CN107390613A - 输电线路施工过程的管控系统及管控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种输电线路施工过程的管控系统及管控方法，涉及输电线路工程建设技术领域，能够方便、及时、高效、安全地对输电线路施工过程进行管控。其中管控系统包括：无人机，用于对施工现场进行航拍；与无人机信号连接的无人机飞控模块，用于控制无人机沿设定的路径、以设定的角度和高度航拍；与无人机信号连接的影像处理模块，用于对无人机拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息；与影像处理模块相连的施工现场管控平台，用于根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。上述管控系统应用于输电线路施工过程中，对施工过程进行管理和控制。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路工程建设技术领域，尤其涉及一种输电线路施工过程的管控系统及管控方法。
背景技术
随着国民经济的发展和电力需求的逐步增长，电网输电线路建设任务日益繁重，尤其是1000kV特高压交流输变电工程，输送距离长、建设规模大，且所经地区多是高山大岭甚至无人区，地形复杂，施工安全风险大，文明施工和环保水保要求高，建设管理难度增大。传统对输电线路施工过程的管控主要采用人工查看的方式，但是该方式实地踏勘不便，时间周期长，存在一定的安全风险。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明提供一种输电线路施工过程的管控系统及管控方法，以方便、及时、高效、安全地对输电线路施工过程进行管控。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种输电线路施工过程的管控系统，所述管控系统包括：无人机，所述无人机用于对施工现场进行航拍；与所述无人机信号连接的无人机飞控模块，所述无人机飞控模块用于控制所述无人机沿设定的路径、以设定的角度和高度航拍；与所述无人机信号连接的影像处理模块，所述影像处理模块用于对所述无人机拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息；与所述影像处理模块相连的施工现场管控平台，所述施工现场管控平台用于根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。
第二方面，本发明提供了一种输电线路施工过程的管控方法，所述管控方法包括：对施工现场进行航拍；对拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息；根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。
本发明所提供的输电线路施工过程的管控系统及管控方法，利用无人机用于对施工现场进行航拍，利用无人机飞控模块控制无人机沿设定的路径、以设定的角度和高度航拍，以得到符合要求的影像，然后通过影像处理模块对拍摄得到的影像进行处理，之后通过施工现场管控平台整合施工现场的各项数据，从而管理人员能够快速掌握施工现场的进度、安全、质量、环水保等信息，进而对施工现场进行有效地管理和控制。由于无人机航拍具有影像分辨率高、时效性强、机动、灵活等优势，因此本发明中利用无人机对输电线路工程的施工现场进行航拍，能够方便、及时、高效地获取施工现场的各种信息，客观真实反映施工现场状态，从而能够更好地辅助管理人员对施工现场进行管理和控制工作，规避人员的安全风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一所提供的输电线路施工过程的管控系统的结构图；
图2为本发明实施例二所提供的输电线路施工过程的管控方法的流程图；
图3为本发明实施例二所提供的输电线路施工过程的管控方法中步骤S2的流程图。
附图标记说明：
1-无人机飞控模块； 2-无人机；
21-固定翼无人机； 22-多旋翼无人机；
3-影像处理模块； 31-影像预处理单元；
32-影像挑选单元； 33-影像解译单元；
4-施工现场管控平台； 41-施工可视化管控单元；
42-施工现场信息单元； 43-无人机离线查看单元。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了一种输电线路施工过程的管控系统，如图1所示，该管控系统包括无人机飞控模块1、无人机2、影像处理模块3及施工现场管控平台4。其中，无人机飞控模块1与无人机2信号连接，无人机2与影像处理模块3信号连接，影像处理模块3与施工现场管控平台4连接。
