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長(zhǎng)久以來，我國(guó)電網(wǎng)龐大的輸電線路網(wǎng)絡(luò)巡檢工作主要依賴人工巡視方式進(jìn)行。近年來無人機(jī)作為一種高科技的巡檢利器，在電網(wǎng)行業(yè)中得到迅速推廣與應(yīng)用。電網(wǎng)巡檢發(fā)展階段大致可以概括為三個(gè)階段：人巡時(shí)代（2010年以前）、機(jī)巡時(shí)代（2010-2020年）、智巡時(shí)代（2020年以后），隨著2020年的臨近，智巡時(shí)代也將隨之逐步到來！那么要實(shí)現(xiàn)電力巡檢的“智巡”，要具備哪些技術(shù)支撐呢？今天我們先來聊聊其中之一：高精三維地圖對(duì)于電力巡檢“智巡”的意義。
智巡時(shí)代的電力巡檢是空中版的“無人駕駛”，要了解高精三維地圖對(duì)于電力巡檢的意義，我們可以先從“無人駕駛”講起。
“無人駕駛”近幾年出盡了風(fēng)頭，國(guó)內(nèi)各種互聯(lián)網(wǎng)巨頭加持。然而至今，無人駕駛依然無法進(jìn)行商用，因?yàn)閷?duì)于無人駕駛，如果無法做到100%準(zhǔn)確，那基本上就是失敗的，和無人駕駛密切相關(guān)的“高精地圖”就是目前制約無人駕駛發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
從上面的軟件架構(gòu)圖可以看出，高精地圖（HD Map）在整個(gè)方案中是最根本的技術(shù)支撐，上層的定位、感知、規(guī)劃均依賴高精地圖，用百度工程師的話來說，L3以上的自動(dòng)駕駛?cè)绻麤]有高精地圖作為支撐則無從談起。
與汽車無人機(jī)駕駛相比，電力巡檢的智巡系統(tǒng)在總體架構(gòu)上有高度的相似性，比如：
1 同樣需要高精地圖
2 同樣需要做路徑規(guī)劃
3 同樣需要進(jìn)行移動(dòng)實(shí)時(shí)定位
4 同樣需要進(jìn)行自動(dòng)控制
所以，無論電力巡檢的智巡系統(tǒng)還是汽車的無人駕駛系統(tǒng)，都對(duì)高精地圖有根本的依賴。當(dāng)然對(duì)于電力巡檢的智巡而言，針對(duì)的是更專業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景和使用對(duì)象。電力巡檢都是作業(yè)在輸電線路廊道中，最主要的廊道要素就是三個(gè)：地形地物、電塔、導(dǎo)線，三者剛好組成了一定寬度和高度變化的立體空間。因此，相比與汽車無人機(jī)駕駛，電力巡檢的智巡系統(tǒng)仍然有幾個(gè)方面的不同點(diǎn)需要特別提到：
1 運(yùn)動(dòng)載體是無人機(jī)
2 運(yùn)動(dòng)范圍主要是立體三維空間
3 需要做三維立體路徑規(guī)劃或?qū)Ш?
4 高輻射、高地形以及可能無網(wǎng)絡(luò)的作業(yè)環(huán)境
簡(jiǎn)而言之：需要突出三維對(duì)于高精地圖和系統(tǒng)的作用。那么，三維高精地圖的建立需要考慮哪些因素？為什么考慮這些因素？如何才能為電力巡檢的智巡系統(tǒng)建立一個(gè)比較合理的三維高精地圖呢？下面我們一步一步來進(jìn)行分解
對(duì)于無人機(jī)系統(tǒng)而言，人們最容易想到的硬件是GPS模塊，最令人印象深刻的飛行功能是自動(dòng)導(dǎo)航飛行。能夠按照預(yù)先規(guī)劃的飛行路線進(jìn)行自動(dòng)飛行是無人機(jī)與普通飛行器的重要區(qū)別之一。我們都希望能引導(dǎo)無人機(jī)到期望的目標(biāo)位置，但我們?nèi)绻B它在哪里都不知道，就沒辦法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。
以大疆無人機(jī)為例，當(dāng)我們使用航點(diǎn)模式讓無人機(jī)執(zhí)行自動(dòng)飛行任務(wù)前，必須要為該飛行任務(wù)指定好任務(wù)中所有的飛行航點(diǎn)的基本參數(shù)，這些參數(shù)包括：GPS經(jīng)度、GPS緯度、相對(duì)高度、飛行速度、升降速率、轉(zhuǎn)彎半徑、動(dòng)作設(shè)置等等。這里的GPS經(jīng)緯度加上GPS高度正是我們常說的WGS84橢球的大地坐標(biāo)。
另外，要對(duì)大規(guī)模的三維地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理，必然需要適用于大范圍、大跨度的坐標(biāo)框架。平面直角坐標(biāo)一般都是以米為單位，確實(shí)便于空間計(jì)算和分析，但是平面直角坐標(biāo)為了控制變形比例必須通過投影、分帶計(jì)算取得（如上圖），每個(gè)分帶區(qū)都是一套坐標(biāo)系，不便于組織長(zhǎng)度、范圍跨度很大的地圖場(chǎng)景。
