傾斜攝影技術為電力線路勘測帶來怎樣的便利？

發(fā)布日期：2018-12-28 00:00 瀏覽量：14907

城市步伐的加快和經濟建設的快速發(fā)展，使電力線通道環(huán)境也變得日益復雜，地質災害也越來越頻繁，輸電線路規(guī)劃設計難度日益加大。

從傳統(tǒng)測繪技術角度對輸電線路進行優(yōu)化，可根據電力工程現(xiàn)場數(shù)據獲取方式以及數(shù)據的表現(xiàn)形式劃分為三個方法：

1）基于正射影像和數(shù)字高程模型構建三維場景完成輸電線路優(yōu)化。這類方法可以直觀地觀察輸電線路所經周邊環(huán)境，且操作簡單。但是無法準確獲取房屋、樹木等地表物體高程，影響了拆遷量計算及路徑選擇的精度。

2）基于攝影測量技術建立輸電線路的立體環(huán)境，采用立體測圖的方式進行線路斷面量測及地表地物高程量測。這種方法可以準確獲取地物高程及坐標，但是專業(yè)技術門檻較高，而電力勘測設計人員一般并不具備專業(yè)測繪技能，在實際應用中面臨一定困難。

3）采用無人機搭載LiDAR（LightDetectionAndRanging）快速獲取電力勘測地表三維點云，但是LiDAR成本造價高，數(shù)據處理量大。

本文討論通過無人機掛載雙擺傾斜鏡頭來快速獲取地面三維數(shù)據，實現(xiàn)對正在開展前期工作的站址與廊道的定期巡視，解決站址與廊道失去保護的問題，并建立電力勘測“一張圖”平臺，為電力勘測設計人員提供一種經濟、方便快捷地獲取輸電線路沿線的三維模型數(shù)據途徑，并將其直觀地在平臺進行展示，為電力線路勘測提供空間分析、坡度計算、坡向計算等輔助功能，滿足電力勘測地表三維數(shù)據獲取、管理及高效利用的全流程需求，并在數(shù)據的基礎上有效滿足上述需求。

一、電力勘測地表三維數(shù)據獲取

（一）傾斜攝影技術原理及優(yōu)勢

傾斜攝影技術是國際攝影測量領域近十幾年發(fā)展起來的一項高新技術，該技術不同于以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，分別從一個豎直視角和四個傾斜（前視、左視、右視、后視）視角同步采集影像，同時獲取建筑物頂面及側面的高分辨率影像。

其中，豎直攝影影像采用傳統(tǒng)航空攝影測量技術進行處理后可以得到DEM（DigitalElevationModel，數(shù)字高程模型）、DOM（DigitalOrthophotoMap，數(shù)字正射影像圖）以及DLG（DigitalLineGraphic，數(shù)字線劃圖）產品；前視、左視、右視、后視4個傾斜攝影影像傾斜角度一般在15°~45之間，可以獲取地物側面豐富的紋理信息。傾斜攝影數(shù)據通過先進的定位、融合、建模等技術處理后，能夠生成輸電線路地表的強真實感三維場景，便于掌握和分析輸電線路周邊的地形地貌以及建筑物的細節(jié)特征。

傾斜攝影在地表的三維重建方面，與傳統(tǒng)的三維建模以及航空攝影技術相比，具有準確再現(xiàn)地物地理位置信息的真三維空間場景，直觀掌握目標區(qū)域內的地形地貌、植被以及人工構筑物的細節(jié)特征等優(yōu)勢，可以為電力工程勘測提供現(xiàn)勢、詳盡、精確、逼真的空間基礎地理信息數(shù)據支持服務。同時，采用旋翼無人機進行輸電線路地表數(shù)據的快速采集具有操控便捷、無需專業(yè)飛控人員等優(yōu)勢，可以滿足線路設計過程中隨時隨地采集三維空間信息的設計需求。

（二）傾斜攝影測量平臺

傾斜攝影測量平臺其核心組成包括：飛行器（無人機）、飛行控制系統(tǒng)、傾斜航攝儀及POS系統(tǒng)。其中，飛行器上可以搭載傾斜航攝儀和POS系統(tǒng)，按照設計好的航線、高度、重疊度進行航拍作業(yè)，并通過飛行控制系統(tǒng)對飛行器進行實時控制。

（三）地表三維數(shù)據制作

電力工程勘測人員并非專業(yè)的測繪數(shù)據制作人員，因此地表三維數(shù)據制作軟件需要滿足上手快、操作簡單、自動化程度高的特點。本文采用Bentley的ContextCapture作為地表三維數(shù)據制作的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套基于圖形運算單位GPU的快速三維場景運算軟件，可以無需人工干預地從簡單連續(xù)影像中生成逼真的實景三維場景模型。

傾斜三維數(shù)據成果圖.jpg

傾斜三維數(shù)據成果圖

二、電力勘測“一張圖”

