基于傾斜攝影測量技術的輸電線路走廊三維重建

韓承永 蔣繼勇 王政

【摘要】輸電線路走廊的三維重建，主要是將輸電線路的走廊以真實的三維場景仿真模擬，并保障場景能夠交互、能夠量測，為輸電線路的選擇、施工管理、運維檢修等提供準確的數據支撐與技術。而在線路走廊的三維重建過程中，傳統測量技術很難保障三維重建質量，直接影響了輸電線路走廊的后續建設與運維。對此，積極引進傾斜攝影測量技術，推動走廊三維模型的自動化、高精度構建，充分發揮三維重建的目的。

【關鍵詞】傾斜攝影測量;輸電線路走廊;三維重建

前言：為保障輸電線路的穩定運行，滿足群眾對輸電線路可靠性需求，應加強線路通道的管理與控制。新形勢下，人們對電力需求不斷增大，輸電線路越發復雜，線路走廊的隱患明顯增多，如：超高樹竹的放電、違規建筑、施工機械外部破壞、漂浮物懸掛等，為輸電線路的可靠性帶來阻礙[1]。然而，采用傳統的管理方式，很難實現全方位管理，且管理難度較大。傾斜攝影測量技術是一種新型技術，其的應用，能夠對輸電線走廊構建仿真三維可視化模型，管理人員可通過計算機直觀監控各個輸電線的通道走廊，及時發現并規避風險，提高線路可靠性，增強了線路管理的效率。

1、傾斜攝影測量技術的內涵與特點

傾斜攝影測量，是國際測繪領域最近發展的高新技術，與以往正射攝影僅能由垂直角度攝像不同，該種技術通過在飛行平臺搭載多臺傳感器，打破了攝影局限，其攝影角度實現了由一垂直、四去傾斜等不同角度采集信息，為用戶提供真實且直觀的世界。攝影測量，主要是利用影像收集信息、提取信息并對表達成果進行處理。攝影測量技術是信息科學，能夠通過被攝物體，獲得其的形狀、大小、位置、特性等;攝影測量技術是測繪學科中的一類，在建設工程中，對各種比例的地形圖進行測繪多采用該技術，以便為各種地理信息系統提供基礎數據，為城市發展提供有效決策[2]。

在傾斜攝影測量技術應用中，該技術主要特點包含以下幾種：其一，能夠真實反映被攝物的三維全景圖像。與正射測量不同，傾斜測量實現了五個角度統一拍攝，所得到的數據不再是二維數據，而是三維數據，真實反映了被攝物的本來樣貌，實現了被攝物外觀與結構的高度再現，該特點的存在，推動了技術廣泛應用。其二，具有較高的性價比。傾斜攝影測量技術應用中，其所測量的數據展現了被攝物體的空間位置信息，同時，可直接向其中輸入DOM、DSM、DLG等數據成果，滿足傳統航測的需求。此外，該技術主要利用的是提取、貼紋理等方式，三維建模成本相對低廉。其三，技術測量效率較高。與其他技術相比，傾斜攝影測量技術可直接利用無人機進行自動化航拍，對人工需求較少。并且，實踐表明，與人工方式建模1-2年，應用傾斜攝影測量技術，三維建模實踐僅需3-5月，提高了建模效率，縮短了工期。

2、采集傾斜攝影的測量數據

在對輸電線路的走廊進行三維數據提取時，可直接采用傾斜攝影測量技術，能夠達到顯著效果。在技術應用中，攝影平臺可直接選擇多旋翼無人機平臺，該平臺擁有成本低廉、激動靈活性高、時效性強等諸優點，較為適合輸電線路的三維走廊數據采集與重建。在應用攝影技術采集數據時，直接在飛行平臺搭載一個垂直攝影、四個傾斜攝影的相機即可，結合高精度的IMU、GPS，即可完成數據采集工作。其中，攝影相機獲取五個方向的圖片，GPS用來提供位置信息，IMU用來提供坐標信息，以此準確提供被測物體的具體位置與狀態[3]。

