遙感三維可視化技術(shù)在輸電線路選線中的應(yīng)用

王興華 許成昊 陳錕

[摘 ? ?要 ]隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的輸電線路建設(shè)當(dāng)中的遙感技術(shù)和三維可視化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，遙感三維可視化的技術(shù)可以利用遙感圖像來實(shí)現(xiàn)技術(shù)的合成，建立起三維模型，進(jìn)行三維影像動畫的生成，為設(shè)計(jì)人員對輸電線路的建設(shè)提供了最直觀形象的基礎(chǔ)條件。文章首先對遙感影像處理技術(shù)進(jìn)行了概述，其次對地形三維可視化進(jìn)行了分析，最后對于具體案例來展開了分析和研究。

[關(guān)鍵詞]遙感圖像;三維可視化;輸電線路

[中圖分類號]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]With the continuous development of modern information technology ， remote sensing technology and 3 D visualization technology in Chinese transmission line construction are widely applied . The technology can realize the technology synthesis ， establish 3 D model ， and provide the basic condition of transmission lines .In this paper ， the remote sensing image processing technology ， the 3 D visualization of terrain ， and finally the analysis and research .

[Keywords]remote sensing images ; 3 D visualization ; power transmission lines

在傳統(tǒng)的輸電工程選線的操作方式當(dāng)中，需要搜集相關(guān)的技術(shù)資料，設(shè)計(jì)出幾個可行的線路方案，經(jīng)過對比分析選擇一個經(jīng)濟(jì)合理的線路。在此種方式下對勘測設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平依賴程度相對較高，在視野局限性方面會受到一定的限制。因此在此種方式對于電力建設(shè)已經(jīng)不能充分的滿足。在現(xiàn)代化的輸電線路選線過程當(dāng)中，充分利用遙感三維可視化的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的模型組建，成為可視化三維技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大范圍的路徑優(yōu)選，最終獲取最優(yōu)線路，提升經(jīng)濟(jì)效益。

1 遙感影像處理

遙感影像包括著航空影像（灰度影像、真彩色影像和彩紅外影像等）和各類衛(wèi)星影像。對于遙感影像當(dāng)中的文理數(shù)據(jù)需要對三維表面進(jìn)行映射，從而可以實(shí)現(xiàn)地表景觀的真實(shí)模擬。在遙感影像的光譜特點(diǎn)方面可以實(shí)現(xiàn)對立體模型的視覺效果呈現(xiàn)，在整體三維模型的逼真程序和精確程度方面都起到了一定的作用。在遙感影像的處理方面，主要包括幾個方面的內(nèi)容。

①遙感數(shù)據(jù)的選取需要對遙感數(shù)據(jù)當(dāng)中的豐富的光譜信息進(jìn)行提取，比如可見光波段、近紅外波段、短紅外波段等，在不同的應(yīng)用目標(biāo)下，進(jìn)行合適波段的選擇分析，實(shí)現(xiàn)真實(shí)地貌景觀的再現(xiàn)。在進(jìn)行遙感圖像制作三維紋理貼圖的時候，需要選擇顏色一致的波段數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析。②對于圖像幾何和輻射的精度糾正來說，主要可以實(shí)現(xiàn)對原始圖像當(dāng)中在空間、波譜以及分辨率方面限制所引起的幾何畸變現(xiàn)象和輻射量失真現(xiàn)象進(jìn)行糾正。③對于圖像的配準(zhǔn)和鑲嵌來說，可以實(shí)現(xiàn)對遙感圖像進(jìn)行多源的分析和比較，保證在幾何方面上是屬于相互配準(zhǔn)的。在圖像配準(zhǔn)的過程當(dāng)中，需要對圖像的集合畸變進(jìn)行分析和研究，對圖形進(jìn)行統(tǒng)一的轉(zhuǎn)化到坐標(biāo)系當(dāng)中。④在圖像的融合處理方面，需要對多源的遙感圖像在一定的算法基礎(chǔ)上，保持在規(guī)定的地理坐標(biāo)系內(nèi)，進(jìn)而生產(chǎn)全新的圖像。在圖像信息的當(dāng)中，單一的傳感器可以對有限的信息進(jìn)行獲取，實(shí)現(xiàn)從多張遙感圖像當(dāng)中獲取有用信息。在全色圖像方面，具備很高的空間分辨率，才有多光譜圖像來對信息進(jìn)行豐富。

