肖鑫鑫

摘 要：本文对架空线路设计的一般方法和各阶段的困难进行了论述，提出多旋翼飞行器在线路设计中应用的可能性及应用实例，最后提出了多旋翼飞行器在线路设计领域的发展方向，为线路设计阶段多旋翼飞行器的应用提供了参考。

关键词：架空线设计；多旋翼飞行；应用研究

中图分类号：V275.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）15-0036-03

在电力系统设计中，输电线路规划是一门较为复杂的学科，一般可分为选线定位、现场踏勘、设计排位等几个阶段，其中现场踏勘是线路设计中相当重要的一步。现场踏勘阶段，对整个线路的重要交叉跨越、塔位情况、地质情况、避让敏感地带、档距控制、交通运输情况都有详细而全面的了解。为了掌握线路的沿线状况，优选路径和及时排除线路设计的潜在隐患，每年都要花费巨大的人力和物力资源进行现场踏勘工作上。而且目前业主对项目设计成品的要求越来越高，很多项目业主要求提供工程项目实施以后的实景效果图。

多旋翼飞行器（unmanned aerial vehicle， UAV），是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器[1]。利用无人飞机进行输电线路航拍以用于线路前期勘探和规划研究需要跨遥感、遥控、遥测技术与计算机技术多个高技术专业，研究深度和水平要求较高，是一项刚刚起步的新技术，但与以往常规人工徒步踏勘方法相比较，此项技术更为先进、安全、有效，可在复杂地形和危险地带中作业，且飞行成本低廉，可以成为线路前期勘测和规划的一种新的经济可行的手段[2]。

利用多旋翼飞行器航拍相比人工徒步踏勘具有效率高、检测精度高等优点；无人驾驶小飞机机身轻巧，并装载有先进的航测系统，和有人飞机、直升机相比，受阴、雨、雾等天气的限制要小得多。这些优越的性能使无人飞机成为输电网前期规划的更为有效的工具。

目前外委多旋翼飞行器拍摄一天的费用约为5000元，且效果未必能满足线路设计的需要。本文通过对当前多旋翼飞行器研究和比较，结合电力线路设计的特点，开发了一套经济适用的多旋翼飞行器航拍设备，在今后的线路工程效果图制作、路径障碍较多的线路现状的勘测等方面进行广泛的应用，为线路勘测的准确性和设计成品的完整性、美观性提供保障。同时通过项目的实施，得到满足线路设计需求的多旋翼飞行器拍摄成品，取得很好的经济效益。

1 架空线路工程设计概述

从线路设计本身来讲，一般可分为室内选线定位、现场踏勘、现场测量、室内排位等几个阶段，这几个阶段相辅相成，各有各的工作重点，可能因为现场实际情况的变化而交叉反复进行[3]。

1.1 室内选线定位

该阶段一般需要现场测得地形图，如今设计院基本能够通过业主或测绘院购买获得地图，观看此比例的图纸既可把握全局又可兼顾局部。线路方案以2个～3个为宜，一般来说，此时的重点应放在线路的走向及耐张杆塔的定位上，当然要兼顾线路总长及耐张段长度、转角度数等设计参数的合理性。

1.2 现场踏勘

现场踏勘是线路设计中相当重要的一步，一条线路设计的合理与否，关键看此阶段的工作。输电线路所经地区一般都有各种线网需相邻或交叉跨越，如各种电压等级的输电线路、通讯线路及房屋建筑等设施。

1.3 现场测量

目前现场测量阶段有测量资质的设计院基本自行勘测，目前测量手段比较先进，基本均采用GPS卫星定位系统，测量出来的线路平面图和断面图精度较高，能够满足线路设计的需要。

1.4 室内排杆定位

目前设计单位在室内排杆定位基本采用与测量软件配套的定位软件室内排杆定位与以前相比可以较为轻松地完成。设计线路与各交叉跨越物的距离也可以准确地测量出来，设计的精度可以得到较大的保证。

2 目前架空线路工程设计的困难

因为目前测量工具、设计软件已经比较先进，线路路径经过全线测量之后，后续室内排杆、现场定位、施工设计等准确性基本是可以保证的。目前架空线路设计中的困难主要在方案和可行性研究阶段，在路径选择、优化及现场踏勘的过程中，下文讨论均只限于此范围内。