无人机2上搭载有相机，以对施工现场进行航拍。无人机飞控模块1用于控制无人机2沿设定的路径、以设定的角度和高度航拍。影像处理模块3用于对无人机2拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息。施工现场管控平台4用于根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。
在本实施例中，根据上述管控系统所整合得到的施工现场的各项数据，管理人员能够快速掌握施工现场的进度、安全、质量、环水保等信息，从而实现对施工现场的有效地管理和控制。由于上述管控系统使用了无人机对施工现场进行航拍，无人机航拍具有影像分辨率高、时效性强、机动、灵活等优势，因此本实施例所提供的管控系统，能够方便、及时、高效地获取施工现场的各种信息，客观真实反映施工现场状态，从而能够更好地辅助管理人员对施工现场进行管理和控制工作，规避人员的安全风险。
此外，管理人员还可以随机抽查施工现场的信息，特别是针对输电线路建设工程中的重点区域、危险地段，以及施工安全、质量管理不到位的地段进行抽查，不受人为检查的局限，因此检查效果比人为检查更具有管控力度。
继续参见图1，本实施例中，无人机2优选的可包括固定翼无人机21和多旋翼无人机22。其中，固定翼无人机21用于沿终勘路径的中心线方向垂直航拍，和沿终勘路径中心线方向以设定的角度航拍。多旋翼无人机22用于沿终勘路径上杆塔的终勘坐标点顺序进行航拍，在无人机飞经所述终勘坐标点时，以所述终勘坐标点为中心点进行环绕飞行航拍，及根据拍摄需求对杆塔的细部进行定点航拍。
具体的，固定翼无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，能够灵活机动避开云层，快速获取数据，起降方式对场地要求很低，灵活的起降方式支持滑跑、弹射等起飞方式，可以随时随地起飞，能够灵活的在山地多的区域快速获取地面影像辅助施工管控。相比旋翼无人机，固定翼无人机飞行速度快，能够快速获取现场的影像信息。示例性的，本实施例中可采用DM-110型固定翼式无人机作为对施工过程管控的飞行平台。
针对上述固定翼无人机的优点，将固定翼无人机21的航拍方式设定为沿终勘路径的中心线方向垂直航拍和以设定的角度航拍。具体而言，通过无人机飞控模块1获取输电线路的终勘坐标点，使固定翼无人机21沿施工现场自动飞行，沿着终勘坐标点顺序进行航拍(包括垂直航拍和以设定的角度航拍)，航拍高度在保证精度的情况下，对同一架次按照同一高度层保持平稳飞行，兼顾质量要求和飞行的安全性。固定翼无人机21的飞行路径、航拍角度和航拍高度可通过无人机飞控模块1设定。
多旋翼无人机通过调节电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。在操控性方面，多旋翼无人机的操控简单，不需要跑道便可以垂直起降，起飞后可在空中悬停；多旋翼的可靠性基本上取决于无刷电机的可靠性，因此可靠性较高；多旋翼的结构简单，若电机、电子调速器、电池、桨和机架损坏，容易替换。示例性的，本实施例中可采用八翼式无人机作为施工过程管控的飞行平台。
针对上述多旋翼无人机的优点，将多旋翼无人机22的航拍方式设定为沿设定的飞行路径航拍和根据具体拍摄需求进行杆塔细部定点航拍。具体而言，通用无人机飞控模块1获取输电线路的终勘坐标点，使多旋翼无人机22沿施工现场自动飞行，沿着终勘坐标点顺序进行航拍，多旋翼无人机22在到达终勘坐标点处的杆塔位置时，以杆塔所在的终勘坐标点为中心点进行环绕飞行航拍，航拍高度在保证精度的情况下，对同一架次按照同一高度层保持平稳飞行，兼顾质量要求和飞行的安全性；根据具体拍摄需求，利用多旋翼无人机22对杆塔细部进行定点航拍，定点航拍时可通过遥控器手动控制多旋翼无人机22定点悬停在指定杆塔位置进行航拍。
在上述技术方案中，无人机2同时选用固定翼无人机21和多旋翼无人机22两种，针对两种无人机各自不同的优点进行不同的航拍方式的设计，满足了多种拍摄需求，使得对施工现场状态的拍摄更加全面，从而后续从拍摄得到的影像中所获取的施工现场的信息就更多、更全面，有利于提高对施工过程管控的效果。
为实现航拍，无人机上均搭载有相机，可通过比较航拍传感器的重量、体积、续航能力及维修保养等因素对相机进行选择。示例性的，固定翼无人机21和多旋翼无人机22均选用索尼SONY ILCE-7R型相机，该相机的优点在于：相机本身属于全画幅、较宽幅相机，搭配广角镜头，单航带能够获得较大区域范围的数据影像；机身本身自重轻巧，减轻飞机负担，降低飞行安全风险；相机本身市场价格相对便宜，降低飞行成本风险，能够满足优于0.1米分辨率的要求。
