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无人机航拍视角下输电线路杆塔三维重建技术与应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着经济的飞速发展和社会的不断进步，电力作为现代社会的关键能源，其需求持续攀升。电网规模也随之不断扩大，输电线路的长度和复杂程度日益增加。输电线路杆塔作为电力传输的重要支撑结构，其安全稳定运行直接关系到整个电力系统的可靠性和稳定性。对输电线路杆塔进行精确的三维重建，成为电力系统运维管理中至关重要的环节。

传统的输电线路杆塔检测和维护方式主要依赖人工巡检。然而，这种方式存在诸多局限性。人工巡检不仅效率低下，难以满足大规模电网快速发展的需求，而且在复杂地形和恶劣环境下，如山区、河流、森林等，人工巡检面临极大的困难，甚至无法实施。此外，人工巡检还存在主观性强、检测精度有限等问题，容易导致一些潜在的安全隐患无法及时发现和处理。

无人机技术的快速发展，为输电线路杆塔的检测和三维重建提供了新的解决方案。无人机具有机动性强、操作灵活、成本相对较低等优势，能够快速到达输电线路杆塔所处的位置，实现对杆塔全方位、多角度的拍摄。利用无人机航拍获取的图像数据，通过先进的三维重建算法，可以构建出高精度的输电线路杆塔三维模型。

与传统方法相比，基于无人机航拍的输电线路杆塔三维重建技术具有显著的优势。在效率方面，无人机能够在短时间内完成对大面积输电线路杆塔的拍摄，大大缩短了检测周期。在成本方面，减少了人工投入和相关设备的使用，降低了运维成本。在安全性方面，避免了人工在高空、复杂地形等危险环境下作业，保障了人员安全。而且，三维重建得到的模型能够直观、全面地展示输电线路杆塔的结构和状态，为电力系统的规划、设计、运维和故障诊断等提供了更加准确、丰富的数据支持，具有极高的应用价值。

1.2国内外研究现状

在国外，无人机技术在电力领域的应用起步较早，发展也较为迅速。美国、欧洲等国家和地区的科研机构与电力企业，积极开展基于无人机航拍的输电线路杆塔三维重建技术研究，并取得了一系列成果。美国电力科学研究院（EPRI）开展了大量关于无人机巡检及三维建模的研究项目，利用先进的无人机平台和高精度的传感器，获取了高质量的输电线路杆塔图像数据。通过研发先进的图像匹配算法和三维重建算法，实现了对输电线路杆塔的高精度三维重建，为输电线路的运维管理提供了有力支持。欧洲一些国家则注重多传感器融合技术在无人机三维重建中的应用，将激光雷达、热红外相机等与可见光相机相结合，获取更全面的输电线路杆塔信息，提高了三维模型的精度和可靠性。在应用方面，国外已经将无人机航拍输电线路杆塔三维重建技术广泛应用于电力系统的规划设计、运维检修、故障诊断等多个环节。例如，在新线路的规划设计中，利用三维模型可以直观地评估线路走向、杆塔位置的合理性，优化设计方案，降低建设成本；在运维检修中，通过对比不同时期的三维模型，能够及时发现杆塔结构的变化、部件的损坏等问题，提前预警潜在的安全隐患，提高运维效率和可靠性。

在国内，随着无人机技术的快速发展和电力行业对智能化运维需求的不断增加，基于无人机航拍的输电线路杆塔三维重建技术也得到了广泛的关注和深入的研究。近年来，国家电网、南方电网等大型电力企业加大了在这方面的投入，联合高校、科研机构开展产学研合作，取得了丰硕的成果。广东电网有限责任公司于2025年2月申请了“基于深度特征恢复的输电杆塔三维重建方法、装置、终端设备及存储介质”专利，通过获取相机内参及不同视角的图像，输入神经网络模型提取相关信息，计算初始点云坐标，生成深度特征图并进行点云坐标稠密化，大幅提高了输电杆塔的重建精度。武汉科迪奥电力科技有限公司也于2025年2月成功申请“配网现场三维重建方法、系统、设备及可读存储介质”专利，通过无人机航拍图像序列，利用关键点检测算法提取关键点，进行跨图像匹配，生成稀疏点云及稠密点云，实现了配网现场的高质量三维重建。在应用上，国内电力企业已将该技术应用于实际的输电线路运维工作中。在一些复杂地形区域，如山区、峡谷等，利用无人机三维重建技术对输电线路杆塔进行全方位检测，及时发现了杆塔基础沉降、塔材腐蚀等问题，有效保障了输电线路的安全稳定运行。

尽管国内外在基于无人机航拍的输电线路杆塔三维重建技术研究与应用方面取得了显著进展，但仍然存在一些不足之处。在技术层面，部分三维重建算法对复杂场景的适应性较差，在遇到遮挡、光照变化等情况时，容易出现特征提取不准确、图像匹配错误等问题，导致三维模型的精度和完整性受到影响。此外，无人机在飞行过程中受到天气、电磁干扰等因素的影响较大，如何提高无人机飞行的稳定性和数据采集的可靠性，也是需要进一步解决的问题。在应用层面，目前三维重建技术在电力行业的应用还不够普及，部分电力企业对该技术的认识和重视程度不足，缺乏相关的专业人才和技术设备。而且，三维模