第1個(gè)結(jié)論，三維高精度地圖應(yīng)該以WGS84橢球作為參考框架，以大地坐標(biāo)作為地圖數(shù)據(jù)的坐標(biāo)體系。
細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)航點(diǎn)的設(shè)計(jì)參數(shù)使用的并不是GPS高度而是相對(duì)高度（氣壓高），不知道大家有沒有奇怪過，為什么有了GPS輸出的海拔高度，我們還是要用氣壓計(jì)或者其他硬件來輔助定高呢？為什么GPS的高度沒有辦法支撐無人機(jī)進(jìn)行高度定位呢？簡(jiǎn)單講，因?yàn)镚PS高度的起算面并不是水平面（即重力等位面），而氣壓高則是以水平面為基準(zhǔn)的物理形式。
上圖所示，WGS84是一個(gè)參考橢球體，GPS高度是垂直于該橢球表面的高度，不是相對(duì)于大地水準(zhǔn)面的高度。兩者的區(qū)別很大，橢球面是一個(gè)幾何面，而大地水準(zhǔn)面則是重力等位面，他們之間存在一個(gè)大地水準(zhǔn)偏差，范圍一般在±100m之間，它會(huì)隨著地球不同位置的重力分布不規(guī)則變化，因此很難確定具體數(shù)值。也就是說，不依賴氣壓傳感器，想通過GPS高度直接獲取海拔高度（或相對(duì)海拔）是不可行的。
然而，除了需要考慮無人機(jī)航點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求，三維地圖數(shù)據(jù)的可視化的合理性、連續(xù)性也是不能犧牲的關(guān)鍵點(diǎn)。氣壓高在短時(shí)間內(nèi)，天氣、氣溫等因素的影響比較穩(wěn)定，因此此時(shí)所測(cè)的氣壓高相對(duì)值比較可信，但是將天氣、氣溫等因素放到一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，氣壓高變得不那么可靠，因此想通過氣壓高來統(tǒng)一三維地圖數(shù)據(jù)的高程值是萬萬不行的。反而，GPS高度由于具有統(tǒng)一的幾何面（WGS84橢球面），更適合用來實(shí)現(xiàn)高程系統(tǒng)，避免由于基準(zhǔn)不統(tǒng)一造成地形地物的高度參差變化。
第二個(gè)結(jié)論，三維高精度地圖數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)以WGS84橢球面為宜，同時(shí)具備GPS高向氣壓相對(duì)高的轉(zhuǎn)換模型。
本文討論的三維高精度地圖并不是普適的使用場(chǎng)景，是針對(duì)電力巡檢的智能化應(yīng)用而提出的技術(shù)概念。電力巡檢本身是一項(xiàng)非常專業(yè)的工作體系，它有自己的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。比如，在通道巡檢方面針對(duì)不同等級(jí)的輸電線路對(duì)限下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、類型、凈空距離、導(dǎo)線舞動(dòng)等等方面進(jìn)行了明確規(guī)定和要求；在精細(xì)化巡檢方面，則對(duì)諸如導(dǎo)線斷股、金具脫落、絕緣子破損、銷釘缺損等等各種缺陷類型和表現(xiàn)作出了明確的表述和制定。
那么如何利用無人機(jī)，利用三維高精地圖指導(dǎo)工作人員更有效、更快速的開展電力巡檢工作，取得巡檢結(jié)果，指導(dǎo)運(yùn)維決策至關(guān)重要。因此，特別需要針對(duì)電力巡檢的特定場(chǎng)景對(duì)三維高精數(shù)據(jù)進(jìn)行定制化改進(jìn)。首先，三維高精地圖應(yīng)當(dāng)能夠準(zhǔn)確反映輸電線路通道的真實(shí)的地理分布情況；其次，桿塔、導(dǎo)線以及地形地物應(yīng)該位置準(zhǔn)確、形狀真實(shí)，能夠科學(xué)的體現(xiàn)線路、電塔、地形地物的空間和屬性關(guān)系；再者，能夠根據(jù)現(xiàn)有三維地圖進(jìn)行通道巡檢和精細(xì)化巡檢的任務(wù)設(shè)計(jì)與仿真，能夠幫助無人機(jī)重現(xiàn)作業(yè)的飛行軌跡；最后，根據(jù)現(xiàn)有三維高精地圖應(yīng)當(dāng)能夠?yàn)榫?xì)化電力巡檢提供切實(shí)有效、靈活多變的飛行方案。
第三個(gè)結(jié)論，用于電力巡檢的三維高精度地圖應(yīng)當(dāng)包括地形、電塔、導(dǎo)線甚至電力巡檢關(guān)鍵空間特征，以及用于起降選擇地點(diǎn)的三維場(chǎng)景。
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