无人机航测可行性分析报告及应用.docx

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无人机航测可行性分析报告及应用

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无人机航测系统可行性剖析

唐山市新地工程勘探设计有限公司

一、无人机航测系统技术说明

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跟着我国经济的快速发展，对电力能源的需求日趋增大，与之相应的电力工程建设的力度也在不停增强。

当前我国的电网规模已经超出美国，居世界第一。

已经建成东北、华北、华中、华东、西北和南方共六个跨省区电网，此中110KV以上的输电线路超出51.4万公里，而500KV输电线路已成为各大电网的主力。

因为我国领土辽阔，地形复杂，平原少，丘陵及山区许多，气象条件复杂，关于特高

压和跨区电网等大型工程的早期规划建设，到建成后的平时巡逻保护，现有的常

规测试和检查手段已不可以知足其快速高效的要求。

而跟着自动控制技术、GPS定位导航技术、航空遥感测绘技术以及无线电通信等技术的发展，无人机的使用已参军事领域拓展到很多民用领域，如地形测绘、灾情监测、林业检查、农作物监

测等。

此中利用无人机航空拍照丈量能够高效达成电力建设规划及巡逻任务。

1.无人机拍照丈量技术概括

无人机（unmannedaerialvehicle）是一种由无线电遥控设备或自己程序控制装置操控的无人驾驶飞翔器。

近来几年来地理空间信息技术获得了飞快的发展，特别是灵巧灵巧、拥有快速响应能力的轻小型航空，更是在近来几年快速成长，成为航空遥感领域一个惹人注视的亮点。

无人机航测技术表现了无人机与测绘的密切联合同时也供给了更高效的测绘方

式。

经实考证明，无人机航测技术完整能够达到1:

1000国家航空拍照丈量规范的要求。

1.1无人机航测特点

因为航空遥感平台及传感器的限制，一般的航空拍照丈量手段在获取小面积、大比率尺数据方面存在成本高、性价比差等问题。

拥有低成本和灵巧灵巧等诸多长处的低空无人机遥感能在小地区内快速获取高质量遥感影像，是国家航空遥感监测系统的重要增补，是航空遥感的将来发展方向。

在此刻卫星遥感和一般航空遥感蓬勃发展的局势下，轻小型低空遥感是粗中细分辨率互补的立体监测系统中不行缺乏的重要技术手段。

低空无人机遥感系统，作为卫星遥感与一般航空拍照不行缺乏的增补，它有以下长处：

无人机能够超低空飞翔，可在云下飞翔航摄，填补了卫星光学遥感和一般航空拍照常常受云层遮挡获取不到影像的缺点；

因为低空靠近目标，所以能以比卫星遥感和一般航摄低得多的代价获取更高分辨率的影像；

能实现适应地形和地物的导航与摄像控制，进而获取多角度、多建筑面的地面光景影像，用以支持建立城市三维景观模型，而不限制于卫星遥感与一般航摄的正射影像惯例产品；

使用成本低，无人机体形小,耗资低,对操作员的培育周期相对较短。

系统的养护和维修简易,同时不用租借腾飞和停放场所，能够无需机场起降，因此灵巧灵巧，适应性强，简单成为用户自主拥有的设备；

回避了飞翔员人身安全的风险；

比起野外实测而言，无人机航测方法拥有周期短、效率高、成本低等特点。

关于面积较小的大比率尺地形丈量任务（10-100平方公里），受天气和空域管理的

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限制许多，成本高；而采纳全野外数据采集方法成图，作业量大，成本也高。

而将无人机遥感系统进行工程化、适用化开发，则能够利用它灵巧、快速、经济等优势，在阴天、轻雾天也能获取合格的彩色影像，进而将大批的野外工作转入内业，既能减少劳动强度，又能提高作业的技术水平易精度。

