一、引言

目前，輸電線路勘測設計主要使用傳統的航空攝影測量技術，該技術成熟、應用廣泛，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，在輸電線路勘測設計中應用越來越廣。特別是，隨著具備PPK等功能的差分GNSS無人機航測技術的出現，使得電力測繪人員能夠利用稀少控制條件下生產出滿足設計要求高精度的三維立體模型，更快更好的服務于電力勘測設計。

今年，我院承接了江蘇省首條500kV三維設計試點線路工程——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獲取了沿線路通道內三維立體模型，為輸電線路三維設計的推廣具有一定的參考價值。

二、項目應用分析

1 項目概況

500kV斗山~茅山線路為江蘇蘇南電網主干通道內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。測區內以平原為主，最高海拔18m，最低海拔1米。測區交通便利，但輸電通道十分擁擠，其中房屋眾多、水系密集、交叉跨越復雜，測繪難度較大，見圖1。

圖1 線路路徑

2 技術流程

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

圖2 技術流程

3 無人機航空攝影

本測區采用帶PPK差分GNSS功能的飛馬F200固定翼無人機進行低空攝影，F200搭載了SONY DSC-RX1R II相機，相機焦距為35mm。本次航線設計為航向重疊率為80%，旁向重疊率為60%，航高設定為500米，地面分辨率為6.4cm；為確保線路轉角處的航測精度設置了航線拐彎輔助點，根據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，航線布設如圖3所示。在短短的一天時間內即完成了全部的航空攝影工作，共獲取影像2445張。坐標系統為1954北京坐標系。

圖3 航線布設

4 外控點的布設

外業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。為確保航測精度，每個架次飛行前均應布設一定數量的像控點。按照《電力工程數字攝影測量規程》外控點的布設要求，若采用常規航空攝影測量因線路走向不規則，需要多個航帶的影像，而每條航線均需布設不少6個外控點，且外控點需要根據地物特征現場進行反復比對選擇，正常情況下外控測量至少3天時間才能完成。與常規航空攝影布設不同,依托于飛馬F200高精度的PPK差分GNSS功能，每個架次只需布設6個外控點，即沿線路兩端各布設一對像控點、中間再布設一對像控點。本工程共布設像控點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 無人機數據處理流程

如圖4所示，給出差分GNSS無人機低空攝影的數據處理流程。

圖4 無人機數據處理流程

本工程無人機數據處理主要依靠“飛馬無人管家專業版”（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數據進行PPK解算，所有解算Q1值均在95以上，表明照片對應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的《蘇電測繪協同工作平臺》中的坐標系統轉換模塊，將POS數據對應的經緯度坐標轉換成1954北京坐標系下的網格坐標。

圖5 “管家”外控預測刺點

根據解算的高精度POS數據，在“管家”中進行初始的空三計算后，將外控點導入“管家”中。因本次解算的POS精度較高，外控點預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，如圖5所示。因此，內業人員可以較為輕松的完成了全部外控刺點工作。執行空三解算后，確定各要素的精確坐標位置。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，滿足《電力工程數字攝影測量規程》等規范的要求。完成空三解算后，仍然采用“管家”生成輸電線路勘測設計需要的正射影像DOM、數字地表模型DSM及影像密集點云，DOM及DSM成果如下圖6所示。

圖6DSM與DOM

輸電線路勘測設計更為關心的是獲取高精度的數字地面模型DTM。因此，需要將“管家”生產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數據融合修正。根據修正的點云自動轉換成較高精度的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碼相機，相片的畸變誤差較大，采用傳統的通過“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計工作。針對輸電線路勘測設計的特點，可以將DOM、DSM、DTM疊加導入至我院自主開發的《電力工程多數據源三維量測平臺》中建立大場景立體模型，進行優化選線、桿塔排位等勘測設計工作。

7 平斷面量測與外業修測

在施工圖階段，需要根據設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”恢復立體的方式進行數字化立體采集。通過外業校核，結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疊加方式生產的輸電線路平斷面圖能否滿足《330kV~750kV架空輸電線路勘測規范》的要求，本工程在終勘定位階段利用網絡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計的需要。

四、結語

本文以江蘇地區首先三維設計試點項目500kV斗山~茅山線路工程為例，介紹了差分GNSS無人機航測系統在輸電線路工程中的應用。飛馬F200無人機航測系統提供的航線輔助拐彎、無人機管理專業版提供的內外業一體化數據處理等功能，為輸電線路勘測設計提供較好的便捷性。通過工程外業實測與精度分析表明，差分GNSS無人機航測技術在輸電線路勘測設計中的可行性。與傳統航空攝影測量相比，差分GNSS無人機航測技術因外控布設靈活、現勢性好、成本低、機動性強等優勢，更適用于輸電線路工程勘測設計，特別是在中等距離的輸電線路勘測設計領域具有一定的推廣價值。