三維立體設(shè)計(jì)在電力線路選線和測量中的應(yīng)用

黃永生

摘要：計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字影像處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字?jǐn)z影測量為建立三維可視化設(shè)計(jì)平臺(tái)提供了可能，其工作原理為以正射影像和立體配對片為基礎(chǔ)，建立三維立體模型，立體配對片的生成原理是將DEM轉(zhuǎn)化為視差值，引進(jìn)正射影像，從而產(chǎn)生立體效果。本文結(jié)合500kV三峽-廣東送電線路工程，闡述了在三維立體設(shè)計(jì)平臺(tái)3Dmp上開發(fā)的電力線路選線、測量軟件使用方法和作業(yè)流程，并對結(jié)果進(jìn)行分析和評述。

關(guān)鍵詞：立體配對片、正射影像、數(shù)字高程模型

一、前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字影像處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字?jǐn)z影測量為建立三維可視化設(shè)計(jì)平臺(tái)提供了可能，其工作原理為以正射影像和立體配對片為基礎(chǔ)，建立三維立體模型，立體配對片的生成原理是將DEM轉(zhuǎn)化為視差值，引進(jìn)正射影像，從而產(chǎn)生立體效果。這樣生成的三維立體模型不僅具有正射的特點(diǎn)，還具有立體顯示的功能，更重要的是可以進(jìn)行區(qū)域拼接，建立整個(gè)區(qū)域的立體模型。

二、輸電線路勘測設(shè)計(jì)的三維系統(tǒng)

適普公司在基于以上原理的基礎(chǔ)上開發(fā)出了作為三維立體設(shè)計(jì)和測量的新方法和新平臺(tái)3Dmp，它突破了單個(gè)立體模型的限制，以正射影像和立體配對片為基礎(chǔ)，拼接整個(gè)區(qū)域的模型形成連續(xù)立體影像，所得影像的投影方式由中心投影轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫型队埃沟梦锓胶拖穹降耐队白兓靡韵?，?shí)現(xiàn)了真正的“所見即所得”，這對于大型工程的選址和方案優(yōu)化將起到重要的作用。對于電力設(shè)計(jì)單位而言，在選取和優(yōu)化架空送電線路時(shí)，特別是山區(qū)線路，需要從整體上進(jìn)行選擇和優(yōu)化。因?yàn)楹綌z得到的是中心投影的影像，山區(qū)地形起伏大，存在較大的投影差，所得影像變形大，利用原始影像制作的鑲嵌圖上選取的路徑與真實(shí)的路徑往往存在較大的差異，這就使得選取的路徑從鑲嵌圖上看已經(jīng)避開房屋和植被，實(shí)際并非如此，結(jié)果常常造成大量森林資源的砍伐和房屋的拆遷，路徑優(yōu)化的目的無法全部實(shí)現(xiàn)，所以在架空送電線路的選線和優(yōu)化中3Dmp將會(huì)起到重要的作用。

此外，考慮到電力設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)架空送電線路時(shí)的特殊作業(yè)方式和專業(yè)要求，對測量專業(yè)的測圖方式和出圖成果提出了特殊的要求。一般而言，選線時(shí)，線路設(shè)計(jì)人員先在地形圖上粗選線，獲得航攝資料后在制作的鑲嵌圖上進(jìn)一步優(yōu)化，然而由于以上所提到的原因，在鑲嵌圖上畫出的路徑并非真實(shí)路徑，而且，在外控做完后，設(shè)計(jì)人員希望能盡快得到線路平斷面資料和沿線交叉跨越成果、房屋面積統(tǒng)計(jì)量等資料，傳統(tǒng)航測作業(yè)是無法及時(shí)提供的。為此在其原有的三維設(shè)計(jì)量測平臺(tái)3Dmp的基礎(chǔ)上，根據(jù)架空送電線路測量規(guī)范，結(jié)合電力線路設(shè)計(jì)的實(shí)際作業(yè)流程，開發(fā)了一套電力線路設(shè)計(jì)軟件（Pld）和電力線路測量軟件（Plm）。實(shí)現(xiàn)了線路測量的主要功能，諸如路徑的選取、優(yōu)化、自動(dòng)采集斷面和手工量測平斷面、房屋面積、交叉跨越等的統(tǒng)計(jì)。

三、系統(tǒng)主要功能

1、3Dmp主要功能

建立量測區(qū)，使用正射影像和DEM生成測區(qū)的三維立體模型。

2、Pld主要功能

打開測區(qū)的三維立體模型，選取和優(yōu)化路徑，并將轉(zhuǎn)角保存在文本文件中；自動(dòng)采集中心斷面和邊線斷面數(shù)據(jù)。

3、Plm主要功能

與SLCAD（架空送電線路平斷面測量系統(tǒng)）聯(lián)機(jī)測圖；或者在本系統(tǒng)內(nèi)直接測量平斷面圖，目前實(shí)現(xiàn)的功能有中心斷面和邊線斷面的采集，房屋、交叉跨越電力線、通信線以及危險(xiǎn)點(diǎn)的量測、平面數(shù)據(jù)的量測，并可對量測結(jié)果進(jìn)行編輯修改、房屋面積和交叉跨越的統(tǒng)計(jì)。另外Plm的一大特點(diǎn)是在測量斷面，搖動(dòng)X手輪時(shí)，測標(biāo)將自動(dòng)沿該耐張段的直線方向移動(dòng)，這樣就避免了Y方向的移動(dòng)，提高了測圖效率。

