基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)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(shí)的三維場(chǎng)景仿真模擬，并保障場(chǎng)景能夠交互、能夠量測(cè)，為輸電線路的選擇、施工管理、運(yùn)維檢修等提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐與技術(shù)。而在線路走廊的三維重建過(guò)程中，傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)很難保障三維重建質(zhì)量，直接影響了輸電線路走廊的后續(xù)建設(shè)與運(yùn)維。對(duì)此，積極引進(jìn)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，推動(dòng)走廊三維模型的自動(dòng)化、高精度構(gòu)建，充分發(fā)揮三維重建的目的。

【關(guān)鍵詞】?jī)A斜攝影測(cè)量;輸電線路走廊;三維重建

前言：為保障輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足群眾對(duì)輸電線路可靠性需求，應(yīng)加強(qiáng)線路通道的管理與控制。新形勢(shì)下，人們對(duì)電力需求不斷增大，輸電線路越發(fā)復(fù)雜，線路走廊的隱患明顯增多，如：超高樹(shù)竹的放電、違規(guī)建筑、施工機(jī)械外部破壞、漂浮物懸掛等，為輸電線路的可靠性帶來(lái)阻礙[1]。然而，采用傳統(tǒng)的管理方式，很難實(shí)現(xiàn)全方位管理，且管理難度較大。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是一種新型技術(shù)，其的應(yīng)用，能夠?qū)旊娋€走廊構(gòu)建仿真三維可視化模型，管理人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)直觀監(jiān)控各個(gè)輸電線的通道走廊，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高線路可靠性，增強(qiáng)了線路管理的效率。

1、傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的內(nèi)涵與特點(diǎn)

傾斜攝影測(cè)量，是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域最近發(fā)展的高新技術(shù)，與以往正射攝影僅能由垂直角度攝像不同，該種技術(shù)通過(guò)在飛行平臺(tái)搭載多臺(tái)傳感器，打破了攝影局限，其攝影角度實(shí)現(xiàn)了由一垂直、四去傾斜等不同角度采集信息，為用戶(hù)提供真實(shí)且直觀的世界。攝影測(cè)量，主要是利用影像收集信息、提取信息并對(duì)表達(dá)成果進(jìn)行處理。攝影測(cè)量技術(shù)是信息科學(xué)，能夠通過(guò)被攝物體，獲得其的形狀、大小、位置、特性等;攝影測(cè)量技術(shù)是測(cè)繪學(xué)科中的一類(lèi)，在建設(shè)工程中，對(duì)各種比例的地形圖進(jìn)行測(cè)繪多采用該技術(shù)，以便為各種地理信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城市發(fā)展提供有效決策[2]。

在傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中，該技術(shù)主要特點(diǎn)包含以下幾種：其一，能夠真實(shí)反映被攝物的三維全景圖像。與正射測(cè)量不同，傾斜測(cè)量實(shí)現(xiàn)了五個(gè)角度統(tǒng)一拍攝，所得到的數(shù)據(jù)不再是二維數(shù)據(jù)，而是三維數(shù)據(jù)，真實(shí)反映了被攝物的本來(lái)樣貌，實(shí)現(xiàn)了被攝物外觀與結(jié)構(gòu)的高度再現(xiàn)，該特點(diǎn)的存在，推動(dòng)了技術(shù)廣泛應(yīng)用。其二，具有較高的性?xún)r(jià)比。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中，其所測(cè)量的數(shù)據(jù)展現(xiàn)了被攝物體的空間位置信息，同時(shí)，可直接向其中輸入DOM、DSM、DLG等數(shù)據(jù)成果，滿足傳統(tǒng)航測(cè)的需求。此外，該技術(shù)主要利用的是提取、貼紋理等方式，三維建模成本相對(duì)低廉。其三，技術(shù)測(cè)量效率較高。與其他技術(shù)相比，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可直接利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化航拍，對(duì)人工需求較少。并且，實(shí)踐表明，與人工方式建模1-2年，應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，三維建模實(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)

在對(duì)輸電線路的走廊進(jìn)行三維數(shù)據(jù)提取時(shí)，可直接采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，能夠達(dá)到顯著效果。在技術(shù)應(yīng)用中，攝影平臺(tái)可直接選擇多旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)，該平臺(tái)擁有成本低廉、激動(dòng)靈活性高、時(shí)效性強(qiáng)等諸優(yōu)點(diǎn)，較為適合輸電線路的三維走廊數(shù)據(jù)采集與重建。在應(yīng)用攝影技術(shù)采集數(shù)據(jù)時(shí)，直接在飛行平臺(tái)搭載一個(gè)垂直攝影、四個(gè)傾斜攝影的相機(jī)即可，結(jié)合高精度的IMU、GPS，即可完成數(shù)據(jù)采集工作。其中，攝影相機(jī)獲取五個(gè)方向的圖片，GPS用來(lái)提供位置信息，IMU用來(lái)提供坐標(biāo)信息，以此準(zhǔn)確提供被測(cè)物體的具體位置與狀態(tài)[3]。