1.2国内无人机发显现状

国内无人机近几年来发展比较快，而除军事用途外，因为无人机成真相对较低、

无人员伤亡风险、生计能力强、灵巧性能好、使用方便等的优势，使得无人机在

航空拍照、地质丈量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、丛林

防火巡逻、毒气勘探、缉毒和应抢营救、救护等民用领域应用远景极为广阔。

正

是因为看到将来无人机的民用市场潜力巨大，除一些科研院所外，民营公司也开

始介入无人机市场。

当前大略预计全国约有170多家单位在生产无人机。

2.无人机系统介绍

无人机系统联合了无人机技术和拍照丈量技术，是较传统方式更加灵巧的航测平

台。

无人机系统可快速为用户获取采纳传统方式需要较长项目周期和高昂花费才

能获取的正射影像图（DOM）和数字地表模型（DSM），可应用在各个领域，包含

灾祸应急制图、水文地质、基础测绘、领土规划、地理国情监测、矿山、公路、

铁路、水利电力等带状地物测图等等。

以下列图：

固定翼无人机

旋翼无人机

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2.1无人机系统构成

无人机系统都是由硬件与软件构成。

2.1.1硬件

配有电子控制装置的无人飞机

发射架或旋翼

备用机身

地面控制器或手机APP

无线通信模块（2.4GHz）

数码相机（已标定）

电池充电器

高性能锂电池或燃油

备用件

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2.1.2软件

系统软件包含外业控制软件与数据后办理软件。

（1）外业操作控制软件

经过该软件可实现飞翔任务设计、飞翔规划、飞翔操作与控制、飞翔成就质量检查与剖析。

图2无人机系统飞翔任务设计

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图3无人机系统飞翔规划

（2）数据后办理软件，包含GlobalMapper，Pix4Dmapper等

该软件供给简略、直观的数据办理流程，用于原始数据的办理，提取各样成就数据，如正射影像、数字高程模型（DEM）、KML格式数据、3D模型数据以及点云数据等。

图4无人机后办理软件Pix4Dmapper数据导入办理

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图5无人机系统后办理软件Pix4Dmapper——生成正射影像

图6无人机系统后办理软件Pix4Dmapper——生成数字表面模型（DSM）

2.2无人机系统的特点与优势

作为崭新一代的无人机航空拍照丈量丈量系统，拥有以下特点与优势：

1.云下自主飞翔，作业航高在75~750m。

2.操作简单、方便快捷、快速高效

3.自动化数字图像办理

4.中小地区测图，地面采样间隔（GSD）达到2.4cm

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5.高频次、多时相扫描拍摄覆盖整个测区，全自动地采集高分辨率原始数字图像，并且每条航带上的数字图像都拥有GPS地点与飞翔姿态信息。

6.随时获取目标地区图像

7.作业安全、无污染

8.高端黑盒电子产品（内在）+可改换的外形

9.充分知足各样环境所需

10.测绘级别产品

2.3无人机系统的工作原理

无人机系统是以无人驾驶飞翔器为飞翔平台，搭载数码相机进行图像采集，以获取高分辨率遥感数据为应用目标，经过3S技术在系统中的集成应用，达到及时对

地观察能力和遥感数据快速办理。

飞翔前先经过地面控制平台电脑或手机APP来拟订飞翔作业计划，如测区范围、腾飞下降地点、飞翔航高、影像重叠率及风向

等参数确实定。

系统中的飞翔任务设计软件依据上述参数可自动设计出飞翔航线以及腾飞下降的地点，而后利用无线通信模块将飞翔计划上传至自备的电子控制装置中，而后经过无线通信模块与电子控制装置共同操控飞翔平台来达成图像数据采集。

2.4无人机系统的作业流程

无人机系统当前已经在好多工程中应用，作业的基本内容包含：

系统组件连结与安装、飞翔任务设计、外业数据采集（图像数据与飞翔轨迹数据获取）、内业数据办理（图像数据解算办理，成就数据提取）等内容。

二．无人机航测系统的应用

当前，无人机已成功应用多个行业，主要应用有：

水利、电力等能源与环境

基础设备与工程监测

基础测绘、土地管理与规划

植被监测（联合可见光、近红外图像应用于精美农业与丛林保护）

灾情监测、应急快速响应测图

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露天矿山测绘

3D建模与可视化

财产管理

水文、地质、考古研究等

图7无人机系统应用行业散布图

无人机航空拍照丈量系统拥有高灵巧、快响应、低成本、及时等特点与优势，与

卫星遥感与传统航空拍照丈量对比，特别在低空获取高分辨率数字图像，输电线路规划、电厂（变电站）址地形图像获取，发电厂料堆体积计算、灾祸应急响应等方面，无人机系统拥有不行代替的作用。

