傾斜攝影技術(shù)為電力線路勘測(cè)帶來怎樣的便利？

發(fā)布日期：2018-12-28 00:00 瀏覽量：13757

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。

本文討論通過無人機(jī)掛載雙擺傾斜鏡頭來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)是國際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來的一項(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、無需專業(yè)飛控人員等優(yōu)勢(shì)，可以滿足線路設(shè)計(jì)過程中隨時(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，就無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中與融合應(yīng)用，無法保障電力勘測(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)用問題。本文通過建立電力勘測(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，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)以無規(guī)則的方式“堆積”在一起，無法滿足業(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)庫管理系統(tǒng)功能

電力勘測(cè)“一張圖”綜合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能模塊包括數(shù)據(jù)質(zhì)檢模塊、入庫更新模塊、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)。通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸變電工程前期勘測(cè)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(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)庫管理系統(tǒng)架構(gòu)圖.jpg

綜上所述，采用六旋翼無人機(jī)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(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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