diǎn)用不同顏色的線連接起來，即構(gòu)成若干個路徑的初步方案。根據(jù)收集到的有關(guān)資料，舍去明顯不合理的方案，對剩下的方案進(jìn)行比較和計(jì)算，確定2-3個較優(yōu)方案，待野外踏勘后決定取舍，確定線路最佳方案。圖上選線完成之后進(jìn)行野外選線，將圖上選定的路徑進(jìn)行現(xiàn)場落實(shí)，確定最終線路并埋設(shè)標(biāo)石，用于后期勘測。傳統(tǒng)圖上進(jìn)行選線時，設(shè)計(jì)人員使用的地形圖資料由測量專業(yè)組提供或從測繪局購買。傳統(tǒng)地形圖是二維的，三維信息只能通過等高線和高程注記獲取，產(chǎn)品單.WORD.格式.圖8路徑選擇（2）估算房屋拆遷數(shù)量及賠償房屋賠償費(fèi)用在輸電線路建設(shè)成本中占有一部分比例，根據(jù)高分辨率的三維真實(shí)景觀圖，可清晰地查看設(shè)計(jì)線路走廊房屋狀況，包括房屋建筑結(jié)構(gòu)、層數(shù)及占地面積，根據(jù)這些細(xì)節(jié)可準(zhǔn)備地計(jì)算需拆遷房屋數(shù)量，估算賠償費(fèi)用，使輸電線路建設(shè)成本預(yù)算更科學(xué)。（3）實(shí)時獲取斷面利用生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以快速獲取不同方向不同深度的斷面圖，可方便地觀看設(shè)計(jì)電力線與周點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以快速獲取不同方向不同深度的斷面圖，可方便地觀看設(shè)計(jì)電力線與周圍地物在空間上的關(guān)系，如交叉線路在高程上的差異、設(shè)計(jì)線路與走廊范圍內(nèi)植被的高差等，利于設(shè)計(jì)線路及桿塔的高度。.WORD.格式.圖9斷面測量結(jié)合DSM和DOM得到的真實(shí)三維場景與實(shí)際的地形、地貌和地物條件相差很小，最小在厘米級，利用三維真實(shí)場景圖在室內(nèi)選線不受視線范圍的限制，大大減少了野外選線的工作量。.WORD.格式.圖10三維場景電力選線設(shè)計(jì)3.3電力線路走廊帶環(huán)境影響評價(jià)電力線路走廊帶環(huán)境影響評價(jià)主要包括三個方面：（1）線路選線設(shè)計(jì)時的區(qū)域環(huán)境影響評價(jià)；（2）電力線路運(yùn)營期間對線路走廊帶內(nèi)環(huán)境的影響；（3）走廊帶內(nèi)植被、高層建筑、桿塔附近地質(zhì)環(huán)境改變等潛在危險(xiǎn)對運(yùn)營電力線路的影響。高壓輸電線路區(qū)域環(huán)境影響是線路建設(shè)占用土地、砍伐樹木、拆遷房屋、破壞植被引起水土流失，甚至觸發(fā)泥石流，給自然環(huán)境造成的損害。為了既保證工程設(shè).WORD.格式.計(jì)質(zhì)量，又保證對環(huán)境影響程度最低。在輸電線路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)通過充分做好調(diào)研和路徑優(yōu)化工作，并依據(jù)有關(guān)規(guī)定控制對輸電線路對環(huán)境的影響，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。而這些工作的實(shí)施應(yīng)以設(shè)計(jì)線路走廊帶的空間地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過走廊帶線路分析軟件（CorridorAnalystRoutingSoftware），從綜合分析地質(zhì)、地形地貌環(huán)境、居民社區(qū)、工程等多種影響因素的角度出發(fā)，經(jīng)過該軟件的“確定廣域走廊帶—確定備線路選走廊帶—備選輸電線路選擇—確定首選輸電線路”這四步的綜合統(tǒng)計(jì)分析評價(jià)，找出最優(yōu)輸電線路。在完成最佳輸電線路選擇的同時，也對樹木砍伐、占用土地面積、房屋拆遷等區(qū)域環(huán)境影響做出定量分析與評價(jià)。.WORD.格式.專業(yè)整理資料分享專業(yè)整理資料分享.WORD.格式.專業(yè)整理資料分享圖11走廊帶線路分析軟件線路選擇示意圖盡管輸電線路走廊帶的植被會在一定程度上減弱輸電線路引起的電磁影響，但是植被隨著時間的推移會不斷地長高，部分樹木會超出輸電線路的限高標(biāo)準(zhǔn)，影響輸電的正常運(yùn)行，在雷電、雨雪等惡劣天氣的情況下，有可能造成更嚴(yán)重的電力事故。另外，由于地質(zhì)條件、風(fēng)化、水沖刷、以及道路與水利施工等因素，桿塔附近可能出現(xiàn)塌陷，滑坡、位移等現(xiàn)象，這對輸電線路的安全也會有極大的危害。