特高壓工程施工可視化管控系統(tǒng)研究

林 松，賈高毅，王小松，李志斌

(1. 北京洛斯達(dá)數(shù)字遙感技術(shù)有限公司，北京 100120；2. 國(guó)家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司，北京 100052)

為進(jìn)一步加強(qiáng)特高壓輸電線路工程施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范化管理，克服地形復(fù)雜地區(qū)輸變電線路施工難度大、施工地點(diǎn)之間交通周期長(zhǎng)、人為檢查效果不理想等問(wèn)題，更好地將安全、質(zhì)量和環(huán)保水保工作落實(shí)到位，提高施工現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程管控水平，國(guó)家電網(wǎng)公司提出利用無(wú)人機(jī)輔助施工“飛行”檢查。以無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)為基礎(chǔ)，建立施工可視化管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸電線路通道走廊空中全景監(jiān)測(cè)，客觀真實(shí)反映施工現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，更好地輔助管理人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和管理工作，加強(qiáng)安全質(zhì)量文明監(jiān)管工作。

1 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的獲取及快速處理

無(wú)人機(jī)航攝具備靈活、機(jī)動(dòng)、高效的特點(diǎn)，在施工路徑確定后，即可進(jìn)場(chǎng)實(shí)施航拍，一般100 km線路使用無(wú)人機(jī)1～2天即可完成航攝任務(wù)，完成航拍后移交數(shù)據(jù)部門(mén)進(jìn)行后續(xù)處理工作，次日就可以提交施工現(xiàn)場(chǎng)信息，便于及時(shí)準(zhǔn)確的掌握現(xiàn)場(chǎng)施工真實(shí)情況。

考慮現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)進(jìn)展、軍事管制、氣象等影響因素，借助無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的遠(yuǎn)程可視化，采用固定翼無(wú)人機(jī)對(duì)全線重點(diǎn)區(qū)段進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝，獲取原始影像數(shù)據(jù)。完成影攝后，對(duì)于海量的影像數(shù)據(jù)借助專業(yè)軟件完成數(shù)據(jù)處理工作。

1.1 圖像快速檢查與分類

無(wú)人機(jī)航攝完成后，快速對(duì)影像與每基桿塔數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，將影像的POS點(diǎn)與桿塔終勘坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，采用臨近點(diǎn)判別的方法，快速判別各影像與桿塔的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立桿塔與照片對(duì)應(yīng)的索引表，獲取每基桿塔對(duì)應(yīng)的影像。

1.2 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)快速處理

無(wú)人機(jī)遙感影像獲取后，要及時(shí)完成從數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)加載到施工可視化管控系統(tǒng)平臺(tái)的過(guò)程。首先經(jīng)過(guò)畸變糾正，消除景像產(chǎn)生的誤差，然后借助專業(yè)軟件對(duì)影像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取影像所在區(qū)域數(shù)字高程模型和影像鑲嵌圖，最后將結(jié)果載入到管控系統(tǒng)。

2 構(gòu)建施工可視化管控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

施工可視化管控平臺(tái)采用多層C/S架構(gòu)體系，能夠在整個(gè)工程建設(shè)的過(guò)程中，最大限度的保障平臺(tái)安全性、穩(wěn)定性。系統(tǒng)架構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 建立施工可視化管控系統(tǒng)

在三維信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加載無(wú)人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)，建立施工可視化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)重要工作面、重要工序遠(yuǎn)程管控，提高工程管理水平和效率，監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)安全、文明施工，盡早排查安全隱患，在完善整個(gè)工程管控體系的同時(shí)，加大施工現(xiàn)場(chǎng)的管控力度。

系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

主要包含以下內(nèi)容：

(1)系統(tǒng)管理。包括系統(tǒng)工程信息管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)基本工具。系統(tǒng)工程信息管理是對(duì)特高壓輸變電線路的工程信息進(jìn)行管理，可以在三維場(chǎng)景中對(duì)桿塔、變電站、牽張場(chǎng)等信息進(jìn)行管理、查詢、定位。系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理主要對(duì)衛(wèi)星影像、航空影像、多期無(wú)人機(jī)影像以及交叉跨越等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。系統(tǒng)基本工具包括在三維場(chǎng)景中常用的測(cè)量、分析工具，量測(cè)工具包括長(zhǎng)度量測(cè)、面積量測(cè)、高程量測(cè)；分析工具包括通視分析、剖面分析、淹沒(méi)分析、坡度分析和土方分析等。

(2)施工進(jìn)度管控。包括施工進(jìn)度四維展現(xiàn)、施工狀態(tài)信息統(tǒng)計(jì)和施工現(xiàn)場(chǎng)解譯信息統(tǒng)計(jì)。施工進(jìn)度四維展現(xiàn)可以方便的對(duì)每基桿塔的施工進(jìn)度進(jìn)行查看，支持多期影像施工情況的對(duì)比，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)每基桿塔施工解譯過(guò)程的編輯、查看和對(duì)比。施工狀態(tài)信息統(tǒng)計(jì)主要按塔號(hào)、設(shè)計(jì)包、施工標(biāo)、航攝時(shí)間和施工狀態(tài)為檢索條件進(jìn)行施工工序統(tǒng)計(jì)，并支持統(tǒng)計(jì)結(jié)果的輸出。施工現(xiàn)場(chǎng)解譯信息統(tǒng)計(jì)主要按塔號(hào)、設(shè)計(jì)包、施工標(biāo)、航攝時(shí)間為檢索條件進(jìn)行安全、質(zhì)量、環(huán)保水保解譯成果統(tǒng)計(jì)，并支持統(tǒng)計(jì)結(jié)果的輸出。

