基于傾斜攝影技術的智能輸電線路三維實景設計

王新，牛大勇 ，臺淼

（1.沈陽電力勘測設計院有限責任公司；2.沈陽祺鵬集團有限公司；3.遼寧有色地質局一0四隊）

1 引言

架空輸電線路是電力能源輸送的主要載體。隨著“智能電網”概念的提出，對于輸電線路的優化設計，成為科學建設電網的重要環節。目前在輸電線路設計中廣泛使用的方法主要包括兩類：一種方式是利用數字航空攝影測量工作站組建立體影像像對模型，得到數字影像成果并輸出轉化為線路平、斷面圖，最終達到二維、三維交互使用的輸電線路優化設計平臺。但是此種方式不能準確獲得樹木和房屋高度、層數和材質等信息，對于500kV以及特高壓輸電線路工程所需的房屋拆遷量統計、樹木調查工作等支撐不夠；另一種方式是將數字正射影像模型（DOM）和數字高程模型（DEM）疊加并構建輸電線路三維場景，不過此種方式不能獲得房屋、樹木的準確高程，僅能為設計人員提供輔助參考的決策依據。

無人機傾斜攝影測量技術，突破了以前技術特點，全面、準確的建立路徑范圍內植被、房屋、鐵路、公路、水系等地表信息的三維場景，其成果可以輔助線路設計人員更加直觀、深入、高效地進行輸電線路的優化設計工作。

2 無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術，它改變了以前無人機航空攝影測量只能利用單獨高分辨率相機在垂直角度拍攝地表地物的局限，通過在同一無人機飛行平臺上裝載多臺高分辨率相機（目前常用的是五鏡頭相機和兩鏡頭）和傳感器，同時從垂直、旁視和前后俯視等不同方向角度拍攝影像，可以獲得地表更加完整準確的地物信息。相對于正射影像，傾斜影像能更加真實完整的反映出地表三維環境。利用計算機專業軟件操作，通過空三加密測量能夠獲得三維立體影像，通過影像匹配可以生成三維實景，通過三維模型重建技術，可以生成可視化立體三維模型[1]，同時還可以對成果影像進行高度、長度、面積、體積、角度、坡度等屬性量測[2]，這也是傾斜攝影技術區別于其他航測技術的典型特征。

3 基于傾斜攝影測量的三維實景輸電線路優化設計技術

三維實景優化選線技術最早來源于美國軍方海拉瓦（HALAVA)系統[3]。該系統是在基于無人機傾斜攝影測量技術構建的立體三維地表模型的基礎上組建。參與設計的各專業人員在真實的三維實景下，可以直觀、準確地獲得當前地表的屬性信息，使線路路徑方案建立在“立體三維化”、“三維數字化”、“全局立體化”的決策基礎上，得到路徑優化、合理的設計方案。具體來說，整個三維實景輸電線路優化設計平臺分為三維立體模型構建-架空線路方案優化設計-成果檢驗及提交三大方面。

3.1 三維立體模型構建

結合采集信息，測繪人員采用裸眼3D的觀測方式，通過稠密匹配技術建立TIN（不規則三角網），對場景進行三維建模，再利用三維模型的形態和位置從原始影像中選擇最優的紋理，進行紋理間的色調一致性拼接和改正，最后得到真實立體感的三維模型。

3.2 架空線路方案優化設計

3.2.1 進行初期路徑方案三維實景比選

三維實景立體模型可以表示出地表任意一點的真實坐標、高程以及點與點之間的真實距離、相對高差等基本信息。在線路選線的過程中，線路設計人員通過線路沿線的測區概況，按照地質情況穩定、路徑長短、交通便利、跨越處最佳四個因素，結合地區規劃，合理地避讓線路沿線的自然風景保護區、采礦場、城鄉開發區以及飛機場、導航臺、無線電發射臺等軍事和民用重要設施。最終，綜合以上信息因素，在三維實景立體模型的環境下比選出最優化的初期線路設計方案。

3.2.2 進行全數字航測系統精化平斷面測繪

測繪人員利用手輪、SD眼鏡、腳盤等航空攝影測圖設備，根據現場實地獲取的耐張塔坐標數據，在三維實景立體模型中準確地提取線路中線、左右邊線、危險點、風偏點等所在位置的精確坐標數據和高程數據，不僅能夠減少外業測量人員的野外勞動強度，還能大大降低線路行進方向上植被的砍伐。

3.2.3 進行基于精化平斷面地形數據的塔桿排位

線路設計人員依據精細化平斷面數據，可以對線路沿線的微地形以及相對高差做出判斷，準確獲取線路中心至沿線建筑物的距離、線路中心交叉跨越鐵路、高壓線、河流、公路等信息，最終達到塔桿布設方案優選的目的，做到“瞻前顧后、左顧右盼”，從而達到“線（路徑）中有位（塔位）、以位正線”的線路設計原則。

3.2.4 進行線路全線三維實景漫游

設計人員將立體模型的數字高程模型（DEM）、數字正攝影像模型（DOM）進行配準、疊加，最終創建線路全線大場景三維實景立體模型。在大場景三維實景立體模型中可以自動選擇桿塔模型并輸入電力線的弧錘K值，真實地展現輸電線路設計成果，同時可自定義飛行路徑并進行三維漫游，從而對線路走廊的合理性和可行性進行綜合評價，為設計評審階段提供科學的依據。

3.3 成果檢驗及提交

通過三維實景輸電線路優化設計平臺，整個階段能夠提供的成果如下：

1）航空影像路徑方案圖；

2）線路平面圖及轉角塔坐標數據；

3）線路精化平斷面圖；

4）三維實景立體模型及數字化地表模型；

5）塔基斷面圖、塔基地形圖；

6）三維實景架空線路漫游模型；

7）拆遷房屋統計表；

8）線路沿線大場景三維實景立體模型。

4 應用效益分析

1）應用傾斜攝影測量技術構建輸電線路走廊三維實景立體模型平臺，改善了傳統線路選線對全局把控不好的缺點，作業成果保證了基礎地表信息的精度，實現了優化選線與測圖的一體化工作，改進了優化選線設計模式，將大部分外業工作轉化為內業工作，縮短了工期，提高了生產效率，降低了外業測繪人員的勞動強度。

2）有效合理控制工程整體造價。合理縮短了路徑全線長度, 優化桿塔排位, 可以減少桿塔的使用數量, 進而減少了鋼材使用量，降低了工程的整體投資資本。

3）減少樹木砍伐，保護環境。當輸電線路從林區跨越時，通過準確量測樹木高度，從而優化桿塔塔高設計，盡可能地減少樹木的砍伐，保護了林業資源和生態環境。

4）成果資料可為智能化電網提供基礎數據,也可為線路后續的施工改造及運行維護提供便捷的服務。