即日起，飛馬機器人將對入圍最終投票環(huán)節(jié)的10篇文章進(jìn)行展示。
展示期為12月13-14日，每天刊出5篇文章。
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投稿單位：長江空間信息技術(shù)工程有限公司（武漢）遙感數(shù)字工程院
投稿人：高何利
一、項目背景
1、項目來源
2016年底至2017年初，長江空間公司承擔(dān)了安哥拉Lauca 400kv輸變電線路勘測任務(wù)，應(yīng)用無人機航空攝影進(jìn)行1:1000大比例尺地形測圖，輸出DLG、DEM、DOM等測繪成果，為輸變電線路設(shè)計提供測量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
測區(qū)地形復(fù)雜，植被茂密，工期要求緊，給勘測和設(shè)計工作帶來了很大的困難，如采用傳統(tǒng)測量技術(shù)導(dǎo)致周期長、成本較高；尤其是山區(qū)地形，交通不便、的情況下無法滿足工程需要，而采用具備高機動性、低成本、高精度POS等特點的F200無人機進(jìn)行測繪，則能很好的解決線路工程所面臨的問題。
2、測區(qū)概況
測區(qū)位于安哥拉中西部的北寬扎省、南寬扎省及萬博省，屬于平原、丘陵地區(qū)。此次輸變電項目線路長，國內(nèi)無類似經(jīng)驗，線路總長度約為390km，寬度400m，總體南北走向，海拔由700m左右緩慢上升至1700m左右，地勢相對平緩，少部分低山丘陵地帶。地表植物主要是面包樹、芒果樹及雜草和一些灌木，其他樹木較少。
圖1：測區(qū)現(xiàn)狀
圖2：測區(qū)范圍
3、精度要求
根據(jù)規(guī)范中的要求，在確保成圖精度的前提下，本著有利于縮短成圖周期、降低成本、提高測繪綜合效益的原則在表的范圍內(nèi)選擇。
表1：地面分辨率
本次攝影獲取的影像用于完成比例尺為1：1000的數(shù)字產(chǎn)品（DEM、DOM、DLG等），因此要求航空影像的地面分辨率（GSD）小于等于10cm，本次項目中采用GSD =6cm。
4、項目難點
1）非洲安哥拉國外作業(yè)
本項目是我公司首次在非洲大地進(jìn)行無人機航攝作業(yè)，此前有過一次在巴基斯坦小面積的航攝作業(yè)，畢竟巴基斯坦國情與非洲安哥拉有著截然不同的區(qū)別，首先是如何將無人機帶出國外？安全的作業(yè)后再安全的帶回國內(nèi)；其次是在當(dāng)?shù)啬芊耧w行？是否像國內(nèi)一樣要求進(jìn)行無人機空域申請、報批等相關(guān)手續(xù)；最后就是當(dāng)?shù)氐陌踩闆r如何？有無黃熱、霍亂等熱帶傳染疾??？有無黑人搶劫等不安全情況發(fā)生。
2）勘測線路長、精度要求高、工期短
本項目成果最終為輸變電線路設(shè)計提供測量數(shù)據(jù)，并且前期做的控制測量成果也為將來的施工放樣提供測量依據(jù)；線路全長390公里，且有20多公里為無人區(qū)，最終成果為1：1000精度的4D產(chǎn)品，在這樣的地形地貌環(huán)境下達(dá)到如此高的精度要求很高；而且工期要求很短。
二、技術(shù)路線
1、工作流程
安哥拉400kv輸變電線路1:1000地形圖測量項目采用“F200無人機航攝+全數(shù)字航測成圖法”的技術(shù)路線。由于測區(qū)地物特別稀少，所以在進(jìn)行無人機航攝前布設(shè)像控點，并且在航線設(shè)計時充分考慮無人機的起降場地。技術(shù)工藝流程如圖2.1所示。
2、飛行方案
由于安哥拉處于南半球且測區(qū)位于高原地區(qū)，受當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，云層比較低，考慮到航飛正是安哥拉的雨季，幾乎每天都有一到兩場大雨，相對高程500米以上長期有云層覆蓋。所以航高設(shè)計為467米，這樣既提高了影像分辨率又不受天氣的影響。
沿約390公里輸變電線路寬度0.6公里優(yōu)于0.06米分辨率帶狀航空攝影，航攝面積約312平方公里；雙航線設(shè)計，即：沿中心線兩邊布設(shè)航線，航向重疊80％，旁向重疊度55％。
圖2.1：帶狀航線設(shè)計
