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倾斜摄影技术为电力线路勘测带来怎样的便利?

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2018-12-28

城市步伐的加快和经济建设的快速发展,使电力线通道环境也变得日益复杂,地质灾害也越来越频繁,输电线路规划设计难度日益加大。

 

从传统测绘技术角度对输电线路进行优化,可根据电力工程现场数据获取方式以及数据的表现形式划分为三个方法:

1)基于正射影像和数字高程模型构建三维场景完成输电线路优化。这类方法可以直观地观察输电线路所经周边环境,且操作简单。但是无法准确获取房屋、树木等地表物体高程,影响了拆迁量计算及路径选择的精度。

 

2)基于摄影测量技术建立输电线路的立体环境,采用立体测图的方式进行线路断面量测及地表地物高程量测。这种方法可以准确获取地物高程及坐标,但是专业技术门槛较高,而电力勘测设计人员一般并不具备专业测绘技能,在实际应用中面临一定困难。

 

3)采用无人机搭载LiDAR(LightDetectionAndRanging)快速获取电力勘测地表三维点云,但是LiDAR成本造价高,数据处理量大。

 

本文讨论通过无人机挂载双摆倾斜镜头来快速获取地面三维数据,实现对正在开展前期工作的站址与廊道的定期巡视,解决站址与廊道失去保护的问题,并建立电力勘测“一张图”平台,为电力勘测设计人员提供一种经济、方便快捷地获取输电线路沿线的三维模型数据途径,并将其直观地在平台进行展示,为电力线路勘测提供空间分析、坡度计算、坡向计算等辅助功能,满足电力勘测地表三维数据获取、管理及高效利用的全流程需求,并在数据的基础上有效满足上述需求。

 

一、电力勘测地表三维数据获取

 

(一)倾斜摄影技术原理及优势

倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术,该技术不同于以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器,分别从一个竖直视角和四个倾斜(前视、左视、右视、后视)视角同步采集影像,同时获取建筑物顶面及侧面的高分辨率影像。

 

其中,竖直摄影影像采用传统航空摄影测量技术进行处理后可以得到DEM(DigitalElevationModel,数字高程模型)、DOM(DigitalOrthophotoMap,数字正射影像图)以及DLG(DigitalLineGraphic,数字线划图)产品;前视、左视、右视、后视4个倾斜摄影影像倾斜角度一般在15°~45之间,可以获取地物侧面丰富的纹理信息。倾斜摄影数据通过先进的定位、融合、建模等技术处理后,能够生成输电线路地表的强真实感三维场景,便于掌握和分析输电线路周边的地形地貌以及建筑物的细节特征。

 

倾斜摄影在地表的三维重建方面,与传统的三维建模以及航空摄影技术相比,具有准确再现地物地理位置信息的真三维空间场景,直观掌握目标区域内的地形地貌、植被以及人工构筑物的细节特征等优势,可以为电力工程勘测提供现势、详尽、精确、逼真的空间基础地理信息数据支持服务。同时,采用旋翼无人机进行输电线路地表数据的快速采集具有操控便捷、无需专业飞控人员等优势,可以满足线路设计过程中随时随地采集三维空间信息的设计需求。

 

(二)倾斜摄影测量平台

倾斜摄影测量平台其核心组成包括:飞行器(无人机)、飞行控制系统、倾斜航摄仪及POS系统。其中,飞行器上可以搭载倾斜航摄仪和POS系统,按照设计好的航线、高度、重叠度进行航拍作业,并通过飞行控制系统对飞行器进行实时控制。

 

(三)地表三维数据制作

电力工程勘测人员并非专业的测绘数据制作人员,因此地表三维数据制作软件需要满足上手快、操作简单、自动化程度高的特点。本文采用Bentley的ContextCapture作为地表三维数据制作的软件系统,该系统是一套基于图形运算单位GPU的快速三维场景运算软件,可以无需人工干预地从简单连续影像中生成逼真的实景三维场景模型。

 

倾斜三维数据成果图.jpg 

倾斜三维数据成果图

二、电力勘测“一张图”

对各类电力勘测平台而言,数据无疑是其根本。事实上,离开了对多源数据的统一存储、管理和应用,就无法实现数据的集中与融合应用,无法保障电力勘测设计、输电线路规划等与空间信息相关的管理与应用问题。本文通过建立电力勘测“一张图”平台实现了电力勘测资源数据全生命周期的融合、管理与利用,为电力勘测提供强大的空间信息数据支撑。

 

电力勘测“一张图”主要包括了数据库及其管理系统(插件、服务、引擎)以及基于“一张图”的电力勘测应用系统等,共同承担数据的统一存储、统一管理及业务应用。通过电力勘测“一张图”可以以二三维空间信息数据为基础,将分散的各类电力勘测数据按照统一底图、统一坐标、统一精度等要求集合到统一的空间参考上,最终形成统一的综合数据库,这一数据最终可包括基础空间信息数据、电力勘测业务数据、外部共享数据,实现多源异构数据的有效集成及业务应用。

 

1电力勘测“一张图”的数据资源

电力勘测“一张图”的数据资源主要包括基础空间信息数据和电力勘测业务数据。其中:基础空间信息数据主要包括了倾斜三维模型数据、正射影像数据、数字高程模型数据以及数字线划图等基础数据,这部分数据的主要来源为倾斜摄影航拍。电力勘测业务数据则主要包括输变电线路设计数据、地质初步勘察数据、地质灾害分布数据等与电力工程勘测相关的数据资源。

 

2电力勘测“一张图”数据库管理系统架构

实现数据大集中的基本条件除了基于数据库数据的统一存储以外,基于统一编码规则的多源数据关联以及基于数据库管理系统的数据检索查询、更新维护及处理输出也是缺一不可的,否则这些数据就会以无规则的方式“堆积”在一起,无法满足业务应用的需求。

 

因此,电力勘测“一张图”的系统架构需要满足海量空间数据组织管理功能需求、数据库管理和维护功能需求、多种服务功能需求。电力勘测“一张图”数据库管理系统架构由下至上由软件支撑层、数据层、数据存储逻辑层、数据访问层、管理业务逻辑层和用户界面层组成。

 

3电力勘测“一张图”数据库管理系统功能

电力勘测“一张图”综合数据库管理系统的功能模块包括数据质检模块、入库更新模块、数据存储模块、数据应用模块、共享交换模块、原数据管理模块及安全管理模块。

 

4基于倾斜三维模型的输变电工程前期勘测系统

基于倾斜三维模型的输变电工程前期勘测系统是基于电力勘测“一张图”建立的应用系统。通过该系统实现输变电工程前期勘测过程中需要的二三维一体化浏览、图层叠加分析、交叉跨越高度测量、挖填方分析、坡度分析、坡向分析、道路线路辅助规划以及线路廊道巡检等功能。

 

电力勘测“一张图”数据库管理系统架构图.jpg 

 

综上所述,采用六旋翼无人机搭载双摆倾斜镜头的方式来快速获取输变电工程前期工作站址与廊道的倾斜三维模型数据和DEM、DOM以及DLG数据,并在数据的基础上建立电力勘测“一张图”平台及输变电工程前期勘测系统,使设计人员可以及时、快速、简便地获取分析和决策所需关键信息,减少人力资源消耗,实现高效率、低成本的电网输变电查勘设计工作。与此同时,在电网输变电查勘设计以及电网管理过程中,根据业务需求可以基于电力勘测“一张图”平台扩展开发其他相关的业务应用系统,如:电网输变电查勘拆迁管理系统、线路廊道地质灾害模拟系统等,可以有效降低电力业务系统的建设成本,具有一定经济效益。

 

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