傾斜攝影技術(shù)為電力線路勘測(cè)帶來(lái)怎樣的便利？

發(fā)布日期：2018-12-28 00:00 瀏覽量：20361

城市步伐的加快和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，使電力線通道環(huán)境也變得日益復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害也越來(lái)越頻繁，輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)難度日益加大。

從傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)角度對(duì)輸電線路進(jìn)行優(yōu)化，可根據(jù)電力工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取方式以及數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式劃分為三個(gè)方法：

1）基于正射影像和數(shù)字高程模型構(gòu)建三維場(chǎng)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(jīng)周邊環(huán)境，且操作簡(jiǎn)單。但是無(wú)法準(zhǔn)確獲取房屋、樹木等地表物體高程，影響了拆遷量計(jì)算及路徑選擇的精度。

2）基于攝影測(cè)量技術(shù)建立輸電線路的立體環(huán)境，采用立體測(cè)圖的方式進(jìn)行線路斷面量測(cè)及地表地物高程量測(cè)。這種方法可以準(zhǔn)確獲取地物高程及坐標(biāo)，但是專業(yè)技術(shù)門檻較高，而電力勘測(cè)設(shè)計(jì)人員一般并不具備專業(yè)測(cè)繪技能，在實(shí)際應(yīng)用中面臨一定困難。

3）采用無(wú)人機(jī)搭載LiDAR（LightDetectionAndRanging）快速獲取電力勘測(cè)地表三維點(diǎn)云，但是LiDAR成本造價(jià)高，數(shù)據(jù)處理量大。

本文討論通過(guò)無(wú)人機(jī)掛載雙擺傾斜鏡頭來(lái)快速獲取地面三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hù)的問(wèn)題，并建立電力勘測(cè)“一張圖”平臺(tái)，為電力勘測(cè)設(shè)計(jì)人員提供一種經(jīng)濟(jì)、方便快捷地獲取輸電線路沿線的三維模型數(shù)據(jù)途徑，并將其直觀地在平臺(tái)進(jìn)行展示，為電力線路勘測(cè)提供空間分析、坡度計(jì)算、坡向計(jì)算等輔助功能，滿足電力勘測(cè)地表三維數(shù)據(jù)獲取、管理及高效利用的全流程需求，并在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上有效滿足上述需求。

一、電力勘測(cè)地表三維數(shù)據(jù)獲取

（一）傾斜攝影技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)

傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)不同于以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，分別從一個(gè)豎直視角和四個(gè)傾斜（前視、左視、右視、后視）視角同步采集影像，同時(shí)獲取建筑物頂面及側(cè)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(cè)量技術(shù)進(jìn)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(chǎn)品；前視、左視、右視、后視4個(gè)傾斜攝影影像傾斜角度一般在15°~45之間，可以獲取地物側(cè)面豐富的紋理信息。傾斜攝影數(shù)據(jù)通過(guò)先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)處理后，能夠生成輸電線路地表的強(qiáng)真實(shí)感三維場(chǎng)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(xì)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(shù)相比，具有準(zhǔn)確再現(xiàn)地物地理位置信息的真三維空間場(chǎng)景，直觀掌握目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地形地貌、植被以及人工構(gòu)筑物的細(xì)節(jié)特征等優(yōu)勢(shì)，可以為電力工程勘測(cè)提供現(xiàn)勢(shì)、詳盡、精確、逼真的空間基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)支持服務(wù)。同時(shí)，采用旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行輸電線路地表數(shù)據(jù)的快速采集具有操控便捷、無(wú)需專業(yè)飛控人員等優(yōu)勢(shì)，可以滿足線路設(shè)計(jì)過(guò)程中隨時(shí)隨地采集三維空間信息的設(shè)計(jì)需求。

（二）傾斜攝影測(cè)量平臺(tái)

傾斜攝影測(cè)量平臺(tái)其核心組成包括：飛行器（無(wú)人機(jī)）、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(shè)計(jì)好的航線、高度、重疊度進(jìn)行航拍作業(yè)，并通過(guò)飛行控制系統(tǒng)對(duì)飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