沿390公里長度的輸變電線路附近，每間隔20公里左右選擇一個較大面積平坦地區(qū)做為無人機起降場地，共需選擇約20多個起降場。測區(qū)中由于過去的戰(zhàn)爭給當(dāng)?shù)亓粝掠械乩?，在選擇無人機起降場地時，盡量找有當(dāng)?shù)厝嗣窀N過的田地里或比較大的路上，不選擇山地埡口或交通要道等地方，避免發(fā)生安全事故。
圖2.2：飛行場地
3、控制點布設(shè)方案
每帶狀區(qū)塊兩端頭在中線、兩邊線附近布設(shè)三個像控點，每2.5公里距離布設(shè)三個像控點、航線拐彎處加布三個控制點。
由于當(dāng)?shù)厝藷熛∩?，測區(qū)中有大面積沼澤地，人員很難進(jìn)入，為了不影響像控精度，對像控點布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，像控點布設(shè)在沼澤地的兩頭，這樣可以跨過沼澤地，避免人員進(jìn)入沼澤地中。由于測區(qū)很少有明顯的地物可選像控點，所以采取航拍前在地面上刷標(biāo)記布控的辦法，很好的解決了無法選刺像控點的問題。
圖2.3：像控點布設(shè)
4、像控點測量
測區(qū)采用GPS實時動態(tài)定位（RTK）的方法進(jìn)行測量，每個點重復(fù)測量兩次取平均值作為測量成果。
圖2.4：像控點測量
5、基站架設(shè)
基站架設(shè)在航攝區(qū)塊半徑20公里范圍內(nèi)，飛行前30分鐘開機、飛行后30分鐘后關(guān)機。
圖2.5 基站架設(shè)
三、飛行實施
此次任務(wù)由于我公司是第一次在海外大任務(wù)量飛行，又是第一次長距離線路飛行，在國內(nèi)也無飛行經(jīng)驗，對航攝飛行線路設(shè)計、無人機飛行、以及數(shù)據(jù)處理等都無成熟的作業(yè)模式，所以在國內(nèi)出發(fā)前就對航攝飛行工作中的重點和難點進(jìn)行研究，制定了合理的無人機飛行方案與周密的工作計劃。
1、飛行參數(shù)
采用飛馬智能航測系統(tǒng)F200進(jìn)行航攝。具體參數(shù)如下：
表3：F200航攝參數(shù)
2、飛行操作
由于是帶狀航線，所以起降場地盡量選擇在兩架次接頭處，這樣一個飛行場地可以飛行兩個架次，避免飛行完一架次進(jìn)行趕路前往一下場地浪費時間，同時也節(jié)約了無人機航程，保證無人機電池有足夠的電量，同時飛行前一天晚上充足電量保證第二天飛行滿電。
四、數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)在無人機管家2.0中進(jìn)行處理，采用基于差分GPS 的“PPK+控制點”解算模式，極大減少了控制點，流程如下。
圖4.0：質(zhì)檢流程
在數(shù)據(jù)檢查完之后，通過質(zhì)檢報告，可見測區(qū)拼圖是否存在漏洞，重疊度正常與否；通過智理圖中高精度差分解算生成POS數(shù)據(jù)；將POS數(shù)據(jù)通過參數(shù)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)；最后進(jìn)行空三工程建立，量測控制點后平差生成空三成果，檢查精度是否合格，如精度合格則進(jìn)行后續(xù)測圖及成果輸出。
圖4.1：空三及成果輸出流程
圖4.2：像控點航攝影像
五、空三精度
經(jīng)過空三平差得到如下精度：
可見結(jié)果滿足GB/T 23236-2009 《數(shù)字?jǐn)z影測量空中三角測量規(guī)范》規(guī)定的1：1000空三精度。
圖5.1：規(guī)范限差
六、立體采集
1、數(shù)據(jù)采集
通過空三后導(dǎo)出Inpho結(jié)果轉(zhuǎn)為ZI成果，在航天遠(yuǎn)景攝影測量工作站中導(dǎo)入ZI空三結(jié)果進(jìn)行立體采集，如下圖所示：
圖6.1：航天遠(yuǎn)景立體采集
圖6.1：航天遠(yuǎn)景采集數(shù)據(jù)
2、精度檢測
通過外業(yè)散點與立體模型觀測對比，應(yīng)用檢查程序統(tǒng)計精度如下：
通過以上分析檢查平面中誤差為±0.311，高程中誤差為±0.176都能滿足規(guī)范要求。
七、數(shù)據(jù)應(yīng)用情況
本次項目生產(chǎn)的數(shù)據(jù)有：（1）1：1000地形圖（2）線路縱橫斷面（3）數(shù)字高程模型（4）正射影像圖。
