无人机航拍技术在防雷检测中的应用

陆红

摘要：无人机航拍技术是无人机与摄影技术的结合，是通过飞行器技术、通讯技术、ＧＰＳ差分定位技术和图像技术的融合实现的一种无人机遥感技术。本研究应用的多旋翼型无人机具有成本低、应用灵活、高效、安全性高、可实现危险区域探测等优势，最高飞行速度为６０ｋｍ／ｈ，最快爬升速度为１０ｍ／ｓ，最高飞行高度可以达到３ｋｍ，并能够轻松搭载微单相机或单反相机执行观测任务。将无人机航拍技术应用于防雷工作，通过测试发现利用无人机航拍技术可以解决一些防雷工作中人工无法处理的问题，包括：高塔、坡屋顶建筑的外部防雷装置的检查、雷击灾害调查及建筑物结构尺寸的估测；对于建筑群的防雷检查，可以大大提高工作效率。无人机航拍技术在雷电防护领域具有良好的应用前景。

关键词防雷；无人机；航拍

雷电作为自然界中影响人类活动的严重灾害之一，不仅会造成人员伤亡，也会给航空航天、国防、通讯、电子工业、化工石油、邮电、交通、森林等行业造成严重的经济损失。为了减小雷电灾害风险，雷电防护措施必须达到相关标准的要求，防雷部门的检测工作则成为防雷减灾工作的基础和前提。然而对于坡屋顶、高塔类，人员很难到达其顶部的建筑，如果应用一般的检测方法将存在极大的人身危险，所以这些建筑顶部接闪器的检查一直以来都是防雷检测的空白，存在一定的防雷安全隐患。此外，在雷击灾害调查中，一些雷灾事故发生现场也存在雷击位置、受损物体无法取证的情况。例如，通过对古建筑的雷击灾害调查，分析了古建筑遭受雷击部位的分布规律，发现吻兽等突出部位、古树、塔亭等是古建筑易遭受雷击的部位。而这些位置的雷击资料往往难以获取，具体雷击点无从知晓，如果采用人工的方法可能会损坏古建筑的外观，并且防雷工作者的人身安全也难以保障。

1载机平台
　　载机平臺属于无人航拍系统中特别重要一部分。结合环境差异，当前航拍无人机系统载机平台一般可挑选抗风性较好的八旋翼无人机无人机主要材料是碳纤维，其质轻、强度较高，能够确保在空中拍摄的平稳性。
2飞行控制系统
　　飞行控制系统主要涵盖飞行控制器、GPS定位系统及姿态传感器，能够做到对无人机姿态、高度及航向等参数的自动控制。借助GPS定位系统，可让无人机依据提前所设置的航线自主飞行，操作简便，具备较高精度。
　3云台摄像系统
　　一般可以利用精度较高的数字增稳云台给摄像、摄影设备给予较稳定的拍摄平台，确保在相对安全距离下拍摄较清楚图像。
　4图像传输系统
　　图像传输系统在无人机器航拍系统中起到特别关键的作用，能够对摄像设备所拍摄的画面实时回传，为地面实时操作给予重要参考依据，取得“所见即所得”效果。
　5脱扣装置
　　脱扣装置主要作用是实现无人机与检测工具的连接。脱扣装置应采用磁吸式，可以实现人工远程操作，即实现通电状态下为闭合状态，人工切断电源后为打开状态。当无人机飞至目标物后可以实现检测工具脱落，与目标物实现磁力连接。
　　五部分的组合应用实现了无人机在防雷领域的快速应用。无人机与人工检测对比分析。
　　无人机除可以对单个的高（构）筑物进行防雷资料的检测收集，可以在特定空间下进行大功率的检测工作，且工作效率远高于人工。假定一个1千米×1千米的新建小区检测项目，每座住宅楼占地800米×150米，小区内共建设住宅楼300座，呈现50排分布，并且全部为30层板楼，高度为125米。无人机采用视角范围84度的短焦广角进行，飞行高度150米。飞行速度为30千米/小时。无人机完成整个小区的防雷检测时间为12小时左右，后期无人机检查维修10小时，共计22小时左右;如果采用人工检测方法，假定有4个检测人员，2个人为记录人员，2个人上下楼顶工作，并进行防雷装置检查时用每层速度为5千米/小时，则完成整个小区防雷检测时间约为120小时左右。利用无人机检测防雷装置可以将效率提高近5倍。同时无人机采用自动传输数据与记录功能。
　　无人机技术在防雷检测中的应用主要开发功能包括两方面：一是实现无人机航拍功能判断防雷装置（接闪器、避雷带、引下线）的使用情况，例如有无锈蚀、脱落等情况。对于顶部坡度较大，检测人员攀爬存在安全隐患的建筑物，降低检测人员的安全隐患，提高工作效率。二是实现无人机进行建筑物防雷检测功能。将磁吸式脱扣装置与防雷检测工具结合，利用无人机携带相关设备对建筑高度较高、封闭性较好的建筑物防雷装置进行防雷数据的检测，实现人机结合作业的检测方式，降低成本，提高数据真实性与准确性，进一步提升服务质量。