2 地形三維可視化

在地形的三維可視化概念當(dāng)中，即為在對某地區(qū)當(dāng)中的遙感影像來進(jìn)行紋理獲取，對數(shù)字高程模型和遙感影像進(jìn)行疊加分析，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)之間的坐標(biāo)配準(zhǔn)現(xiàn)象，從而可以對不同來源的同一個地區(qū)當(dāng)中所形成的圖像、地理信息要素和文字符號等多種數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行分析，之后進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，最終可以在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上形成一個實(shí)時的區(qū)域三維地形可視化地形圖。在進(jìn)行地形三維可視化的模擬飛行當(dāng)中，飛行參數(shù)對于三維可視化影響圖像本身的質(zhì)量有這相當(dāng)重要的關(guān)系，根據(jù)自身的影像參數(shù)、分辨率以及其他方面的因素來進(jìn)行確定參數(shù)。之后就可以為三維地形來進(jìn)行地形背景的添加和制作，進(jìn)行薄霧和光照的效果設(shè)計(jì)和增加，可以使得地形地圖進(jìn)行直觀可視化的表現(xiàn)和呈現(xiàn)。

3 具體案例

3.1 工程概況

在文章中，主要以某地區(qū)的500 kV的線路來作為主要的研究對象，該地區(qū)的進(jìn)出線走廊相對狹窄，鐵路的沿線地形條件比較復(fù)雜，在對其進(jìn)行輸變電站建設(shè)的過程當(dāng)中，沿線的文物、煤田、菜市場以及村莊給選線帶來了相對較大的困難。因此利用遙感圖像對于地表地形、水文、植被以及城鎮(zhèn)等多種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行影像信息的展示，對于選線工作，可以利用遙感三維可視化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化設(shè)計(jì)。

3.2 數(shù)據(jù)需求

在該工程當(dāng)中主要應(yīng)用到了三維可視化的地理信息系統(tǒng)，可以對常規(guī)的二維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行三維控件的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化，對于海量的數(shù)據(jù)在三維設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上可以重構(gòu)真是的地形地貌環(huán)境，并且可以實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)模型工程文件的引入，從而生成逼真的三維場景。

在遙感圖像的三維可視化實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，需要對輸電線路的三維可視化數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析，主要分為遙感影像圖、線路所經(jīng)區(qū)域的DEM以及鐵塔的三維模型這三個方面。在遙感圖像處理方面，蹦采用的是美國陸地衛(wèi)星影像和法國影像，經(jīng)過對比之后發(fā)現(xiàn)，法國影像具備高分辨率，可以實(shí)現(xiàn)對三個單色波段的數(shù)據(jù)進(jìn)行提供的同時，還可以提供全色波段的數(shù)據(jù)數(shù)值。對兩種數(shù)據(jù)影像的數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正、變換以及增強(qiáng)處理之后，可以制作成為彩色的遙感圖像，對于地面當(dāng)中的建筑物進(jìn)行很好的反應(yīng)，其中包括河流、山川、道路、居民區(qū)和比較大型的建筑物等。在地形三維可視化輸電線路方面，需要實(shí)現(xiàn)地形的三維可視化，地形可視化主要是利用數(shù)字高程模型來進(jìn)行制作的。在對地圖信息進(jìn)行采集的時候，一般都會利用手扶跟蹤方案和地形圖的矢量掃描方式。其中手扶跟蹤的方式具有勞動強(qiáng)度大且效率低下的特點(diǎn)，因此需要利用地圖掃描矢量圖的方式來精心該數(shù)據(jù)的采集。在對1∶50000的地形圖進(jìn)行掃描提取數(shù)據(jù)之后，利用PS來對圖形做出預(yù)處理，對圖像做出亮度調(diào)整以及對比度的調(diào)整等，在MapGIS軟件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對地形圖的交互式的矢量化。最后就可以進(jìn)行等高線的生成，對遙感影像進(jìn)行加載之后，得到更加真實(shí)的效果。

