CN111899332A - 一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，包括如下：步骤1：通过无人机采集输电线路走廊的倾斜影像数据，并采集外业控制点，重建走廊实景三维模型；步骤2：对于生成的模型数据与现场实地踏勘的结果进行精度对比，评价模型精度；步骤3：将精度符合要求的数据导入三维设计平台中，对工程线路及杆塔进行三维建模；根据周边地物情况进行优化，得到最终输电线路。通过使用实景三维模型解决了传统使用二维影像成果无法准确获取线路两侧地物准确高程和侧面纹理的问题，避免线路走廊周边的房屋拆迁和林木砍伐等清理精度不足，提高了三维设计成果质量。

Description

一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法

技术领域

本发明涉及地理信息技术和摄影测量技术领域，特别涉及一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法。

背景技术

输电线路三维设计是基于线路走廊的实景三维模型叠加空间地理信息实现，主要涉及以下两部分内容：

(1)倾斜摄影测量

倾斜摄影测量技术是通过固定翼飞机、直升机或多旋翼无人机等飞行平台搭载倾斜摄影相机，同时快速采集区域的倾斜和正射影像，获取到丰富的建筑物顶面及测试的高分辨率纹理信息，利用计算机视觉进行自动空三处理，经过多视影像密集匹配和表面纹理映射等技术手段，最大限度地还原区域内的真实场景。

该技术不仅能获取被摄区域的正射影像，还能获取被摄区域倾斜影像，同时记录拍摄点位的位置信息，通过后期数据处理可实现影像的空间定位。传统的摄影测量技术只能从垂直角度进行影像的拍摄，倾斜摄影测量克服了此缺点，能够从多个角度进行影像的拍摄；由于倾斜影像含有完备的地理信息，可以实现对影像上地物的高度、长度、面积等属性的量测。在三维建模时可以为三维模型提供丰富的地物纹理，并降低建模的成本。

(2)地理信息技术

地理信息系统技术，它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。通过上述的分析，地理信息技术有如下基本概念：

GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型；GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在；GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测；GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。

(3)目前技术存在的问题和缺点：

目前在输电线路工程线路优化设计中广泛使用的方法主要包括两类：一是将数字正射影像叠加数字高程模型构建输电线路三维场景，但这种方式不能获取建筑物的准确高程，只能为设计人员提供辅助决策依据；另一种方式是使用数字摄影测量工作站建立立体像对模型，完成平断面采集输出平断面图，实现二三维交互线路优化设计，精度较高，使用较为广泛，同时在数据处理上也较为苛刻，成本较高。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，通过使用实景三维模型解决了传统使用二维影像成果无法准确获取线路两侧地物准确高程和侧面纹理的问题，避免线路走廊周边的房屋拆迁和林木砍伐等清理精度不足，提高了三维设计成果质量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，包括如下：

步骤1：通过无人机采集输电线路走廊的倾斜影像数据，并采集外业控制点，重建走廊实景三维模型；

步骤2：对于生成的模型数据与现场实地踏勘的结果进行精度对比，评价模型精度；

步骤3：将精度符合要求的数据导入三维设计平台中，对工程线路及杆塔进行三维建模；根据周边地物情况进行优化，得到最终输电线路。

进一步地，所述的步骤1的无人机的飞行器选择与航带设计包括如下：

根据测区地形情况，按照1:2000成图规范要求，结合调研成果确定航飞设备及航飞模式，确定采集倾斜数据的地面分辨率、航带覆盖宽度以及航带条数，确定倾斜航飞时所采用的相机；采用带有一定旁向重叠度的往返飞行方案，保证路径中心区域有较高的影像重叠度。

进一步地，所述的步骤1的采集外业控制点的外业布点方法包括如下：

根据测区情况，选择适当长度按照不同方案布设一定量的地面控制点，并参与倾斜三维模型的平差运算，对比不同外控方案下三维模型的绝对精度。

进一步地，所述的步骤2中，通过倾斜摄影测量技术恢复测区能反应实景地形地貌的三维模型，并与现场实地踏勘的结果进行精度对比。具体内容包括：

1)对现场踏勘所得房屋分布图进行面积统计，与三维模型量测的房屋面积进行对比；

2)对现场踏勘所得林木砍伐图进行统计，与三维模型量测的林木高度等信息进行对比；

3)对倾斜摄影测量技术获取的三维模型进行断面提取，与现场实测的断面进行精度对比。

进一步地，所述的步骤3的根据周边地物情况进行优化包括输电线路三维平台杆塔排位优化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)加强数据与空间地理信息关联性，发挥数据优势、提升设计质量；