在電力選線軟件平臺上，將DEM和DOM疊加顯示，構(gòu)成線路路徑走廊的三維場景，在場景中，利用各種工具進(jìn)行三維選線，實時量測各種危險地物距離線路中心的距離，對線路路徑進(jìn)行各種修改，設(shè)計人員從不同的視角查看線路周圍的地物、地貌特征，量測各種有影響的地物距離線路的距離，通過放大、縮小、漫游看到全路徑的地形條件，綜合考慮沿線的交通運輸、施工和運行維護(hù)的難易程度、對地物的影響及受地形的影響等，并可進(jìn)行桿塔位置和高度的精細(xì)調(diào)整，使整條線路得到進(jìn)一步優(yōu)化，從而使線路走徑更合理更經(jīng)濟(jì)，對附近環(huán)境和居民的影響降低到最小，完成線路路徑的初選。
圖7.1：路徑圖
圖7.2：平斷面圖
以上數(shù)據(jù)為項目線路規(guī)劃、設(shè)計方案調(diào)整提供現(xiàn)時可靠的資料；并為輸變電線路勘測節(jié)約了大量時間，加快了工程設(shè)計，為設(shè)計人員提供更全面的測繪資料。無人機航測新手段比傳統(tǒng)外業(yè)測繪在國外作業(yè)條件困難的情況下顯示出較大優(yōu)勢，節(jié)約大量的人力、物力、成本，且提高測繪成果質(zhì)量。
八、總結(jié)
1、無人機航測
1）本項目成功應(yīng)用無人機航測在國外輸變電線路勘測提供先進(jìn)的技術(shù)手段，精度完全能滿足項目要求；與傳統(tǒng)方法相比節(jié)約了大量的人力物力財力。此方法在以后類似項目上都可采納。
2）由于輸變電線路是帶狀測區(qū)所以在無人機飛行航線設(shè)計時采用往返航線的飛行線路，并且在飛行架次設(shè)計時充分考慮每架次線路的長度，盡量架次之間接頭處選在轉(zhuǎn)彎處，這樣既有利于飛行也有利于數(shù)據(jù)處理。
3）線路上大多數(shù)是安哥拉高原，植被茂密，地物稀少，所以像控點用提前布標(biāo)的方式進(jìn)行，并且選擇帶差分GPS的無人機，這樣既提高了空三精度又減少了像控點個數(shù)。
4）安哥拉位于南半球，這也是F200首次在南半球航飛，遇到了無人機無法正確定位。經(jīng)我們反饋，與飛馬技術(shù)人員共同找到問題原因，現(xiàn)場反復(fù)驗證，及時更新了無人機管家，保證了F200無人機能在南半球的正常飛行。
2、無人機國外作業(yè)相關(guān)工作
1）無人機在運輸出國時應(yīng)在國內(nèi)做足準(zhǔn)備工作，盡量多了解當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)規(guī)定，與當(dāng)?shù)貥I(yè)主聯(lián)系好出關(guān)相關(guān)手續(xù)，攜帶好無人機的購買發(fā)票、無人機參數(shù)、無線電頻率等資料。當(dāng)時我單位沒有攜帶無人機出國經(jīng)驗，所以在出關(guān)時遇到很多的麻煩，耽誤了大量的作業(yè)時間和花費了許多金錢。在攜帶飛馬電池登機時也遇到了不少麻煩，因為國外的航空公司與國內(nèi)的很多規(guī)定不一樣，所以在出國前一定多了解一些情況。
2）本項目屬于我國對安哥拉援建項目，也是第一次在安哥拉使用中國的無人機，他們也是感到很新奇，在報請空域及地面治安警察都是一路綠燈（當(dāng)然我們是送了禮物的），唯一要求就是我們飛行時要帶他們觀看，所以我們飛行時都要給空管、警察、掃雷部隊帶上面包飲用水等，他們都很高興，怎么飛都可以。
3）這次用無人機航測，業(yè)主、設(shè)計人員都高度評價了這種方法效率高，不僅有數(shù)據(jù)，還有高清影像圖，對輸變電線路的調(diào)整更加直觀科學(xué)。當(dāng)?shù)仡愃频墓こ滩捎脗鹘y(tǒng)方法進(jìn)行需要20人半年的時間，而我們分兩次每次2人兩個月就完成了。
4）工作區(qū)域還有十年前內(nèi)戰(zhàn)遺留大量的地雷，用無人機測量最大的減少了地面人員，避免了人員被炸危險，期間在線路上的一個中國水電項目就有工作人員踩雷事故發(fā)生，所以在國外作業(yè)時一定要注意安全。
安哥拉航空管理局檢查無人機
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