在傾斜攝影測(cè)量應(yīng)用時(shí)，飛行設(shè)計(jì)最為重要，綜合性較強(qiáng)，包含了飛行方案、地表點(diǎn)、檢校場(chǎng)等的設(shè)計(jì)。其中，通常，在飛行設(shè)計(jì)中，多以高清影像作為航飛設(shè)計(jì)的底圖，并依照設(shè)計(jì)需求，將飛行范圍標(biāo)繪出來(lái)，對(duì)飛行區(qū)域調(diào)查，是否存在機(jī)場(chǎng)、是否處于軍事管轄區(qū)域。在航線設(shè)計(jì)中，主要以相應(yīng)設(shè)計(jì)軟件展開(kāi)設(shè)計(jì)。航線設(shè)計(jì)通常以66%航向重疊度，30%旁白重疊度進(jìn)行測(cè)量，保障航線的準(zhǔn)確且完整。在實(shí)際飛行時(shí)，不同相機(jī)應(yīng)對(duì)應(yīng)曝光點(diǎn)的坐標(biāo)，自動(dòng)開(kāi)展曝光拍攝。

在攝影飛行之前，應(yīng)設(shè)計(jì)地標(biāo)點(diǎn)，為后續(xù)影響數(shù)據(jù)的采集與處理奠定基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)地表點(diǎn)時(shí)，應(yīng)滿足以下原則：其一，沿線路方向1km處，應(yīng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)點(diǎn)，在重要區(qū)域，500m設(shè)置一個(gè)標(biāo)點(diǎn)。其二，在每10km左右，應(yīng)布設(shè)雙點(diǎn)，位于線路左右，其三，地表點(diǎn)應(yīng)避免布設(shè)于線路下方，以飛行范圍的邊緣為佳。在后續(xù)數(shù)據(jù)的處理中，為消除誤差，在傾斜攝影測(cè)量前，應(yīng)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)劃出小塊區(qū)域，對(duì)飛行測(cè)量進(jìn)行檢校，觀察是否存在誤差，以及導(dǎo)致誤差的因素，及時(shí)改正，有效保障測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為輸電線路走廊的三維重建提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

3、落實(shí)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的建模

在輸電線路的走廊開(kāi)展三維重建時(shí)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，還需要以專(zhuān)門(mén)測(cè)繪軟件加工測(cè)量數(shù)據(jù)，最終形成三維數(shù)據(jù)模型，其中包含了非單體化模型數(shù)據(jù)、單體對(duì)象化模型數(shù)據(jù)。其中，前者主要用來(lái)線路走廊的三維重建，后者則用來(lái)建筑物施工勘查。模型數(shù)據(jù)非單體化，其生產(chǎn)手段實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，周期較短，成本低廉[4]。得出傾斜影像后，以專(zhuān)業(yè)的三維建模軟件，根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)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?jī)A斜攝影測(cè)量技術(shù)，得到高密度點(diǎn)云;高密度電云的數(shù)據(jù)支撐下，可直接建成TIN模型，反映射紋理工作也完成;對(duì)線路走廊的三維模型進(jìn)行構(gòu)建。

在修飾三維模型、紋理過(guò)程中，應(yīng)始終遵循以下原則：其一，紋理采集時(shí)民營(yíng)在光線柔和、角度正常下采集，過(guò)程中應(yīng)保障色調(diào)均勻;其二，高層坐標(biāo)系統(tǒng)、平面系統(tǒng)應(yīng)以國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為主;其三，三維模型建設(shè)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一建模標(biāo)準(zhǔn)，全面涉及相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)的位置進(jìn)行區(qū)分;在紋理修飾時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一修模標(biāo)準(zhǔn)，如需必要，應(yīng)通過(guò)疊面、冗余點(diǎn)線面等方式，保障模型的完整性。

4、總結(jié)

在輸電線路管道走廊的三維重建中，傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了線路走廊的三維可視化與真實(shí)還原，為輸電線路的精細(xì)化管理提供了數(shù)據(jù)支撐，為輸電線路運(yùn)維的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了便利，輸電線路可靠性、安全性顯著提高。當(dāng)前，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)在傾斜攝影的數(shù)據(jù)模型應(yīng)用上，精細(xì)程度已達(dá)0.05m，且精細(xì)級(jí)別在輸電線路的運(yùn)維上非常適用。在后期，可直接引入精細(xì)級(jí)別，對(duì)線路走廊進(jìn)行三維還原，搭建智能管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)輸電線路管理的可視化與信息化，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)應(yīng)用的最大化效能，輸電線路安全性顯著增長(zhǎng)，推動(dòng)了電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展壯大。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝濤， 鄭大鵬， 李鴻鵬. 基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)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(quán)， et al. 基于傾斜攝影對(duì)輸電架空線走廊三維重建關(guān)鍵設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)， 2016（12）：103-104.

[3]鄭勇峰， 王枝軍. 結(jié)合傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的變電站三維重建[J]. 測(cè)繪通報(bào)， 2018（8）：153-155，163.

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