3.1电力勘探设计

采纳无人机系统航测，能获取丰富的数据成就。

将原始数据办理能够获取分辨率的数字正射影像DOM和高精度的数字表面模型DSM，在此基础上能够上述数据进一步办理，获取DLG、等高线等数据成就。

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当前无人机系统作为传统航空拍照丈量的有效增补，主要应用以下两个方面。

3.1.1工程规模较小的新建线路航测

据统计，全国每年有数千公里的线路较短的工程，因为路径短小，工程时间紧，难以实行大飞翔器航飞，同时，这些工程规模小，也便于采集资料。

所以，这些工程仍是以传统的工程丈量方法进行路径选择设计，没法贯彻全过程信息化技术的应用，不可以对将来整体的智能电网建设供给详细的、丰富的基础数据。

而无人机系统可很好地知足此类工程勘察需要。

用于工程路径局部改线航测

电力工程施工定位或建设中可能会碰到一些意想不到的状况，致使路径的调整而高出了原有航摄范围，此时再调用大飞机进行航空拍照不单手续繁琐、成本高，并且不可以保证工期要求。

无人机系统恰好填补了传统拍照丈量的不足。

3.2优化选线设计

传统电网建设流程,包含规划、线路设计、杆塔排位、外业施工等。

此中所需的基础数据是采纳人工测绘或航空测绘方式。

电力选线一般包含图上选线和野外选线两个过程，图上选线一般在比率为1:

10000、1:

5000或更大比率的地形图长进行，先将线路的开端端标出，而后将全部可能选线方案的转角点用不同颜色的线连结起来，即构成若干个路径的初步方案。

依据采集到的有关资料，舍去显然不合理的方案，对剩下的方案进行比较和计算，确立2-3个较优方案，待野外踏勘后决定弃取，确立线路最正确方案。

图上选线达成以后进行野外选线，将图上选定的路径进行现场落实，确立最后线路并埋设标石，用于后期勘察。

传统图长进行选线时，设计人员使用的地形图资料由丈量专业组供给或从测绘局

购置。

传统地形图是二维的，三维信息只好经过等高线和高程注记获取，产品单

一且不直观、精度低、再利用程度不高，仅能知足各环节生产需求,不可以有效为电网建设达成后的管理供给支撑；而丈量专业组进行实地地形图测绘时，速度慢、工期长，并且遇到视线限制性的限制，关于植被茂盛的地域没法丈量，或直接采纳将视线范围内植被砍伐掉再进行丈量的手段，造成很多不用要的植被砍伐，损坏了四周环境。

经过对无人机系统航测拍摄的影像数据进行一系列办理，能够获取高精度的DOM、DSM、等高线以及植被分类图等丰富的地表信息，联合DSM和DOM可获取真切的三维场景图，参照三维场景图进行电力选线，可从不同视角观看线路四周的地物、

地貌信息，使设计人员在室内即可高效地达成图上选线及线路优化工作。

无人机

系统获取的数据产品在电力选线工程中的详细应用包含以下方面：

（1）线路及

立杆点的优化设计

经过无人机获取原始数据能够获取高精度的DOM和DSM，联合DSM和DOM可生成高分辨率的真切三维场景图，能够多视角地观看线路四周的地貌、地物等丰富的细节信息，经过放大、减小、遨游还能够看到全线程的地形条件，可综合考虑沿线的交通运输、施工和运转保护的难易程度、对地物的影响及受地形的影响等，进而使设计的立杆点位、线路更合理更经济，对邻近环境和居民的影响降低到最小。

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图8路径选择

（2）估量房子拆迁数目及补偿房子补偿花费在输电线路建设成本中占有一部分比率，依据高分辨率的三维真切景观图，可清楚地查察设计线路走廊房子状况，包含房子建筑构造、层数及占地面积，依据这些细节可准备地计算需拆迁房子数目，估量补偿花费，使输电线路建设成本估量更科学。