（三）地表三維數(shù)據(jù)制作

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

傾斜三維數(shù)據(jù)成果圖.jpg

傾斜三維數(shù)據(jù)成果圖

二、電力勘測(cè)“一張圖”

對(duì)各類電力勘測(cè)平臺(tái)而言，數(shù)據(jù)無(wú)疑是其根本。事實(shí)上，離開了對(duì)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中與融合應(yīng)用，無(wú)法保障電力勘測(cè)設(shè)計(jì)、輸電線路規(guī)劃等與空間信息相關(guān)的管理與應(yīng)用問(wèn)題。本文通過(guò)建立電力勘測(cè)“一張圖”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了電力勘測(cè)資源數(shù)據(jù)全生命周期的融合、管理與利用，為電力勘測(cè)提供強(qiáng)大的空間信息數(shù)據(jù)支撐。

電力勘測(cè)“一張圖”主要包括了數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)（插件、服務(wù)、引擎）以及基于“一張圖”的電力勘測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)等，共同承擔(dān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理及業(yè)務(wù)應(yīng)用。通過(guò)電力勘測(cè)“一張圖”可以以二三維空間信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將分散的各類電力勘測(cè)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一底圖、統(tǒng)一坐標(biāo)、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(jù)庫(kù)，這一數(shù)據(jù)最終可包括基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)、電力勘測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、外部共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的有效集成及業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1、電力勘測(cè)“一張圖”的數(shù)據(jù)資源

電力勘測(cè)“一張圖”的數(shù)據(jù)資源主要包括基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)和電力勘測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。其中：基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)主要包括了傾斜三維模型數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)以及數(shù)字線劃圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的主要來(lái)源為傾斜攝影航拍。電力勘測(cè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則主要包括輸變電線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、地質(zhì)初步勘察數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)據(jù)等與電力工程勘測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)資源。

2、電力勘測(cè)“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)架構(gòu)

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)大集中的基本條件除了基于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)以外，基于統(tǒng)一編碼規(guī)則的多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)以及基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢索查詢、更新維護(hù)及處理輸出也是缺一不可的，否則這些數(shù)據(jù)就會(huì)以無(wú)規(guī)則的方式“堆積”在一起，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。

因此，電力勘測(cè)“一張圖”的系統(tǒng)架構(gòu)需要滿足海量空間數(shù)據(jù)組織管理功能需求、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和維護(hù)功能需求、多種服務(wù)功能需求。電力勘測(cè)“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)架構(gòu)由下至上由軟件支撐層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、管理業(yè)務(wù)邏輯層和用戶界面層組成。

3、電力勘測(cè)“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)功能

電力勘測(cè)“一張圖”綜合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能模塊包括數(shù)據(jù)質(zhì)檢模塊、入庫(kù)更新模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊、共享交換模塊、原數(shù)據(jù)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(cè)系統(tǒng)

基于傾斜三維模型的輸變電工程前期勘測(cè)系統(tǒng)是基于電力勘測(cè)“一張圖”建立的應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸變電工程前期勘測(cè)過(guò)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(cè)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(cè)“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖.jpg

綜上所述，采用六旋翼無(wú)人機(jī)搭載雙擺傾斜鏡頭的方式來(lái)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(jù)和DEM、DOM以及DLG數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立電力勘測(cè)“一張圖”平臺(tái)及輸變電工程前期勘測(cè)系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)、快速、簡(jiǎn)便地獲取分析和決策所需關(guān)鍵信息，減少人力資源消耗，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的電網(wǎng)輸變電查勘設(shè)計(jì)工作。與此同時(shí)，在電網(wǎng)輸變電查勘設(shè)計(jì)以及電網(wǎng)管理過(guò)程中，根據(jù)業(yè)務(wù)需求可以基于電力勘測(cè)“一張圖”平臺(tái)擴(kuò)展開發(fā)其他相關(guān)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，如：電網(wǎng)輸變電查勘拆遷管理系統(tǒng)、線路廊道地質(zhì)災(zāi)害模擬系統(tǒng)等，可以有效降低電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)成本，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

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