董選昌 曲烽瑞 張耿斌 李陸林 楊成城

摘 要：針對(duì)電力走廊進(jìn)行巡視或傾斜攝影數(shù)據(jù)采集，需要離電力線保持一種安全側(cè)向距離和高度，進(jìn)行按航跡沿線自主飛行和反航，航跡的規(guī)劃影響了數(shù)據(jù)覆蓋的范圍，決定了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的好壞。文章基于緩沖算法和傾斜攝影的特點(diǎn)，提出一種新的航跡規(guī)劃方案，以保證單架次單相機(jī)傾斜攝影的數(shù)據(jù)能滿足電力桿塔和電力導(dǎo)線的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影；三維建模

由于傾斜影像為用戶提供了更豐富的地理信息、更友好的用戶體驗(yàn)，該技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國(guó)土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。但針對(duì)電力行業(yè)應(yīng)用的傾斜攝影仍然存在的各種不足[1]，本文針對(duì)電力線進(jìn)行傾斜攝影數(shù)據(jù)采集，設(shè)置規(guī)范的航拍路徑，確保一個(gè)架次往返飛行即可全覆蓋完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

1 關(guān)鍵技術(shù)與流程

實(shí)現(xiàn)輸電線路的數(shù)據(jù)采集，其流程如圖1所示。

1.1 電力線緩沖算法

基于折線進(jìn)行緩沖區(qū)的算法比較多，本文借鑒傳統(tǒng)的緩沖區(qū)常用算法[2 -3]，和傳統(tǒng)的雙線圓弧算法相同，在凸側(cè)加入圓弧，在凹側(cè)加入線段，同時(shí)記錄線段/弧段的前進(jìn)方向，按順/逆時(shí)針順序最終生成一個(gè)線段/弧段混合數(shù)組，生成的初始緩沖區(qū)邊界如圖2所示。

交點(diǎn)的計(jì)算是整個(gè)緩沖區(qū)算法中最為耗時(shí)的操作。經(jīng)過(guò)求交運(yùn)算計(jì)算出來(lái)的交點(diǎn)有些可能位于整個(gè)緩沖區(qū)的內(nèi)部，需要予以剔除。經(jīng)過(guò)計(jì)算交點(diǎn)并剔除在緩沖區(qū)內(nèi)部的交點(diǎn)后。剩下的交點(diǎn)均位于緩沖區(qū)的邊界上，為最終緩沖區(qū)上的點(diǎn)。此時(shí)構(gòu)造緩沖區(qū)的策略借鑒采用兩多邊形求并的雙線算法。即從交點(diǎn)集合中選擇一點(diǎn)，沿著前進(jìn)方向跟蹤，遇到交點(diǎn)則跳轉(zhuǎn)到交點(diǎn)所在的另外一個(gè)單元上，如此重復(fù)，直到回到該交點(diǎn)[4]。

1.2 相機(jī)參數(shù)分析

相機(jī)的參數(shù)決定了航跡的高度范圍，當(dāng)相機(jī)足夠高的時(shí)候能覆蓋桿塔，但測(cè)量的精度又達(dá)不到應(yīng)用的需求，如果相機(jī)離桿塔太近又會(huì)不滿足覆蓋線路走廊的條件，本文以RX1相機(jī)的參數(shù)為例子，其他相機(jī)參數(shù)可以以表1-2類推，根據(jù)需要的測(cè)繪精度，確定最佳的飛行高度。

RX1相機(jī)參數(shù)分析如下，航測(cè)可根據(jù)傾斜攝影測(cè)量的需要，從表1-2的分析中找到最佳的航拍航跡高度。

（2）覆蓋寬度的分析（見(jiàn)表3）。

（3）安全距離下不同飛行高度的傾斜角。

考慮500kv線路的安全距離（5m）和飛行不確定性（30m），即飛行旁向距離為35m，對(duì)不同飛行高度的傾斜角計(jì)算如表4所示。

根據(jù)dW=H·tg（dα）計(jì)算不同姿態(tài)變化下的側(cè)擺位移，如表5所示。

故：相機(jī)傾斜角按15°設(shè)計(jì)，當(dāng)姿態(tài)變化為8°時(shí)，覆蓋降低到87m左右，中心偏移18m，有效覆蓋范圍為：87-18=69m，旁向重疊：69/75=92%。

2 實(shí)驗(yàn)分析

以廣東某線路為例進(jìn)行試驗(yàn)飛行，采用零度的飛控控制的多懸翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行起飛降落，進(jìn)行自主航跡飛行試驗(yàn)。三維平臺(tái)上面，黃色的軌跡為規(guī)劃的實(shí)際的三維路線，黑色的軌跡為差分GPS處理后的軌跡信息。差分的高程比實(shí)際的高程高出10m左右，其他水平位置誤差基本可忽略。規(guī)劃軌跡如圖4所示，通過(guò)實(shí)拍的照片如圖5所示，照片位于相機(jī)的中心附近，說(shuō)明該三維航線設(shè)計(jì)能滿足巡線的需求，減少飛控手人為的誤操作，實(shí)現(xiàn)傻瓜式自主飛行巡線和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用折線緩沖區(qū)分析方法，通過(guò)相機(jī)參數(shù)設(shè)置，完整地生成了無(wú)人機(jī)三維航跡，確保巡視桿塔出現(xiàn)在相機(jī)的中心部位，很好地滿足了電力生產(chǎn)的維護(hù)的應(yīng)用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]毋河海.關(guān)于GIS緩沖區(qū)的建立問(wèn)題[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1997（4）：358-366.

[2]呂杏兒，黃杏元.基于GIS的緩沖區(qū)生成模型理論和方法[J].科技通報(bào)，2000（5）： 12-14.

[3]王亮.GeoWindows中緩沖區(qū)生成的算法[J].遙感信息，1998（Z1）：26-29.

[4]郭達(dá)志，盛業(yè)華.地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

Research on UAV Route Planning for the Inclined Photography Collection Based on Buffer Algorithm

Dong Xuanchang1， Qu Fengrui1， Zhang Gengbin1， Li Lulin1， Yang Chengcheng2（1.Guangzhou Power Supply Bureau， Guangzhou 510315， China； 2.Wuhan Huzoho Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430079， China）

Abstract： Inspections are carried out for the power corridors or tilt photography data acquisition， from power lines need to maintain a safe lateral distance and height， carried along by the track and anti-aircraft autonomous flight， trajectory planning affect the scope of data coverage， determines the data collection quality is good or bad. Based buffer algorithm and tilt photography， this paper proposes a new path planning programs to ensure that a single sortie single camera tilt photography data to meet the electricity tower and power conductor data acquisition tasks.

Key words： oblique photography； 3D modeling