（3）及时获取断面

利用生成点云数据能够快速获取不同方向不同深度的断面图，可方便地观看设计

电力线与周点云数据能够快速获取不同方向不同深度的断面图，可方便地观看设计电力线

与四周地物在空间上的关系，如交错线路在高程上的差别、设计线路与走廊范围内植被的高差等，利于设计线路及杆塔的高度。

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图9断面丈量

联合DSM和DOM获取的真切三维场景与实质的地形、地貌和地物条件相差很小，最小在厘米级，利用三维真切场景图在室内选线不受视线范围的限制，大大减少了野外选线的工作量。

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图10三维场景电力选线设计

3.3电力线路走廊带环境影响评论

电力线路走廊带环境影响评论主要包含三个方面：

（1）线路选线设计时的地区环境影响评论；

（2）电力线路营运时期对线路走廊带内环境的影响；（3）走廊带内植被、高层建筑、杆塔邻近地质环境改变等潜伏危险对营运电力线路的影响。

高压输电线路地区环境影响是线路建设占用土地、砍伐树木、拆迁房子、损坏植被惹起水土流失，甚至触发泥石流，给自然环境造成的伤害。

为了既保证工程设计质量，又保证对环境影响程度最低。

在输电线路设计过程中应经过充分做好调研和路径优化工作，并依照有关规定控制对输电线路对环境的影响，进而实现保护环境的目标。

而这些工作的实行应以设计线路走廊带的空间地理数据为基础，

经过走廊带线路剖析软件（CorridorAnalystRoutingSoftware），从综合剖析地质、地形地貌环境、居民社区、工程等多种影响要素的角度出发，经过该软件的“确立广域走廊带—确立备线路选走廊带—备选输电线路选择—确立首选输

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电线路”这四步的综合统计剖析评论，找出最优输电线路。

在达成最正确输电线路选择的同时，也对树木砍伐、占用土地面积、房子拆迁等地区环境影响做出定量剖析与评论。

图11走廊带线路剖析软件线路选择表示图

只管输电线路走廊带的植被会在必定程度上减弱输电线路惹起的电磁影响，可是植被跟着时间的推移会不停地长高，部分树木会高出输电线路的限高标准，影响输电的正常运转，在雷电、雨雪等恶劣天气的状况下，有可能造成更严重的电力事故。

此外，因为地质条件、风化、水冲洗、以及道路与水利施工等要素，杆塔

邻近可能出现塌陷，滑坡、位移等现象，这对输电线路的安全也会有极大的危害。

鉴于此，需要对输电线路走廊带进行动向监测，并做出相应的环境影响剖析。

鉴于无人机系统采集的不同时期高分辨率数字图像，经过树木长势的模拟，评估植

被在不同时期对输电线路的影响。

同时经过对塔杆邻近的地区的DEM与DTM数据，查察塔杆邻近地区的地形变化，进行有关的地质变化剖析。

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3.4发电厂（变电站）址地形丈量

对比较而言，在对电厂（变电站）址等小地区的地形丈量时，最有效的方式就是无人机测绘。

因为它能够为站址的选择供给更详细的基础资料和清楚的影像资料，有效降低测绘的强度，同时提高了规划的效率，降低了测绘成本。

图26无人机系统获取的变电站数据

三、无人机航测系统投资回报剖析

近几年来无人机航测技术在国内开始热点起来，因为该技术比起传统测绘技术来，有着极其优胜的特征，可获取无以伦比的多层次成就和成万倍生产效率的提高；并且经过十多年来的飞快发展，该技术已经相当作熟，不只是是实验室而是已经走向了适用，各大测绘厂商对准了其光明的远景而纷繁投入巨资参加研发使其进入了批量生产、家产化应用的阶段。

跟着经济的发展，无人机航测系统从上个世纪末就开始引进中国，第一是惹起了科学研究单位的注意，跟着这几年的航测技术和影响成就的不停应用，人们开始认识到该技术的先进性和广阔的应用远景。