在傾斜攝影測量應用時，飛行設計最為重要，綜合性較強，包含了飛行方案、地表點、檢校場等的設計。其中，通常，在飛行設計中，多以高清影像作為航飛設計的底圖，并依照設計需求，將飛行范圍標繪出來，對飛行區域調查，是否存在機場、是否處于軍事管轄區域。在航線設計中，主要以相應設計軟件展開設計。航線設計通常以66%航向重疊度，30%旁白重疊度進行測量，保障航線的準確且完整。在實際飛行時，不同相機應對應曝光點的坐標，自動開展曝光拍攝。

在攝影飛行之前，應設計地標點，為后續影響數據的采集與處理奠定基礎。在設計地表點時，應滿足以下原則：其一，沿線路方向1km處，應設置一個標點，在重要區域，500m設置一個標點。其二，在每10km左右，應布設雙點，位于線路左右，其三，地表點應避免布設于線路下方，以飛行范圍的邊緣為佳。在后續數據的處理中，為消除誤差，在傾斜攝影測量前，應在測區范圍內劃出小塊區域，對飛行測量進行檢校，觀察是否存在誤差，以及導致誤差的因素，及時改正，有效保障測量數據的準確性，為輸電線路走廊的三維重建提供準確的數據支撐。

3、落實傾斜攝影測量數據的建模

在輸電線路的走廊開展三維重建時，傾斜攝影測量技術的應用，還需要以專門測繪軟件加工測量數據，最終形成三維數據模型，其中包含了非單體化模型數據、單體對象化模型數據。其中，前者主要用來線路走廊的三維重建，后者則用來建筑物施工勘查。模型數據非單體化，其生產手段實現了全自動化，周期較短，成本低廉[4]。得出傾斜影像后，以專業的三維建模軟件，根據數據自動建模，最終生成具有較高分辨率的三維模型。在輸電線路的三維走廊重建中，主要步驟如下：依靠傾斜攝影測量技術，得到高密度點云;高密度電云的數據支撐下，可直接建成TIN模型，反映射紋理工作也完成;對線路走廊的三維模型進行構建。

在修飾三維模型、紋理過程中，應始終遵循以下原則：其一，紋理采集時民營在光線柔和、角度正常下采集，過程中應保障色調均勻;其二，高層坐標系統、平面系統應以國家統一標準為主;其三，三維模型建設時，應統一建模標準，全面涉及相關數據，并對各類數據的位置進行區分;在紋理修飾時，應統一修模標準，如需必要，應通過疊面、冗余點線面等方式，保障模型的完整性。

4、總結

在輸電線路管道走廊的三維重建中，傾斜攝影技術的應用，實現了線路走廊的三維可視化與真實還原，為輸電線路的精細化管理提供了數據支撐，為輸電線路運維的實時監控提供了便利，輸電線路可靠性、安全性顯著提高。當前，經過多年發展，我國在傾斜攝影的數據模型應用上，精細程度已達0.05m，且精細級別在輸電線路的運維上非常適用。在后期，可直接引入精細級別，對線路走廊進行三維還原，搭建智能管控平臺，實現輸電線路管理的可視化與信息化，實現了數據應用的最大化效能，輸電線路安全性顯著增長，推動了電力行業的進一步發展壯大。

參考文獻：

[1]謝濤， 鄭大鵬， 李鴻鵬. 基于傾斜攝影測量技術的輸電線路走廊三維重建[J]. 通訊世界， 2016（1）：130-132.

[2]董選昌， 曲烽瑞， 張記權， et al. 基于傾斜攝影對輸電架空線走廊三維重建關鍵設計[J]. 中國高新技術企業， 2016（12）：103-104.

[3]鄭勇峰， 王枝軍. 結合傾斜攝影測量技術的變電站三維重建[J]. 測繪通報， 2018（8）：153-155，163.

[4]常安，何瀟，孟慶祎，姜明席. 基于傾斜攝影測量技術的輸電線路走廊三維重建[J]. 電工技術，2019，（2）：57-58.