本发明揭示一种利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，包括以下步骤：步骤1：航线规划：利用一组矩形正射飞行航线和一组椭圆环绕飞行航线相结合的方式，确定无人机的采集航线；步骤2：采集图片：按照步骤1规划的航线采集待测输电设备电气的图片信息；步骤3：三维建模：利用三维建模软对采集到的图片进行处理，确定图片内外方位元素；步骤4：分析计算：选取两张图片，在图片中对测量输电设备位置进行确定，对图片上选取的测量点直接进行分析计算，获取输电设备电气间隙距离。有效解决采用激光雷达扫描时，输电设备点云数据稀疏无法实现测量计算的难题。
1.利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：航线规划：
利用一组矩形正射飞行航线和一组椭圆环绕飞行航线相结合的方式，确定无人机的采集航线；
步骤1.1：确定椭圆环绕飞行参数考虑无人机飞行安全与图片拍摄清晰度，根据大量飞行测试，在环绕飞行时，无人时与拍摄对象最小距离dmin≥10m；
为避免出后期处理时出现过多噪点，设置无人机云台俯仰角γ≥75°；
为便于后期选点计算，同一输电设备拍摄图片不少于2张，且相邻图片夹角不宜过大，设置相邻拍摄间隔角α≤30°，则环绕飞行高度推导计算如下：a.无人机飞行高度：
其中，h1为无人机环绕飞行高度，h2为杆塔全高，h3＝10·sin75°＝9.6m；
无人机距杆塔中心线水平距离db计算公式为：db＝D+10·cos75°其中，D为杆塔地线支架挂点距杆塔中心线水平距离；
在椭圆环绕飞行，无人机飞至输电线路垂直方向时，照片拍摄地面距杆塔中心最大长度da：
da＝h1，tan60°‑db此时，照片拍摄地面距杆塔中心最大宽度dc：考虑地形起伏地形影响，取1.5倍安全系数，则椭圆环绕飞行地面形成区域长l：l＝2×1.5×da
椭圆环绕飞行地面形成区域宽w：w＝2×1.5×dc；
步骤1.2：确定矩形正射飞行参数设计一组矩形正射飞行航线，飞形区域长l，宽w，设计航向重叠度80％，旁向重叠度
75％，两组图片地面分辨率GSD相差不大于2倍，根据公式其中，δ为相机像元尺寸，H为无人机飞行高度，f为相机焦距，取两组图片地面分辨率GSD相差1.5倍时，则无人机飞行高度为h4:h4＝1.5·h1；
按照步骤1规划的航线采集待测输电设备电气的图片信息；
利用三维建模软对采集到的图片进行处理，确定图片内外方位元素；
选取两张图片，在图片中对测量输电设备位置进行确定，对图片上选取的测量点直接进行分析计算，获取输电设备电气间隙距离。
2.根据权利要求1所述的利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，其特征在于，所述步骤2中，采集图片信息采用带有RTK高精度定位的无人机，采用现场架设基站或接入网络RTK方式。
3.根据权利要求2所述的利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，其特征在于，所述无人机航线规划软件的参数设置为：第一组椭圆环绕航线，设置椭圆长半轴da，短半轴dc，云台俯仰角γ＝75°，相邻拍摄间隔角α＝30°；第二组矩形正射航线，设置飞形区域长l，宽w，设计航向重叠度80％，旁向重叠度75％，俯仰角90°，飞行高度h4。
4.根据权利要求1所述的利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，其特征在于，所述步骤3中，三维建模软为Pix4DMapper摄影测量软件。
5.根据权利要求1所述的利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，其特征在于，所述步骤3中，图片内外方位元素的处理过程为：对采集到的两组全部图片一并进行初始化处理，由软件自动计算出图片内方位元素(f0,x0,y0)、外方位元素(XO,YO,ZO,ω,φ,k)，其中f0为相机中心S到图片的垂距，(x0,y0)为相机镜头中心相对于图片中心位置，(XO,YO,ZO)为图片中心在地面坐标系中的坐标，(ω,φ,k)摄影光束空间姿态的三个角元素。