(3)遠(yuǎn)程巡視檢查。實(shí)現(xiàn)施工沿線中存在的危險(xiǎn)點(diǎn)、關(guān)鍵工序等熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以便對(duì)工程施工有影響區(qū)域進(jìn)行快速的查找。并支持對(duì)多期無(wú)人機(jī)影像根據(jù)自定義范圍進(jìn)行對(duì)比分析。

(4)輔助環(huán)保水保。查看特高壓輸電線路現(xiàn)場(chǎng)施工單位是否按照要求采取了規(guī)定措施，實(shí)現(xiàn)大范圍、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境變化，并對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行編輯、查看和導(dǎo)出，作為將來(lái)工程驗(yàn)收和環(huán)保水保評(píng)估的重要依據(jù)。

(5)輔助索道信息監(jiān)測(cè)。通過(guò)高清的無(wú)人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)，在三維場(chǎng)景中對(duì)索道信息進(jìn)行管理，建立三維模型來(lái)標(biāo)識(shí)索道，并支持對(duì)索道信息的查看、編輯、統(tǒng)計(jì)和分析。

4 輔助施工現(xiàn)場(chǎng)空中全景管控

4.1 線路走廊三維展示

平臺(tái)集成了各種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、沿線高清無(wú)人機(jī)影像等信息，實(shí)現(xiàn)三維地形、地貌和電網(wǎng)信息等仿真布置，每基桿塔與多期無(wú)人機(jī)影像一一對(duì)應(yīng)，便于快速查閱每基桿塔不同時(shí)間施工現(xiàn)場(chǎng)的情況。此外，提供了桿塔、重要交叉跨越、牽張場(chǎng)和變電站等要素查詢與定位，長(zhǎng)度、高度、坡度等量測(cè)與分析，為施工與管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，效果見(jiàn)圖3。質(zhì)量保障措施以及環(huán)保水保措施執(zhí)行情況。

4.3 輔助遠(yuǎn)程巡視檢查

施工現(xiàn)場(chǎng)影像快速加載到施工可視化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全施工情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督；對(duì)關(guān)鍵工序、項(xiàng)目危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行巡視與檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全、質(zhì)量隱患點(diǎn)，并采取整改措施。通過(guò)遠(yuǎn)程可視化管控，可以提高各管理層對(duì)施工問(wèn)題的監(jiān)管效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全和質(zhì)量進(jìn)行遠(yuǎn)程管控。

4.4 輔助現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保水保

通過(guò)無(wú)人機(jī)定期航攝施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多期高清數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，能夠有效監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保水保工程措施、臨時(shí)保護(hù)措施、植被恢復(fù)措施的執(zhí)行情況；利用高清影像發(fā)現(xiàn)和觀察是否存在在因工程引發(fā)的山體滑坡、水土流失、環(huán)境污染、水體污染等事故；對(duì)工程環(huán)保水保工作情況進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，輔助監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保水保措施執(zhí)行情況。

4.5 輔助索道信息監(jiān)測(cè)

圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)索道架設(shè)

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)加載的高清無(wú)人機(jī)影像，可以清晰查看施工沿線索道的架設(shè)情況。利用三維支架模型對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)的索道進(jìn)行三維可視化展現(xiàn)。通過(guò)架設(shè)的三維索道模型，輔助管理人員識(shí)別索道的架設(shè)情況信息、周邊的地形地貌信息以及工程人員的施工情況信息，及時(shí)掌控施工現(xiàn)場(chǎng)索道架設(shè)情況、總索道條數(shù)，達(dá)到監(jiān)控索道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況的目的。

5 結(jié)論

通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中全景監(jiān)測(cè)，建立施工可視化管控系統(tǒng)，以空間、時(shí)間、進(jìn)度三維聯(lián)動(dòng)的管理方式，為工程施工過(guò)程管理提供直觀的、及時(shí)有效的輔助工具，客觀真實(shí)反映施工現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，能夠更好的輔助管理人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和管理工作，有效解決人手不足和檢查浮于表面的問(wèn)題。同時(shí)針對(duì)工程中的重點(diǎn)區(qū)域、危險(xiǎn)地段，以及施工安全、質(zhì)量管理不到位的地段進(jìn)行抽查，有助于實(shí)現(xiàn)“四不兩直”安全督查，對(duì)于加強(qiáng)和改進(jìn)安全、質(zhì)量、文明監(jiān)管工作具有重要意義。同時(shí)管控施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)保水保情況，為工程建設(shè)環(huán)保水保工作的落實(shí)提供了監(jiān)督和管控。

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