鑒于此，需要對輸電線路走廊帶進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并做出相應(yīng)的環(huán)境影響分析?；跓o人機(jī)系統(tǒng)采集的不同時期高分辨率數(shù)字圖像，通過樹木長勢的模擬，評估植被在不同時期對輸電線路的影響。同時通過對塔桿附近的區(qū)域的DEM與DTM數(shù)據(jù)，查看塔桿附近區(qū)域的地形變化，進(jìn)行相關(guān)的地質(zhì)變化分析。3.4發(fā)電廠（變電站）址地形測量相比較而言，在對電廠（變電站）址等小區(qū)域的地形測量時，最有效的方式就是無人機(jī)測繪。因?yàn)樗梢詾檎局返倪x擇提供更詳盡的基礎(chǔ)資料和清晰的影像資料，有效降低測繪的強(qiáng)度，同時提高了規(guī)劃的效率，降低了測繪成本。.WORD.格式.圖26無人機(jī)系統(tǒng)獲取的變電站數(shù)據(jù)三、無人機(jī)航測系統(tǒng)投資回報(bào)分析近幾年來無人機(jī)航測技術(shù)在國內(nèi)開始熱門起來，由于該技術(shù)比起傳統(tǒng)測繪技術(shù)來，有著極其優(yōu)越的特性，可獲取無以倫比的多層次成果和成萬倍生產(chǎn)效率的提升；并且經(jīng)過十多年來的飛速發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，不僅僅是實(shí)驗(yàn)室而是已經(jīng)走向了實(shí)用，各大測繪廠商瞄準(zhǔn)了其光明的前景而紛紛投入巨資參與研發(fā)使其進(jìn)入了批量生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的階段。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無人機(jī)航測系統(tǒng)從上個世紀(jì)末就開始引進(jìn)中國，首先是引起了科學(xué)研究單位的注意，隨著這幾年的航測技術(shù)和影響成果的不斷應(yīng)用，人們開始認(rèn)識到該技術(shù)的先進(jìn)性和廣闊的應(yīng)用前景。這些運(yùn)用無人機(jī)航測技術(shù)的先行者都把這個技術(shù)比做15年來與GPS（全球衛(wèi)星定位）測量技術(shù)一樣的劃時代的測繪技術(shù)，認(rèn)為它像15年前出現(xiàn)在國內(nèi)的GPS技術(shù)一樣將極大的促進(jìn)測繪行業(yè)的發(fā)展。無人機(jī)航測技術(shù)將給測繪工作帶來深刻的變化。首先從外業(yè)數(shù)據(jù)采集上，無人機(jī)航測技術(shù)是無接觸測量技術(shù)，這使得它直接突破了傳統(tǒng)光學(xué)全站儀和GPS技術(shù)的限制。使用者無需離開儀器即可采集數(shù)據(jù)，以往難于到達(dá)目標(biāo)物的工程項(xiàng)目得以方便的完成。如：地形測量上的高懸的陡崖、隔河流的邊坡監(jiān)測、危險(xiǎn)的滑坡地段，有毒區(qū)域的測量、危險(xiǎn)的高壓電力設(shè)施等等。這些項(xiàng)目在以往是很難或者無法完成的高技術(shù)高“含金量”的項(xiàng)目，有了無人機(jī)航測系統(tǒng)，安全系數(shù)大大提高。當(dāng)然，該技術(shù)用在較為普通的項(xiàng)目上也很有意義，因?yàn)樗媸綊呙铚y量、需要跑棱鏡或者安放GPS接受機(jī)的工作變成“無接觸、無跑動”的工作，減少了工作量，減少了人力，減少了人為誤差，降低了勞動強(qiáng)度，還提高了效率。另外，無人機(jī)航測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度是常規(guī)儀器的數(shù)萬倍，極大地提高了外業(yè)工作的效率。比如測繪一個平方公里的1:2000地形圖全站儀人工跑棱鏡測圖，幾乎是一臺全站儀2個人苦干兩天的工作，即使是用1+1RTK技術(shù)也需要2天，而使用無人機(jī)加一個人僅需要不到30分鐘。其效率是不言而喻的，效益也是非常明顯的?？赡苡腥藭f航測的內(nèi)業(yè)工作量巨大，因?yàn)楹狡臄?shù)據(jù)需要人工拼接，處理成圖，費(fèi)時費(fèi)力。其實(shí)這已經(jīng)是過去了，現(xiàn)有軟件已經(jīng)很好地實(shí)現(xiàn)圖幅的自動拼接和匹配，數(shù)據(jù)的自動化處理成都也很好，而且數(shù)據(jù)精度可靠、整體一致性好。在航測后處理軟件里，數(shù)據(jù)可以任意的裁剪、取樣。如選擇不同的區(qū)域作不同的處理，可以任意按需抽取一部分?jǐn)?shù)據(jù)或者去掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)。如，可以自定將地形上特征地物進(jìn)行提取。.WORD.格式..WORD.格式.專業(yè)整理資料分享專業(yè)整理資料分享