6.根据权利要求1所述的利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，其特征在于，所述步骤4中，分析计算的具体过程为：在Pix4DMapper摄影测量软件选取两张图片P1、P2，在两张图片中直观对测量输电设备位置点A进行确定，如发现选择点与软件计算理论点出现偏移，可手动重复进行微调直至完全吻合，随后采用同样方式确定测量另一点位置点B，在Pix4DMapper摄影测量软件中即可自动计算并显示出输电设备电气间隙距离。
利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及输高压电线路技术领域，具体地，涉及一种利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法。
背景技术
[0002] 当前，在开展输电设备电气间隙测量时，通常是人员携带测量仪器，登塔至测量位置开展直接或间接测量。如输电线路融冰地线招弧角检测，在每年防冰期来临前，需逐基人
工登检测量融冰地线招弧角放电间隙，放电间隙不足将直接导致后期输电线路融冰失败。
然而人工登检主要存在排查效率低，耗时费力，且在登检过程还存在高空坠落、感应电触电
风险。
[0003] 现有的激光雷达三维扫描方式，通过多旋翼无人机搭载小型激光雷达，绕塔飞行采集激光点云数据，随后通过计算机进行解算处理，获得三维点云模型，并分析点云轮廓识
别测量两点位置，最后根据两处点云位置计算出空间距离。
[0004] 其主要技术缺点是激光雷达点云密度有限，点云稀疏存在最小间隙判断失误风险，且仅通过分析点云轮廓，难以有效辨识设备零部件，导致不能针对性选点开展关键位置
的电气间隙分析测量。同时，无人机搭载激光雷达设备昂贵，维护保养成本高，不利于基层
班组大范围配置。
发明内容
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法。
[0006] 本发明公开的一种利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，具体包括以下步骤：
[0007] 步骤1：航线规划：
[0008] 利用一组矩形正射飞行航线和一组椭圆环绕飞行航线相结合的方式，确定无人机的采集航线；
[0009] 步骤2：采集图片：
[0010] 按照步骤1规划的航线采集待测输电设备电气的图片信息；
[0011] 步骤3：三维建模：
[0012] 利用三维建模软对采集到的图片进行处理，确定图片内外方位元素；
[0013] 步骤4：分析计算：
[0014] 选取两张图片，在图片中对测量输电设备位置进行确定，对图片上选取的测量点直接进行分析计算，获取输电设备电气间隙距离。
[0015] 根据本发明的一实施方式，步骤1具体包括：
[0016] 步骤1.1：确定椭圆环绕飞行参数
[0017] 考虑无人机飞行安全与图片拍摄清晰度，根据大量飞行测试，在环绕飞行时，无人时与拍摄对象最小距离dmin≥10m；
[0018] 为避免出后期处理时出现过多噪点，设置无人机云台俯仰角γ≥75°；
[0019] 为便于后期选点计算，同一输电设备拍摄图片不少于2张，且相邻图片夹角不宜过大，设置相邻拍摄间隔角α≤30°，则环绕飞行高度推导计算如下：
[0020] a.无人机飞行高度：
[0021] h1＝h2+h3
[0022] 其中，h1为无人机环绕飞行高度，h2为杆塔全高，h3＝10·sin75°＝9.6m；
[0023] b.无人机照片区域：
[0024] 无人机距杆塔中心线水平距离db计算公式为：
[0025] db＝D+10·cos75°
[0026] 其中，D为杆塔地线支架挂点距杆塔中心线水平距离；
[0027] 在椭圆环绕飞行，无人机飞至输电线路垂直方向时，照片拍摄地面距杆塔中心最大长度da：
[0028] da＝h1·tan60°‑db
[0029] 此时，照片拍摄地面距杆塔中心最大宽度dc：
[0030]
[0031] 考虑地形起伏地形影响，取1.5倍安全系数，则椭圆环绕飞行地面形成区域长l：
[0032] l＝2×1.5×da
[0033] 椭圆环绕飞行地面形成区域宽w：
