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長(cháng)久以來(lái)，我國電網(wǎng)龐大的輸電線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò )巡檢工作主要依賴(lài)人工巡視方式進(jìn)行。近年來(lái)無(wú)人機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）、機巡時(shí)代（2010-2020年）、智巡時(shí)代（2020年以后），隨著(zhù)2020年的臨近，智巡時(shí)代也將隨之逐步到來(lái)！那么要實(shí)現電力巡檢的“智巡”，要具備哪些技術(shù)支撐呢？今天我們先來(lái)聊聊其中之一：高精三維地圖對于電力巡檢“智巡”的意義。

智巡時(shí)代的電力巡檢是空中版的“無(wú)人駕駛”，要了解高精三維地圖對于電力巡檢的意義，我們可以先從“無(wú)人駕駛”講起。

“無(wú)人駕駛”近幾年出盡了風(fēng)頭，國內各種互聯(lián)網(wǎng)巨頭加持。然而至今，無(wú)人駕駛依然無(wú)法進(jìn)行商用，因為對于無(wú)人駕駛，如果無(wú)法做到100%準確，那基本上就是失敗的，和無(wú)人駕駛密切相關(guān)的“高精地圖”就是目前制約無(wú)人駕駛發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

從上面的軟件架構圖可以看出，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、規劃均依賴(lài)高精地圖，用百度工程師的話(huà)來(lái)說(shuō)，L3以上的自動(dòng)駕駛如果沒(méi)有高精地圖作為支撐則無(wú)從談起。

與汽車(chē)無(wú)人機駕駛相比，電力巡檢的智巡系統在總體架構上有高度的相似性，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(wú)論電力巡檢的智巡系統還是汽車(chē)的無(wú)人駕駛系統，都對高精地圖有根本的依賴(lài)。當然對于電力巡檢的智巡而言，針對的是更專(zhuān)業(yè)的應用場(chǎng)景和使用對象。電力巡檢都是作業(yè)在輸電線(xiàn)路廊道中，最主要的廊道要素就是三個(gè)：地形地物、電塔、導線(xiàn)，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(chē)無(wú)人機駕駛，電力巡檢的智巡系統仍然有幾個(gè)方面的不同點(diǎn)需要特別提到：

1 運動(dòng)載體是無(wú)人機

2 運動(dòng)范圍主要是立體三維空間

3 需要做三維立體路徑規劃或導航

4 高輻射、高地形以及可能無(wú)網(wǎng)絡(luò )的作業(yè)環(huán)境

簡(jiǎn)而言之：需要突出三維對于高精地圖和系統的作用。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(lái)進(jìn)行分解

對于無(wú)人機系統而言，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)導航飛行。能夠按照預先規劃的飛行路線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)飛行是無(wú)人機與普通飛行器的重要區別之一。我們都希望能引導無(wú)人機到期望的目標位置，但我們如果連它在哪里都不知道，就沒(méi)辦法實(shí)現導航。

以大疆無(wú)人機為例，當我們使用航點(diǎn)模式讓無(wú)人機執行自動(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，這些參數包括：GPS經(jīng)度、GPS緯度、相對高度、飛行速度、升降速率、轉彎半徑、動(dòng)作設置等等。這里的GPS經(jīng)緯度加上GPS高度正是我們常說(shuō)的WGS84橢球的大地坐標。

另外，要對大規模的三維地圖數據進(jìn)行組織管理，必然需要適用于大范圍、大跨度的坐標框架。平面直角坐標一般都是以米為單位，確實(shí)便于空間計算和分析，但是平面直角坐標為了控制變形比例必須通過(guò)投影、分帶計算取得（如上圖），每個(gè)分帶區都是一套坐標系，不便于組織長(cháng)度、范圍跨度很大的地圖場(chǎng)景。

第1個(gè)結論，三維高精度地圖應該以WGS84橢球作為參考框架，以大地坐標作為地圖數據的坐標體系。

細心的朋友會(huì )發(fā)現，無(wú)人機航點(diǎn)的設計參數使用的并不是GPS高度而是相對高度（氣壓高），不知道大家有沒(méi)有奇怪過(guò)，為什么有了GPS輸出的海拔高度，我們還是要用氣壓計或者其他硬件來(lái)輔助定高呢？為什么GPS的高度沒(méi)有辦法支撐無(wú)人機進(jìn)行高度定位呢？簡(jiǎn)單講，因為GPS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，不是相對于大地水準面的高度。兩者的區別很大，橢球面是一個(gè)幾何面，而大地水準面則是重力等位面，他們之間存在一個(gè)大地水準偏差，范圍一般在±100m之間，它會(huì )隨著(zhù)地球不同位置的重力分布不規則變化，因此很難確定具體數值。也就是說(shuō)，不依賴(lài)氣壓傳感器，想通過(guò)GPS高度直接獲取海拔高度（或相對海拔）是不可行的。

然而，除了需要考慮無(wú)人機航點(diǎn)設計的要求，三維地圖數據的可視化的合理性、連續性也是不能犧牲的關(guān)鍵點(diǎn)。氣壓高在短時(shí)間內，天氣、氣溫等因素的影響比較穩定，因此此時(shí)所測的氣壓高相對值比較可信，但是將天氣、氣溫等因素放到一個(gè)較長(cháng)時(shí)間時(shí)，氣壓高變得不那么可靠，因此想通過(guò)氣壓高來(lái)統一三維地圖數據的高程值是萬(wàn)萬(wàn)不行的。反而，GPS高度由于具有統一的幾何面（WGS84橢球面），更適合用來(lái)實(shí)現高程系統，避免由于基準不統一造成地形地物的高度參差變化。

第二個(gè)結論，三維高精度地圖數據的高程基準應當以WGS84橢球面為宜，同時(shí)具備GPS高向氣壓相對高的轉換模型。

本文討論的三維高精度地圖并不是普適的使用場(chǎng)景，是針對電力巡檢的智能化應用而提出的技術(shù)概念。電力巡檢本身是一項非常專(zhuān)業(yè)的工作體系，它有自己的執行標準和技術(shù)要求。比如，在通道巡檢方面針對不同等級的輸電線(xiàn)路對限下的風(fēng)險等級、類(lèi)型、凈空距離、導線(xiàn)舞動(dòng)等等方面進(jìn)行了明確規定和要求；在精細化巡檢方面，則對諸如導線(xiàn)斷股、金具脫落、絕緣子破損、銷(xiāo)釘缺損等等各種缺陷類(lèi)型和表現作出了明確的表述和制定。

那么如何利用無(wú)人機，利用三維高精地圖指導工作人員更有效、更快速的開(kāi)展電力巡檢工作，取得巡檢結果，指導運維決策至關(guān)重要。因此，特別需要針對電力巡檢的特定場(chǎng)景對三維高精數據進(jìn)行定制化改進(jìn)。首先，三維高精地圖應當能夠準確反映輸電線(xiàn)路通道的真實(shí)的地理分布情況；其次，桿塔、導線(xiàn)以及地形地物應該位置準確、形狀真實(shí)，能夠科學(xué)的體現線(xiàn)路、電塔、地形地物的空間和屬性關(guān)系；再者，能夠根據現有三維地圖進(jìn)行通道巡檢和精細化巡檢的任務(wù)設計與仿真，能夠幫助無(wú)人機重現作業(yè)的飛行軌跡；最后，根據現有三維高精地圖應當能夠為精細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)結論，用于電力巡檢的三維高精度地圖應當包括地形、電塔、導線(xiàn)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。