2.1 原始资料的准确性无法保证

如第1节所述，虽然我院可以从电力公司的PMS系统获得1：1000的电子版地形图，但由于地图的版本问题，地形地貌的准确性无法得到保证。同时电子地图不是三维系统，交叉跨越信息无法获取。根据现有使用经验，相关架空线的信息也不能保证完全准确。如果完全按照PMS电子版地图来设计，存在一定的隐患。

2.2 现场踏勘的局限性

在可行性研究阶段，一般根据电子版平面图，需对线路路径全线进行踏勘，并对转角、重要跨越点进行详细的勘测。但是由于现场地形条件的限制，部分需要踏勘的点无法到达或者观察视角有限导致踏勘效果不佳。现场拍摄的照片因为角度问题无法全面准确地反应现场情况，线路设计的准确性受到影响。

2.3 业主对设计要求的苛刻性

目前，设计市场已经逐步放开，电网设计的垄断性在逐渐减弱。我院已经进入了北京、河北等外地设计市场，同时在上海市场遭到了经研院、外地民营设计院的强力挑战。项目单位在选择较多的情况下，对设计院的要求也越来越严苛，给予可行性研究设计周期越来越短，要求越来越高，要求可研达到初设深度，部分工程要求能够按照可研的材料清单进行招标。

而在可行性研究階段，一般不对线路进行详细测量，也没有足够的时间对线路进行详勘，这就对线路的可研设计提出了较大的挑战，既要满足精度的要求，又要满足进度的要求。

2.4 业主的其他要求

随着市场的开放，业主对设计的要求越来越多，有些已经超出了一般情况下可研设计的范围。在我院部分工程中，业主要求提供线路竣工后的效果图。以前我院提供的在模拟环境下的效果图能够满足业主的需要，近来业主提高要求，要求按照现场实景提供效果图，进一步增加了可研设计阶段的难度。endprint

综上所述，在目前的设计环境下，线路设计在前期阶段确实存在一定的问题需要解决。虽然不是每一个工程都会碰到上述问题，但问题的存在是客观的。我们有必要准备一些必要的应对方案，可以更好更快地相应业主的要求，也符合我院“我们可以做得更好”的理念。

3 多旋翼航拍飞行器在线路设计中的应用

3.1 多旋翼航拍飞行器应用方法

目前多旋翼航拍飞行器较多运用于线路的施工和运检阶段，包括线路的常规巡检、导线架线初次导引绳的牵引、冰灾等特殊情况下线路观冰应急响应等[4]。

相对于初设、施工图阶段而言，方案、可研阶段的困难其实就是设计输入准确性的问题。如果能够在可研阶段现场踏勘时取得准确的图像资料，对于设计事非常有利的。因此，多旋翼航拍飞行器是非常适用于的线路前期踏勘的工具。多旋翼飞行器是一种能够垂直起降、无人驾驶自动飞行系统，整机重量轻，一次飞行滞空时间较长，可悬停、可转弯、可携带摄像机照相机，具有非常好的飞行稳定性和灵活性，获得图像资料能够满足设计需求。同时相对大型航片拍摄飞行器，费用也比较便宜，是线路前期踏勘比较合适的选择。

3.1.1 输电线路规划

在各种类型电站输电线路走廊规划中，利用航拍飞行器测绘系统对规划区域进行详细的测绘，并高效地获得相应参考数据，可有效减小地面现场不利环境对勘测的不利影响。通过分析数据，考虑相关因素，各工程项目关系协调，充分利用有限的通道资源，使线路走向和区域规划更加合理。多旋翼飞行器航拍测绘技术运用于输电路径优化设计工作中，可以优化了输电线路路径，节约了工程投资。

3.1.2 地形图测量

多旋翼飞行器测绘适用于小比例尺的地形图测量，成图比例尺一般小于1：2000。但电网工程的可研设的地形图。为站址布置及优化提供影像、高程等详细的基础资料，减少测绘强度，提高规划效率。