四、作業(yè)流程

整個(gè)工程具體作業(yè)過程詳見下圖圖1。

作業(yè)流程圖1

五、工程應(yīng)用

為了分析3Dmp、Pld、Plm的作業(yè)精度和效率，我們選取了三峽—廣東500kV送電線路中第25航帶與傳統(tǒng)的作業(yè)模式進(jìn)行比較。本次航飛攝影比例尺為1：10000，攝影焦距為152mm。

在形成該測區(qū)的三維立體模型前進(jìn)行以下工作：

（1）按25um的分辨率掃描影像；（2）在該航線內(nèi)布設(shè)8個(gè)控制點(diǎn)，（3）使用GPS進(jìn)行靜態(tài)控制測量；（4）采用PatB算法進(jìn)行加密計(jì)算，控制點(diǎn)中誤差如表1：

表1控制點(diǎn)中誤差

然后創(chuàng)建測區(qū)內(nèi)各個(gè)像對的模型，生成該線影像并進(jìn)行影像匹配；對匹配結(jié)果進(jìn)行編輯，因?yàn)樵摼€路位于山區(qū)，植被覆蓋較高，又加上有村鎮(zhèn)和河塘，這些因素導(dǎo)致了匹配的效果差，因此直接影響到生成DEM的精度；生成率DEM和正射影像；使用3Dmp生成整個(gè)區(qū)域的正射影像和立體配對片。

打開Pld軟件，將定線時(shí)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)保存為路徑文件，然后打開整個(gè)區(qū)域的正射影像和立體配對片，這時(shí)路徑將顯示在立體影像中，可將路徑進(jìn)行調(diào)整（包括增減轉(zhuǎn)角和移動(dòng)轉(zhuǎn)角位置）直至最佳為止，保存該路徑并自動(dòng)采集斷面，測量交叉跨越和房屋等平面地物，并生成房屋面積、交叉跨越等統(tǒng)計(jì)值。其中，自動(dòng)采集斷面的時(shí)間與采集間隔大小有關(guān)，在該區(qū)域按3m間隔采集5km斷面不超過10秒鐘，該方法可盡快為設(shè)計(jì)部門提供資料以確定方案的可行性。自動(dòng)采集精度方面，由于采集點(diǎn)的高程直接從DEM獲取，所以整個(gè)測區(qū)的加密精度和影像匹配結(jié)果的好壞就成了采集斷面精度的關(guān)鍵。以下是采集高程結(jié)果與外業(yè)測量的塔位高程比較見表2。

注：H1表示定位樁高程；H2表示Pld軟件自動(dòng)采集相應(yīng)累距的高程；

△H=H1-H2；O表示河堤；△表示山； ：陡坎

表2共比較50個(gè)塔位，其中小于015m的有30個(gè)，占60%，015～110m的有14個(gè)，占28%，110m以上的有6個(gè)，占12%。這6個(gè)110m以上的點(diǎn)為山區(qū)、陡坎和河堤，這些地方的匹配編輯復(fù)雜，且山區(qū)多為植被覆蓋，精度難以達(dá)到最佳。

五、結(jié)束語

通過上述作業(yè)模式的比較結(jié)果可以看出，使用3Dmp生成整個(gè)區(qū)域的正射影像和立體配對片，然后在立體影像中使用Pld選擇路徑并進(jìn)行優(yōu)化比傳統(tǒng)的方式更直觀、方便，自動(dòng)采集斷面的精度也完全滿足線路設(shè)計(jì)要求，而且使用自動(dòng)采集斷面功能和手工采集平面數(shù)據(jù)能及時(shí)提供線路平斷面資料和沿線交叉跨越成果、房屋面積統(tǒng)計(jì)值等資料，線路設(shè)計(jì)人員可以盡快確定路徑，提高工作效率。

該系統(tǒng)還有不完善的地方，特別是電力勘測設(shè)計(jì)專業(yè)性較強(qiáng)，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)格式、以及圖紙格式方面都有不同的要求，這些都應(yīng)在使用中不斷改進(jìn)和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湯堅(jiān).特高壓架空輸電線路二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)的研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力勘測設(shè) 計(jì).2011，（02）

[2] 李淄博 習(xí)鵬.淺析電力架空輸電線路設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用[J].中國科技投資.2012，（21）

[3] 張曉東 竇延娟 張煜等.機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在電力選線工程中的應(yīng)用[J].長江科學(xué)院院 報(bào).2010，（01）

[4] 陸小藝.輸電線路選線三維GIS技術(shù)及工程應(yīng)用[J].廣西電力.2012，（02）