[0034] w＝2×1.5×dc；
[0035] 步骤1.2：确定矩形正射飞行参数
[0036] 设计一组矩形正射飞行航线，飞形区域长l，宽w，设计航向重叠度80％，旁向重叠度75％，两组图片地面分辨率GSD相差不大于2倍，根据公式
[0037]
[0038] 其中，δ为相机像元尺寸，H为无人机飞行高度，f为相机焦距，
[0039] 取两组图片地面分辨率GSD相差1.5倍时，则无人机飞行高度为h4:
[0040] h4＝1.5·h1。
[0041] 根据本发明的一实施方式，步骤2中，采集图片信息采用带有RTK高精度定位的无人机，采用现场架设基站或接入网络RTK方式。
[0042] 根据本发明的一实施方式，无人机航线规划软件的参数设置为：第一组椭圆环绕航线，设置椭圆长半轴da，短半轴dc，云台俯仰角γ＝75°，相邻拍摄间隔角α＝30°；第二组矩
形正射航线，设置飞形区域长l，宽w，设计航向重叠度80％，旁向重叠度75％，俯仰角90°，飞
行高度h4。
[0043] 根据本发明的一实施方式，步骤3中，三维建模软为Pix4DMapper摄影测量软件。
[0044] 根据本发明的一实施方式，步骤3中，图片内外方位元素的处理过程为：对采集到的两组全部图片一并进行初始化处理，由软件自动计算出图片内方位元素(f0,x0,y0)、外方
位元素 其中f0为相机中心S到图片的垂距，(x0,y0)为相机镜头中心相
对于图片中心位置，(XO,YO,ZO)为图片中心在地面坐标系中的坐标， 摄影光束空间
姿态的三个角元素。
[0045] 根据本发明的一实施方式，步骤4中，分析计算的具体过程为：在Pix4DMapper摄影测量软件选取两张图片P1、P2，在两张图片中直观对测量输电设备位置点A进行确定，如发现
选择点与软件计算理论点出现偏移，可手动重复进行微调直至完全吻合，随后采用同样方
式确定测量另一点位置点B，在Pix4DMapper摄影测量软件中即可自动计算并显示出输电设
备电气间隙距离。
[0046] 本发明的有益效果：
[0047] 1.本发明采用无人机摄影测量方式，有效降低人员登高作业易坠落和感应电触电风险，且微型多旋翼无人机价格便宜，携带方便，起降不受地形影响，作业成本低、效率高。
[0048] 2.航线规划的设计方式，创新性采用矩形正射和椭圆环绕相结合的方式，有效弥补常规采用矩形正射航线拍摄角度不佳、椭圆环绕重叠度不足的难题，同时，通过优化分析
计算，全面提升了图片拍摄质量，减少图片拍摄数量，并有利于后期快速开展选点分析计
算。
[0049] 3.分析计算使用方式，直接在图片上选点实现输电设备电气间隙测量，有效解决采用激光雷达扫描时，输电设备点云数据稀疏无法实现测量计算的难题，且由于采用椭圆
环绕拍摄，可通过多张图片多种角度分析，能够快速准确获取最小输电设备电气距离。
附图说明
[0050] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0051] 图1为本发明输电设备电气间隙检测航线规划示意图；
[0052] 图2为本发明椭圆环绕飞行参数确定示意图；
[0053] 图3为本发明矩形正射飞行参数确定示意图；
[0054] 图4为本发明摄影测量选点计算示意图。
具体实施方式
[0055] 以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就
是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，
一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
[0056] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件
或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数
量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各
个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基