3.1.3 线路影像资料的制作

通过选用合适的飞行器和云台，可以携带高精度照相机和摄像机升空拍摄，取得现场最新的实际地形地貌数据，通过后期处理，可以在没有进行全线详勘的情况下提高设计精度，优化设计成品。

3.2 多旋翼航拍飞行器应用实例

送电部在部分线路工程中已经对多旋翼航拍飞行器进行了试用。

3.2.1 试飞

项目组成员首先在单位附近的复兴公园和新电大厦附近进行了试飞，搭载数码相机进行拍照，取得照片非常清晰，效果较好。

3.2.2 在展宏进线工程中的应用

110kV展宏输变电工程是上海市电力公司的竞赛工程，部分线路路径因河道、民房的阻隔无法到达，项目采用多旋翼航拍飞行器拍摄照片，多角度展示现场情况，为线路设计提供了有力依据。

同时根据飞行器拍摄到的图像资料，经后期软件处理制作了实景效果图，得到了业主的认可。

3.2.3 在上海商飞进线工程中的应用

110kV上海商飞用户站进线工程中，架空线路多次变更，需连续跨越河流、高架路等，现场踏勘时因多处阻隔，无法完整观测现场情况。同样采用多旋翼航拍飞行器拍摄图像，解决了现场踏勘的困难。

同时业主要求做实景效果图比选不同的路径方案，根据航拍图像处理制作出的成品得到业主的高度认可。

3.2.4 应用中的问题

目前送电部试用的多旋翼航拍飞行器为业余爱好者制作，稳定性有待提高，若采用专业飞行器，可能取得更好的效果。

试用过程中曾出现摔机，因此需指定规范的流程使用和操作飞行器。

因设备限制，仅试用了照相功能，未测试摄像功能。

3.3 航拍照片及效果图展示

如图1、2、3。

4 多旋翼航拍飞行器的发展趋势

目前小型多旋翼航拍飞行器在国内外均是科研院校和工程公司研究的热点，科研成果较多，市场上也已经出线多个品牌的多旋翼航拍飞行器产品及其附件。多旋翼航拍飞行器因其灵活、经济的特点，在民用领域已经得到较为广泛的应用。在电力行业，目前主要应用于人力不便达到区域的电力线路的巡检，国内多个省公司已经积累较为丰富的运行经验。

现有的多旋翼飞行器航拍系统，由于技术落后，只能依靠手动遥控，不仅勘察距离有限，对人的操作能力也提出了较高的要求。未来，通过采用先进的信息仪器设备，在无飞行器的基础上引入GPRS通信技术、卫星定位技术以及GIS的路径决策机制优化飞行器的勘测能力和自动化水平。用带有GPRS无线通信技术并安装有巡线系统客户端的智能移动终端录入并远程无线传送现场勘察信息以代替现有人工现场遥控和拍摄。

多旋翼航拍飞行器在民用领域有着广阔的应用前景，极具研究价值。随着多旋翼飞行器及航空测量技术的不断进步，以及我国电力事业的迅猛发展，多旋翼飞行器测量系统必将发挥出更大作用。

5 结语

本文首先分析了架空线路设计的一般过程及存在的困难，提出了多旋翼航拍飞行器在输电线路规划、地形图测量、线路影响资料制作方面应用的可能性。同时通过试用实例，初步展示了多旋翼航拍飞行器在线路设计中的应用成果，积累了相关应用经验。

多旋翼航拍飞行器在民用领域有着广阔的应用前景，极具研究价值。随着多旋翼飞行器及航空测量技术的不断进步，以及我国电力事业的迅猛发展，多旋翼飞行器测量系统必将发挥出更大作用。

参考文献

[1]陳晓兵，马玉林，徐祖舰.无人飞机输电线路巡线技术探讨[J].南方电网技术，2008，2（6）：56-61.

[2]杨成顺，杨忠，葛乐，等.基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统[J].济南大学学报，2013，27（4）：358-362.

[3]万体勇.架空输电线路设计探讨[J].工业技术，2011，15：130.

[4]陈西广，董罡，王滨海，等.固定翼无人机巡检输电线路探讨[J].山东电力技术，2011，5：1-5.endprint