这些运用无人机航测技术的先行者都把这个技术比做15年来与GPS（全世界卫星定位）丈量技术相同的划时代的测绘技术，认为它像15年前出此刻国内的GPS技术相同将极大的促使测绘行业的发展。

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无人机航测技术将给测绘工作带来深刻的变化。

第一从外业数据采集上，无人机航测技术是无接触丈量技术，这使得它直接打破了传统光学全站仪和GPS技术的限制。

使用者无需走开仪器即可采集数据，过去难于抵达目标物的工程项目得以方便的达成。

如：

地形丈量上的高挂的悬崖、隔河流的边坡监测、危险的滑坡地段，有毒地区的丈量、危险的高压电力设备等等。

这些项目在过去是很难或许没法达成的高技术高“含金量”的项目，有了无人机航测系统，安全系数大大提高。

自然，该技术用在较为一般的项目上也很存心义，因为它面式扫描丈量、需要跑棱镜或许安置GPS接受机的工作变为“无接触、无跑动”的工作，减少了工作量，减少了人力，减少了人为偏差，降低了劳动强度，还提高了效率。

此外，无人机航测系统的数据采集速度是惯例仪器的数万倍，极大地提高了外业工作的效率。

比方测绘一个平方公里的1:

2000地形图全站仪人工跑棱镜测图，几乎是一台全站仪2个人苦干两天的工作，即便是用1+1RTK技术也需要2天，而使用无人机加一个人仅需要不到30分钟。

其效率是不问可知的，效益也是特别显然的。

可能有人会说航测的内业工作量巨大，因为航片的数据需要人工拼接，办理成图，费时费劲。

其实这已经是过去了，现有软件已经很好地实现图幅的自动拼接和般配，数据的自动化办理成都也很好，并且数据精度靠谱、整体一致性好。

在航测后办理软件里，数据能够随意的裁剪、取样。

如选择不同的地区作不同的办理，能够随意按需抽取一部分数据或许去掉一部分数据。

如，能够自定将地形上特点地物进行提取。

自然，航测数据办理更多的是利用自动、批量办理工具进行的，如批量生成断面线、随意纵横剖面线、等高线生成与标明、线状地物的提取和体积或填挖的计算等等；只要要选择好操作地区，填入几个要求数据如等高距、断面间距、填挖均衡点等，程序即可依照要求数据自动计算给出结果，这一个过程远远快于传统手段！

航测数据经过办理后将快速的供给高质量的视觉成效鲜亮的二维、三维成就，比过去的数据表格要更加丰富更加直观。

所以，无人机航测技术将从外业、内业和成就方面深刻而踊跃的改变测绘工

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作。

无人机航测技术不只是将大大提高测绘水平，还将极大的扩展测绘技术的应用面，带来更多业务供给更多的测绘产品。

这是因为该技术是虚构现实技术的必需手段，为真3DGIS地理信息系统、为矿家产的开采模拟、为公司的模拟培训、数字化管理和为军队的模拟训练等等供给必需的基础数据成就。

与现代化的传统测绘工具全站仪和GPSRTK接收机不同，这些仪器仅能单点采集数据，仅能用于测绘上测点或许点放样、控制丈量等，无人机航测技术以其技术特点超越了测绘行业的限制。

在这个数字化地球、数字化城市观点人心所向的时代，这个“视觉经济”时代，无人机航测技术势必在公民经济的建设中发挥重要的作用。

当前，无人机航测技术已经在发达国家测绘单位中渐渐大范围采纳。

在中国，经济的飞快发展，宏大的基础设备建设规模，使得各行业对无人机有着强烈的需求，再加上门槛（经济、技术）的降低，拥有无人机的单位愈来愈多，整体呈快速上涨趋向。

无人机航测系统已经相当作熟，体积小巧携带方便；有着简单了然的内外业流程；不相同的是采集方法更简单，设定完参数就等自动飞翔采集数据；所以，一般丈量员即可操作，没有什么高技术要求。

内业的操作相同是自动化程度高，一般的内业数据办理人员即可掌握。