础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，
也不在本发明要求的保护范围之内。
[0057] 本发明利用摄影测量检测输电设备电气间隙的方法，具体包括以下步骤：
[0058] 步骤1：航线规划：
[0059] 利用一组矩形正射飞行航线和一组椭圆环绕飞行航线相结合的方式，如图1所示，确定无人机的采集航线；
[0060] 步骤1.1：确定椭圆环绕飞行参数，如图2所示：
[0061] 考虑无人机飞行安全与图片拍摄清晰度，根据大量飞行测试，在环绕飞行时，无人时与拍摄对象最小距离dmin≥10m；为避免出后期处理时出现过多噪点，设置无人机云台俯
仰角γ≥75°；为便于后期选点计算，同一输电设备拍摄图片不少于2张，且相邻图片夹角不
宜过大，设置相邻拍摄间隔角α≤30°，则环绕飞行高度推导计算如下：
[0062] 无人机飞行高度：
[0063] h1＝h2+h3
[0064] 其中，h1为无人机环绕飞行高度，h2为杆塔全高，h3＝10·sin75°＝9.6m；
[0065] b.无人机照片区域：
[0066] 无人机距杆塔中心线水平距离db计算公式为：
[0067] db＝D+10·cos75°
[0068] 其中，D为杆塔地线支架挂点距杆塔中心线水平距离；
[0069] 在椭圆环绕飞行，无人机飞至输电线路垂直方向时，照片拍摄地面距杆塔中心最大长度da：
[0070] da＝h1·tan60°‑db
[0071] 此时，照片拍摄地面距杆塔中心最大宽度dc：
[0072]
[0073] 考虑地形起伏地形影响，取1.5倍安全系数，则椭圆环绕飞行地面形成区域长l：
[0074] l＝2×1.5×da
[0075] 椭圆环绕飞行地面形成区域宽w：
[0076] w＝2×1.5×dc；
[0077] 步骤1.2：确定矩形正射飞行参数，如图3所示：
[0078] 设计一组矩形正射飞行航线，飞形区域长l，宽w，设计航向重叠度80％，旁向重叠度75％，两组图片地面分辨率GSD相差不大于2倍，根据公式
[0079]
[0080] 其中，δ为相机像元尺寸，H为无人机飞行高度，f为相机焦距，
[0081] 取两组图片地面分辨率GSD相差1.5倍时，则无人机飞行高度为h4:
[0082] h4＝1.5·h1；
[0083] 步骤2：采集图片：
[0084] 按照步骤1规划的航线采集待测输电设备电气的图片信息；
[0085] 在采集图片时，使用带有RTK高精度定位的无人机，采用现场架设基站或接入网络RTK方式，确保能够获取高精度坐标数据；
[0086] 无人机航线规划软件在参数设置时，第一组椭圆环绕航线，设置椭圆长半轴da，短半轴dc，云台俯仰角γ＝75°，相邻拍摄间隔角α＝30°；第二组矩形正射航线，设置飞形区域
长l，宽w，设计航向重叠度80％，旁向重叠度75％，俯仰角90°，飞行高度h4；即可由航线规划
软件自动规划出飞行路径，上传至无人机自动执行；
[0087] 无人机在环绕飞行时，根据现场天气情况，优化相机参数，确保图片质量；
[0088] 步骤3：三维建模：
[0089] 利用Pix4DMapper摄影测量软件对采集到的两组全部图片一并进行初始化处理，由软件自动计算出图片内方位元素(f0,x0,y0)、外方位元素 其中f0为相
机中心S到图片的垂距，(x0,y0)为相机镜头中心相对于图片中心位置，(XO,YO,ZO)为图片中
心在地面坐标系中的坐标， 摄影光束空间姿态的三个角元素；
[0090] 步骤4：分析计算，如图4所示：
[0091] 在Pix4DMapper摄影测量软件选取两张图片P1、P2，在两张图片中直观对测量输电设备位置点A进行确定，如发现选择点与软件计算理论点出现偏移，可手动重复进行微调直
至完全吻合，随后采用同样方式确定测量另一点位置点B，在Pix4DMapper摄影测量软件中
即可自动计算并显示出输电设备电气间隙距离。
[0092] 上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同
替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