對各類電力勘測平臺而言，數(shù)據無疑是其根本。事實上，離開了對多源數(shù)據的統(tǒng)一存儲、管理和應用，就無法實現(xiàn)數(shù)據的集中與融合應用，無法保障電力勘測設計、輸電線路規(guī)劃等與空間信息相關的管理與應用問題。本文通過建立電力勘測“一張圖”平臺實現(xiàn)了電力勘測資源數(shù)據全生命周期的融合、管理與利用，為電力勘測提供強大的空間信息數(shù)據支撐。

電力勘測“一張圖”主要包括了數(shù)據庫及其管理系統(tǒng)（插件、服務、引擎）以及基于“一張圖”的電力勘測應用系統(tǒng)等，共同承擔數(shù)據的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理及業(yè)務應用。通過電力勘測“一張圖”可以以二三維空間信息數(shù)據為基礎，將分散的各類電力勘測數(shù)據按照統(tǒng)一底圖、統(tǒng)一坐標、統(tǒng)一精度等要求集合到統(tǒng)一的空間參考上，最終形成統(tǒng)一的綜合數(shù)據庫，這一數(shù)據最終可包括基礎空間信息數(shù)據、電力勘測業(yè)務數(shù)據、外部共享數(shù)據，實現(xiàn)多源異構數(shù)據的有效集成及業(yè)務應用。

1、電力勘測“一張圖”的數(shù)據資源

電力勘測“一張圖”的數(shù)據資源主要包括基礎空間信息數(shù)據和電力勘測業(yè)務數(shù)據。其中：基礎空間信息數(shù)據主要包括了傾斜三維模型數(shù)據、正射影像數(shù)據、數(shù)字高程模型數(shù)據以及數(shù)字線劃圖等基礎數(shù)據，這部分數(shù)據的主要來源為傾斜攝影航拍。電力勘測業(yè)務數(shù)據則主要包括輸變電線路設計數(shù)據、地質初步勘察數(shù)據、地質災害分布數(shù)據等與電力工程勘測相關的數(shù)據資源。

2、電力勘測“一張圖”數(shù)據庫管理系統(tǒng)架構

實現(xiàn)數(shù)據大集中的基本條件除了基于數(shù)據庫數(shù)據的統(tǒng)一存儲以外，基于統(tǒng)一編碼規(guī)則的多源數(shù)據關聯(lián)以及基于數(shù)據庫管理系統(tǒng)的數(shù)據檢索查詢、更新維護及處理輸出也是缺一不可的，否則這些數(shù)據就會以無規(guī)則的方式“堆積”在一起，無法滿足業(yè)務應用的需求。

因此，電力勘測“一張圖”的系統(tǒng)架構需要滿足海量空間數(shù)據組織管理功能需求、數(shù)據庫管理和維護功能需求、多種服務功能需求。電力勘測“一張圖”數(shù)據庫管理系統(tǒng)架構由下至上由軟件支撐層、數(shù)據層、數(shù)據存儲邏輯層、數(shù)據訪問層、管理業(yè)務邏輯層和用戶界面層組成。

3、電力勘測“一張圖”數(shù)據庫管理系統(tǒng)功能

電力勘測“一張圖”綜合數(shù)據庫管理系統(tǒng)的功能模塊包括數(shù)據質檢模塊、入庫更新模塊、數(shù)據存儲模塊、數(shù)據應用模塊、共享交換模塊、原數(shù)據管理模塊及安全管理模塊。

4、基于傾斜三維模型的輸變電工程前期勘測系統(tǒng)

基于傾斜三維模型的輸變電工程前期勘測系統(tǒng)是基于電力勘測“一張圖”建立的應用系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)輸變電工程前期勘測過程中需要的二三維一體化瀏覽、圖層疊加分析、交叉跨越高度測量、挖填方分析、坡度分析、坡向分析、道路線路輔助規(guī)劃以及線路廊道巡檢等功能。

電力勘測“一張圖”數(shù)據庫管理系統(tǒng)架構圖.jpg

綜上所述，采用六旋翼無人機搭載雙擺傾斜鏡頭的方式來快速獲取輸變電工程前期工作站址與廊道的傾斜三維模型數(shù)據和DEM、DOM以及DLG數(shù)據，并在數(shù)據的基礎上建立電力勘測“一張圖”平臺及輸變電工程前期勘測系統(tǒng)，使設計人員可以及時、快速、簡便地獲取分析和決策所需關鍵信息，減少人力資源消耗，實現(xiàn)高效率、低成本的電網輸變電查勘設計工作。與此同時，在電網輸變電查勘設計以及電網管理過程中，根據業(yè)務需求可以基于電力勘測“一張圖”平臺擴展開發(fā)其他相關的業(yè)務應用系統(tǒng)，如：電網輸變電查勘拆遷管理系統(tǒng)、線路廊道地質災害模擬系統(tǒng)等，可以有效降低電力業(yè)務系統(tǒng)的建設成本，具有一定經濟效益。