2)提高输电通道清理精度，顺应优化设计实际需求；

3)提升横向成果应用，增强纵向业务延伸能力。

附图说明

图1是本发明的主控点布点方案图；

图2是本发明的外控布点方案图；

图3是本发明的三维建模流程图；

图4是本发明的房屋统计图；

图5是本发明的倾斜摄影模型与传统断面对比图；

图6是本发明的杆塔排位成果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，包括如下：

步骤1：通过无人机采集输电线路走廊的倾斜影像数据，并采集外业控制点，重建走廊实景三维模型；

步骤2：对于生成的模型数据与现场实地踏勘的结果进行精度对比，评价模型精度；

步骤3：将精度符合要求的数据导入三维设计平台中，对工程线路及杆塔进行三维建模；根据周边地物情况进行优化，得到最终输电线路。

步骤1具体为：

(1)飞行器的选择与航带设计

根据测区地形情况，按照1:2000成图规范要求，结合调研成果确定航飞设备及航飞模式，确定采集倾斜数据的地面分辨率、航带覆盖宽度以及航带条数，确定倾斜航飞时所采用的相机。采用带有一定旁向重叠度的往返飞行方案，保证路径中心区域有较高的影像重叠度(航向、旁向)。

(2)外业布点方案研究

根据测区情况，选择适当长度按照不同方案布设一定量的地面控制点，并参与倾斜三维模型的平差运算，对比不同外控方案下三维模型的绝对精度。

见图1的主控点布点方案图，为保证成果精度，主控点需沿线路走向每隔5到8公里布设一个，在航带连接处需要保证至少有一个点，主控点主要用于后期坐标转换时的七参数计算，对于数据精度要求高，应保证采集足够的时间。

见图2的外控布点方案图，外控点布设应保证影像控制点的目标影像应清晰易判读，如图所示控制点需要3到5公里布设一组，航向上保证在15或30条基线左右，旁向保证在3、6、9条基线左右，为了减弱和消除投影差对影像匹配结果的影响，控制点的位置距离影响边缘应>1～1.5cm。

(3)三维模型重建研究

综合考虑三维建模的精度与时效性，选择一款既经济又高效的建模软件进行三维建模。

见图3的三维建模流程，收集的外业数据如原始影像、相机文件、POS文件和外业控制点经过外方位元素解算和影响畸变校正等预处理后，进行空三三角测量工作，提取不同影响间的连接点，对整体结果进行平差，根据空三成果进一步加密匹配点，构建区域的三维TIN格网、创建白体模型，将相片的真实纹理映射在模型上，对于映射效果差的地方进行手动编辑，生成三维实景模型。

步骤2具体为：

倾斜摄影测量技术与现场踏勘对比研究，通过倾斜摄影测量技术恢复测区能反应实景地形地貌的三维模型，并与现场实地踏勘的结果进行精度对比。具体内容包括：

(1)对现场踏勘所得房屋分布图进行面积统计，与三维模型量测的房屋面积进行对比。

见图4的房屋统计，房屋统计需要根据三维模型统计房屋的面积、层数、材质和标志性线段长度等信息，用于后期的精度对比。

(2)对现场踏勘所得林木砍伐图进行统计，与三维模型量测的林木高度等信息进行对比。

(3)对倾斜摄影测量技术获取的三维模型进行断面提取，与现场实测的断面进行精度对比。

见图5的倾斜摄影模型与传统断面对比，图中所示为根据立体像对提取的平断面信息，包含一条线路和两条边线的信息，根据同一区域的倾斜摄影模型提取的断面与传统的断面相对比，评价模型的精度。

步骤3具体为：

输电线路三维平台杆塔排位，将实景三维模型导入三维设计平台，进行杆塔排位与优化。

见图6的杆塔排位成果，倾斜摄影模型能够直观反映线路通道走廊内的地物空间关系，通过三维设计平台将对应的塔位模型放置在倾斜模型上，模拟塔位间的导线弧垂、绝缘子串等信息，还原项目施工后的真实情况。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (5)

1.一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，其特征在于，包括如下：

步骤1：通过无人机采集输电线路走廊的倾斜影像数据，并采集外业控制点，重建走廊实景三维模型；

步骤2：对于生成的模型数据与现场实地踏勘的结果进行精度对比，评价模型精度；

步骤3：将精度符合要求的数据导入三维设计平台中，对工程线路及杆塔进行三维建模；根据周边地物情况进行优化，得到最终输电线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，其特征在于，所述的步骤1的无人机的飞行器选择与航带设计包括如下：

根据测区地形情况，按照1:2000成图规范要求，结合调研成果确定航飞设备及航飞模式，确定采集倾斜数据的地面分辨率、航带覆盖宽度以及航带条数，确定倾斜航飞时所采用的相机；采用带有一定旁向重叠度的往返飞行方案，保证路径中心区域有较高的影像重叠度。

3.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，其特征在于，所述的步骤1的采集外业控制点的外业布点方法包括如下：

根据测区情况，选择适当长度按照不同方案布设一定量的地面控制点，并参与倾斜三维模型的平差运算，对比不同外控方案下三维模型的绝对精度。

4.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，其特征在于，所述的步骤2中，通过倾斜摄影测量技术恢复测区能反应实景地形地貌的三维模型，并与现场实地踏勘的结果进行精度对比。具体内容包括：

1)对现场踏勘所得房屋分布图进行面积统计，与三维模型量测的房屋面积进行对比；

2)对现场踏勘所得林木砍伐图进行统计，与三维模型量测的林木高度等信息进行对比；

3)对倾斜摄影测量技术获取的三维模型进行断面提取，与现场实测的断面进行精度对比。

5.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法，其特征在于，所述的步骤3的根据周边地物情况进行优化包括输电线路三维平台杆塔排位优化。

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