继续参见图1，在本实施例所提供的输电线路施工过程的管控系统中，影像处理模块3可包括依次相连的影像预处理单元31、影像挑选单元32和影像解译单元33。
其中，影像预处理单元31用于删除拍摄得到的影像中的无效影像，并且对影像进行校正。具体的，该影像预处理单元31包括相连接的无效影像删除子单元和影像畸变校正子单元：
由于无人机沿终勘路径飞行，在航拍飞行过程中会产生无效的影像数据，因此利用无效影像删除子单元计算拍摄得到的影像的中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离，在计算得到的距离大于设定的最大有效距离时，判定相应的影像为无效影像，从而删除该无效影像，保证了后续对无人机影像的提取的有效性。
由于无人机体积小、重量轻，其在空中受到风力的影响较大，因此所拍摄的影像可能存在畸变，利用影像畸变校正子单元根据畸变校正算法对影像进行校正，减小拍摄得到的影像与实物产生的误差，让影像结果接近于真实的地物，有利于提高后续影像匹配及制作正射影像的精度。
影像挑选单元32用于根据影像的中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离，挑选出中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，作为该终勘坐标点处的杆塔所对应的影像，并且针对各终勘坐标点处的杆塔，挑选出以不同角度对杆塔进行航拍的影像。
具体的，对于如何挑选出中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，可利用影像中心曝光点与杆塔终勘坐标点进行最邻近分析和影像重叠度分析，并分析中心曝光点的坐标位置的精度，将中心曝光点的坐标与杆塔的坐标相减，得出距离杆塔终勘坐标点最近的中心曝光点，从而得到该中心曝光点对应的影像，这样就可以将杆塔对应的影像挑选出来。
对于如何针对各终勘坐标点处的杆塔挑选出以不同角度对杆塔进行航拍的影像，固定翼无人机21和多旋翼无人机22采用不同的挑选方式。相应地，影像挑选单元32包括相连接的固定翼无人机影像挑选子单元和多旋翼无人机影像挑选子单元：固定翼无人机影像挑选子单元用于针对每个终勘坐标点处的杆塔，挑选出一张正视影像和两张侧视影像(所述正视影像为中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，两张所述侧视影像分别为终勘坐标点前方和后方拍摄角度最大的影像)，完成杆塔对应的影像挑选后，可通过算法自动裁剪杆塔对应的影像范围。多旋翼无人机影像挑选子单元用于挑选出以每个终勘坐标点处的杆塔为中心，不同拍摄角度且中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离小于或等于设定的距离阈值的全部影像。
影像解译单元33用于根据专家经验以及结合影像的纹理特征，通过施工过程的专家辅助决策系统，实现对影像的解译，获取施工现场各基杆塔所对应施工进度、安全、质量和环保水保等信息。对影像的解译可具体包括以下几方面：
(1)根据施工现场施工建设进度，结合辅助决策系统，判断输电线路工程杆塔施工进度工序，影像解译信息包括：未施工、基础开挖、基础浇制、杆塔组立和架线。
(2)结合工程所处的地形和区域经济特点，结合辅助决策系统，判断施工现场全阶段、基础阶段(包括基础开挖和基础浇制)、组塔架线阶段(包括杆塔组立和架线)的安全、质量、环保水保的解译信息。具体的：
(a)判断施工现场全阶段影像解译信息包括：施工现场整洁规范；施工现场无围栏；原材料放置不规范，未采取隔离措施；疑似基面积水；施工方案与审批方案不一致。
(b)判断施工现场基础阶段影像解译信息包括：基坑上方无挡板，存在安全隐患；余土、余渣未清理；余土处理不当，无挡土措施；基坑开挖未及时回填；基坑存在积水现象；混凝土浇筑不合规；混凝土局部有蜂窝、麻面，表面存在龟裂或裂缝；基础倒角不美观、不顺直、基础棱角保护不到位；基础表面存在二次修补现象；基础表面局部存在污染；基础地脚螺栓保护措施不到位；基础保护帽排水坡度不足，造成积水现象；基础回填土有块石和渣土等杂质；基础回填土不平整、地面下沉、防沉层不符合要求。