3.3 三維模型的建立

在對三維模型進(jìn)行建立的時候，屬于一個輸電線路可視化建設(shè)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，對鐵塔的三維模型建立需要實(shí)現(xiàn)其美學(xué)效果和工程招投標(biāo)以及設(shè)計(jì)匯報等多方面的效果。在繪制模型當(dāng)中，可以利用AutoCAD來進(jìn)行繪制圖形，對大量的數(shù)據(jù)集中處理之后，就可以對輸電鐵塔本身的單線圖和材料表進(jìn)行繪制，對于設(shè)計(jì)人員來說可以進(jìn)行參數(shù)的歸納和總結(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的時間和精力的有效節(jié)約。在對IMAGIS創(chuàng)建鐵塔三維實(shí)體的創(chuàng)建過程當(dāng)中，利用其坐標(biāo)修改的功能，對其坐標(biāo)和尺寸根據(jù)建立模型的時候所搜集到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行三維坐標(biāo)的建立。在軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)對精確線條模型的建立，創(chuàng)建成為三維實(shí)體。

3.4 方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

在該工程當(dāng)中，需要對方案進(jìn)行線路優(yōu)化，在優(yōu)化的過程當(dāng)中，需要考慮到經(jīng)濟(jì)合理的范圍，在長期運(yùn)行的基礎(chǔ)上保證施工方案，實(shí)現(xiàn)短線路長度的縮小。避免線路經(jīng)過還把在1Km以上的地區(qū)，從而避免冰區(qū)范圍。還要減少穿越煤田長度，對于房屋拆遷的地段也要進(jìn)行不斷的優(yōu)化和縮小。對其路徑進(jìn)行優(yōu)化之后可以確定出最終的方案，全長為179.6km，曲折系數(shù)為1.08，全程線路當(dāng)中的轉(zhuǎn)角有58個，優(yōu)化之后的方案，在線路長度和轉(zhuǎn)角個數(shù)方面相對較少，全線的海拔都屬于1km一下，對于煤礦的穿越區(qū)域距離縮小了1km，避免了對窯廠區(qū)域和采石場區(qū)域的穿越，其遙感三維可視圖如圖1所示。

3.5 三維場景漫游

在三維場景漫游當(dāng)中，可以對地理信息系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，對常規(guī)的二維碼模型數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用到三維空間當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的可視化的同時，也可以提供用戶強(qiáng)大的操作工具。在三維環(huán)境當(dāng)中，可以進(jìn)行真實(shí)的地貌地物的重現(xiàn)和展現(xiàn)。在三維景觀透視漫游軟件當(dāng)中，3Dbrowser可以在正射影像和DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行其他靜態(tài)模型的引入和添加，從而對生成逼真的三維場景，實(shí)現(xiàn)漫游的狀態(tài)。在視覺仿真系統(tǒng)當(dāng)中，需要對IMAGIS的部分技術(shù)和IDL技術(shù)來進(jìn)行結(jié)合最終形成三維建模編輯模塊，在3Dbrowser的基礎(chǔ)上形成仿真模塊，完成三維輸電線路的建模和視覺仿真的要求。在實(shí)現(xiàn)的過程當(dāng)中，對DEM導(dǎo)入到IMAGIS軟件當(dāng)中進(jìn)行處理，之后可以對鐵塔模型的方案進(jìn)行輸入設(shè)定，將形成的三維場景保存在3D格式，進(jìn)行在3DBrowser可以實(shí)現(xiàn)虛擬線路的體驗(yàn)，對于其中的飛行高度和速度數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行根據(jù)自身的實(shí)際情況來做出調(diào)節(jié)，更加直觀形象的對地形地貌進(jìn)行反映和觀察。

4 結(jié)束語

綜上所述，利用遙感三維可視化技術(shù)對輸電線路的選線應(yīng)用，可以對人力物力和財(cái)力實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)約，對于其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益也會得到相對較大的促進(jìn)作用。在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中需要不斷的對其進(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員不必要的體能消耗，從而保證最優(yōu)線路的選擇，實(shí)現(xiàn)輸電工程的穩(wěn)定可持續(xù)建設(shè)。

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