6前景

未来无人机在防雷工作的应用可从３个方面进行，除外部防雷装置的检查和雷击灾害现场的调查外，还可以利用ＧＰＳ系统记录的飞行轨迹进行建筑物结构尺寸的估测

6.1明敷引下线的检查

在防雷检测工作中，明敷引下线的外观检查，一般只在建筑物顶端和地面附近进行。对于较高的建筑物，引下线中间部分的锈蚀情况人工无法检查，而利用无人机航拍的方法可以快速、准确地获得这些位置的图像资料。此外，无人机记录的ＧＰＳ信息还可以用来估测引下线间距，取代人工应用卷尺测量的传统方法，判断间距是否达到规范要求。

6.2雷击灾害调查

《全国雷电灾害汇编》（以下称《汇编》）是由中国气象局雷电防护管理办公室编写的关于全国各省市

雷灾事件的汇编，其中雷击地点的记录是雷击事件记录的重要组成部分（例如，机场、学校、厂房、旅游景点），但对于雷击的具体位置，由于一些区域人工很难取证（如楼顶电梯间、古树顶、建筑物顶端等位置），在《汇编》中也少有记录。如果在雷击灾害调查中可以准确地了解雷击位置，就可以为分析闪电接闪规律和雷电灾害的成因、特征提供数据资料，为雷电灾害预防措施的研究提供参考。利用无人机可以快速地获取雷击区域的图像资料，通过处理和分析高分辨率图像，准确地判断具体雷击位置。

7结论

（１）通过分析实验取得的防雷图像资料，证明无人机技术的应用可以解决雷电防护工作领域的一些实际问题。

（２）无人机检查外部防雷装置的工作效率远远高于人工检查。

（３）虽然无人机还不能完全替代人工进行防雷检测工作，尤其是防雷装置接地电阻的测量，但凭借其空间移动的灵活性、高效性，无人机可以成为现代化防雷工作更为安全、有效的辅助工具。

参考文献

［１］马明，吕伟涛，张义军，等．中国雷电活动特征分析［Ｊ］．气象科技，２００７，３５（增刊１）：１－７．

［２］张华明，杨世刚，张义军，等．古建筑雷击灾害特征［Ｊ］．气象科技，２０１３，４１（４）：７５８－７６３．

［３］雷添杰，李长春，何孝莹．无人机航空遥感系统在灾害应急救援中的应用［Ｊ］．自然灾害学报，２０１１，２０（１）：１７８－１８３．

［４］邹长慧，谢晓尧，周忠发．无人机低空航拍遥感系统在贵州高原山区的应用前景探讨［Ｊ］．贵州师范大学学报（自然科学

版），２０１１，２９（２）：２４－２８．

［５］李杨，马舒庆，王国荣，等．无人机探测“海鸥”台风中心附近的资料初步分析［Ｊ］．地球科学进展，２００９，２４（６）：６７５－６７９．