(c)判断施工现场组塔架线阶段影像解译信息包括：接地焊接防腐处理不符合规范要求；接地引下线工艺不美观、不顺直；接地回填土有石块等杂质，防沉层不符合规范规定；接地螺栓未采取防松措施；杆塔存在缺件、螺栓缺失现象；杆塔构件镀锌层磨损、锌瘤、严重色差现象；螺栓未完全紧固；杆塔脚钉不顺直，弯钩方向不一致，攀登侧露扣；杆塔上有杂物；耐张线夹、直线接续管弯曲，端口未涂刷防腐漆；接头档内存在直线接续管；同一档内直线接续管数量、与线夹或间隔棒距离不符合规范要求；耐张金具串、直线悬垂串金具缺少销子或开口角度不符合规范要求；瓷绝缘子存在破碎、裂纹或釉面破损，复合绝缘子伞裙变形、开裂、破损；光缆引下线、余缆架安装不符合规范要求；引流线安装不美观、不顺滑；间隔棒安装不正直，位置偏差不符合规范规定；防振锤安装位置、方向不符合规范要求；导线外层铝股有断点；未设置临时拉线；疑似基面有坑；施工场地未及时清理，未做到工完料尽；组塔过程存在塔下施工；施工现场存在包装袋弃置情况；地锚坑未及时回填；弃土弃渣未清理；临时占地未及时恢复；塔基附件房屋暂未拆迁；伐木未清理。
本实施例中，施工现场管控平台4包括施工可视化管控单元41、施工现场信息单元42和无人机离线查看工具。
其中，施工可视化管控单元41基于C/S模式，用于根据所提取的有效信息，整合施工现场输电线路工程通道走廊基础地理数据、多期无人机影像数据、三维杆塔模型和线路数据和重点交叉跨越数据等海量多元数据，构建输电线路工程通道走廊的三维建设虚拟场景，实现根据工程、省份、施工单位、设计单位以及监理单位为检索条件快速分析施工现场存在的问题，并且形成应用无人机辅助施工管控的分析报告，实现施工现场建设过程进度、安全、质量和环保水保等情况有效管控。
施工现场信息单元42基于B/S模式，用于搭建具备信息快速共享能力的网络版施工现场信息系统，以互联网访问方式将无人机管控资料和信息提取资料及时向施工现场进行发布。
无人机离线查看工具43用于查看每基杆塔对应的影像、杆塔号、拍摄时间和问题描述。
通过施工现场管控平台4，管理人员能够快速掌握施工现场的进度、安全、质量、环水保等信息，从而为电网建设的顺利投运提供有效地信息支撑，有利于加强施工安全风险的控制，减少人员伤亡；管理人员还能够对对施工过程环境敏感点进行监测，从而有效督促执行环境保护措施；管理人员还对通道清理变化情况进行监测，有效掌握新增房屋以及抢种抢建情况，为通道清理工作谈判和执行提供依据。
此外，施工现场管控平台4还为施工过程管理决策提供支持，有助于进一步加强施工现场规范化管理；施工过程中所形成的影像资料，能够为输电线路通道公证提供依据；并且，所形成的输电线路走廊数字化资料可以移交运行单位，为电网运行维护提供基础数据。
实施例二
如图2所示，本实施例提供了一种输电线路施工过程的管控方法，该管控方法包括如下步骤：
S1：对施工现场进行航拍。
S2：对拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息。
S3：根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。
在本实施例中，根据上述管控方法整合得到施工现场的各项数据，管理人员能够快速掌握施工现场的进度、安全、质量、环水保等信息，从而实现对施工现场的有效地管理和控制。由于上述管控方法使用了航拍方式获取施工现场的影像，因此相对于人工查看的方式，上述管控方法能够方便、及时、高效地获取施工现场的各种信息，客观真实反映施工现场状态，从而能够更好地辅助管理人员对施工现场进行管理和控制工作，规避人员的安全风险。
在上述步骤S1中，对施工现场进行航拍可采用无人机，采用无人进行航拍的具体方法可参见实施例一中的相关叙述，在此不再赘述。
参见图3，上述步骤S2具体可包括以下步骤：
步骤S21：删除拍摄得到的影像中的无效影像，并且对影像进行校正；
步骤S22：根据影像的中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离，挑选出中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，作为该终勘坐标点处的杆塔所对应的影像，并且针对各终勘坐标点处的杆塔，挑选出以不同角度对杆塔进行航拍的影像；
步骤S23：根据影像的纹理特征，获取施工现场各基杆塔所对应施工进度、安全、质量和环保水保信息。
通过上述步骤S21～步骤S23，能够提取出施工现场各基杆塔所对应施工进度、安全、质量和环保水保等用于管控施工现场的有效信息，从而为后续构建施工现场的虚拟场景，分析施工现场存在的问题等提供有效依据。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种输电线路施工过程的管控系统，其特征在于，所述管控系统包括：
无人机，所述无人机用于对施工现场进行航拍；
与所述无人机信号连接的无人机飞控模块，所述无人机飞控模块用于控制所述无人机沿设定的路径、以设定的角度和高度航拍；
