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摘要：500kV输电线路在建设及运行过程中，不可避免需要砍伐林地。随着国家对林地使用监管的逐步规范，合法使用林地已经成为输电线路能否顺利建设并实施运营的重要事项。由于输电线路经过林区的地形环境复杂多变，电力行业与林业行业专业技术领域差异大等因素，科学地分析导致设计的与实际的林地征占用面积差异的原因，提出合理的测定输电线路征占林地面积的方法，对科学测算占用林地面积，进而促进线路运行和生态保护的协调发展有重要的科学和实践意义。本文基于无人机技术，设计了一套林地面积测量方案，以解决人工传统人工测量效率低下的问题，实现了林地面积的快速测量，提高效率。

关键词：无人机；输电线路；测量

一、国内外研究现状及意义

国内现有技术中，对500kV输电线路林地面积测量通常为人工手持GPS绕林地一圈测量面积，然而一些山区输电线路林地居多，起伏不平，切地块分散，一块一块的测量烟地面积不仅危险而且耗费大量的时间、人力、物力且效率低下。

国外目前对500kV输电线路林地面积测量大体分为卫星遥感测量及人工测量两种。

然而传统人工测量存在以下缺点：

1.工具笨重，作业流程复杂；

2.地势起伏，容易重复计算，造成较大误差；

3.山区测量，运维人员背负设备进入的时候很容易被树枝刮蹭或被有毒生物咬伤，给运维人员的工作带来了极大的挑战；

因此，需研制一种输电线路林地面积快速测量系统，遵循“节约土地，不占或少占林地，不砍或少砍林木”的原则，使项目建设对林业和生态环境的影响降到最低同时能够进行快速精准面积测绘节省大量的人力物力。

二、研究内容

（一）设备

一种输电线路林地面积快速测量系统是基于小型多旋翼无人机以及其搭载的GPS模块进行林地面积快速测量。其包括控制器、电机驱动器、电机、飞行姿态检测模块、无线视频模块、GPS定位器以及无线通信单元，所述GPS定位器用于采集所述用于测量烟地面积的无人机的飞行轨迹信息，所述控制器还用于在一定时间内依据所述飞行轨迹信息计算出所述飞行轨迹圈定的面积，并将计算出的飞行轨迹圈定的面积，通过无线通信模块发送至一遥控终端，并在遥控终端上进行面积显示。

（二）计算面积方法

基于小型多旋翼无人机以及其搭载的GPS模块计算多边形面积的方法有：图解法、解析法和向量法。图解法一般是指只含有两个决策变量的线性规划问题，可以通过在平面上作图的方法求解，这种求解线性规划问题的方法，对于复杂多边形计算困难；解析法是指用解析式表示函数或任意数学对象的方法，在平面上建立坐标系，把已知点的轨迹的几何条件“翻译”成解析式；然后对其进行研究，然而对凹多边形或顶点数较多的情况，不能很好地切分成较少的直角梯形，精度有限。而向量法能很好地避免图解法和解析法中出现的问题。向量法将多边形分成若干个三角形，利用向量叉乘原理计算各三角形面积。以凹多边形为例，如图1所示已知多边形ABCDE及各顶点的坐标，其A（x1，y1）；B（x2，y2）；C（x3，y3）；D（x4，y4）；E（x5，y5），求多边形面积。

多边形ABCDE

过点A连接AC、AD以点A为基准将多边形分为3个三角形，根据右手定则，如式（1）：

多边形面积可由三个三角形面积累加求出，根据向量叉乘原理一般式，如式（2）为：

SABCDE=|-S△ABC-S△ACD-S△ADE|  （1）

（2）

上述两个函数计算方位角和两点间的球面距离求解面积，避免用复杂的经纬度坐标转换引起的形变误差。方位角是指从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。如图2所示，点P为地球正北方向的点即北极点，点ABC构成一个三角形。

（三）系统模块

根据具体的功能需求，系统包括用户图形界面、GPS数据获取模块、采样点筛选模块和面积计算模块。图形用户界面基于Android系统的Activity组件设计开发系统界面，Intent实现界面切换跳转，使用控件toast完成用户提示，如提示用户开启GPS功能等。GPS数据获取模块首先利用无人机中位置服务类中的LocationManager获取当前设备的实时位置，并调用getLongitude（）方法、getLatitude（）方法和getAccuracy（）方法获得当前位置double型的经纬度和精确度值。再通过监听器LocationListener使系统根据指定的时间和位移变化条件更新位置信息。采样点筛选模块用于实现漂移点剔除和多目标优化筛选，同时该模块还会记录每一步筛选后的数据供调试使用。经过筛选后的采样点会提交给面积计算模块进行最终的面积计算。

具体的工作流程：

（1）打开用户使用界面；

（2）打开GPS；

（3）接收到定位信号；

（4）定位成功获取经纬度和精确度，若定位失败，则重新接受定位信号；

（5）定位成功后获得采样点；

（6）采样完成，若采样失败则重新接收采样点；

（7）在采样点筛选模块中剔除漂移点；

（8）使用多目标优化筛选采样点；

（9）采样点大于3，进入面积计算模块，若采样点小于3，则测量结束；

（10）根据各个方位角，使用向量法计算出最终的面积；

（11）测量结束。

三、结语

无人机应用作业是目前国内针对空地航摄快速测绘的主流应用作业方式。利用无人机GPS模块快速测量林地面积，方便输电线路运维人员快速判定线路下的清苗面积及统计赔偿预算。本项目将研制的装置通用性强，能够利用现有的无人机，通过加在GPS模块及测算软件，快速完成林地面积统计，方便快捷，并且不增加主要设备成本。

四、展望

随着信息通信、远程图像传输技术的迅速发展以及无人机的红外测温、紫外探测以及激光震动等各种成像吊舱技术的发展成熟，在不久的将来无人机有望全面取代人工运维，输电线路的项目工程将再上一个台阶。

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