与所述无人机信号连接的影像处理模块，所述影像处理模块用于对所述无人机拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息；
与所述影像处理模块相连的施工现场平台，所述施工现场管控平台用于根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。
2.根据权利要求1所述的输电线路施工过程的管控系统，其特征在于，所述无人机包括：
固定翼无人机，所述固定翼无人机用于沿终勘路径的中心线方向垂直航拍，和沿终勘路径中心线方向以设定的角度航拍；
多旋翼无人机，所述多旋翼无人机用于沿终勘路径上杆塔的终勘坐标点顺序进行航拍，在无人机飞经所述终勘坐标点时，以所述终勘坐标点为中心点进行环绕飞行航拍，及根据拍摄需求对杆塔的细部进行定点航拍。
3.根据权利要求2所述的输电线路施工过程的管控系统，其特征在于，所述影像处理模块包括：
影像预处理单元，所述影像预处理单元用于删除拍摄得到的影像中的无效影像，并且对影像进行校正；
与所述影像预处理单元连接的影像挑选单元，所述影像挑选单元用于根据影像的中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离，挑选出中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，作为该终勘坐标点处的杆塔所对应的影像，并且针对各终勘坐标点处的杆塔，挑选出以不同角度对杆塔进行航拍的影像；
与所述影像挑选单元连接的影像解译单元，所述影像解译单元用于根据影像的纹理特征，获取施工现场各基杆塔所对应施工进度、安全、质量和环保水保信息。
4.根据权利要求3所述的输电线路施工过程的管控系统，其特征在于，所述影像预处理单元包括：
无效影像删除子单元，所述无效影像删除子单元用于计算拍摄得到的影像的中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离，在计算得到的距离大于设定的最大有效距离时，删除相应的影像；
与所述无效影像删除子单元连接的影像畸变校正子单元，所述影像畸变校正子单元用于利用畸变校正算法对影像进行校正，减小拍摄得到的影像与实物产生的误差。
5.根据权利要求3所述的输电线路施工过程的管控系统，其特征在于，所述影像挑选单元包括：
固定翼无人机影像挑选子单元，所述固定翼无人机影像挑选子单元用于针对每个终勘坐标点处的杆塔，挑选出一张正视影像和两张侧视影像；所述正视影像为中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，两张所述侧视影像分别为终勘坐标点前方和后方拍摄角度最大的影像；
多旋翼无人机影像挑选子单元，所述多旋翼无人机影像挑选子单元用于挑选出以每个终勘坐标点处的杆塔为中心，不同拍摄角度且中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离小于或等于设定的距离阈值的全部影像。
6.根据权利要求1～5任一项所述的输电线路施工过程的管控系统，其特征在于，所述施工现场管控平台包括：
施工可视化管控单元，所述施工可视化管控单元用于根据所提取的有效信息，整合施工现场输电线路工程通道走廊基础地理数据、多期无人机影像数据、三维杆塔模型和线路数据和重点交叉跨越数据，构建输电线路工程通道走廊的三维建设虚拟场景，并且形成应用无人机辅助施工管控的分析报告；
施工现场信息单元，所述施工现场信息单元用于搭建具备信息快速共享能力的网络版施工现场信息系统，以互联网访问方式将无人机管控资料和信息提取资料及时向施工现场进行发布；
无人机离线查看工具，所述无人机离线查看工具用于查看每基杆塔对应的影像、杆塔号、拍摄时间和问题描述。
7.一种输电线路施工过程的管控方法，其特征在于，所述管控方法包括：
对施工现场进行航拍；
对拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息；
根据所提取的有效信息，整合施工现场的各项数据。
8.根据权利要求7所述的输电线路施工过程的管控方法，其特征在于，所述对拍摄得到的影像进行处理，提取用于管控施工现场的符合要求的有效信息包括：
删除拍摄得到的影像中的无效影像，并且对影像进行校正；
根据影像的中心曝光点与对应的终勘坐标点之间的距离，挑选出中心曝光点距离对应的终勘坐标点最短的影像，作为该终勘坐标点处的杆塔所对应的影像，并且针对各终勘坐标点处的杆塔，挑选出以不同角度对杆塔进行航拍的影像；
根据影像的纹理特征，获取施工现场各基杆塔所对应施工进度、安全、质量和环保水保信息。
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