三維立體設計在電力線路選線和測量中的應用

黃永生

摘要：計算機技術和數字影像處理技術的發展，數字攝影測量為建立三維可視化設計平臺提供了可能，其工作原理為以正射影像和立體配對片為基礎，建立三維立體模型，立體配對片的生成原理是將DEM轉化為視差值，引進正射影像，從而產生立體效果。本文結合500kV三峽-廣東送電線路工程，闡述了在三維立體設計平臺3Dmp上開發的電力線路選線、測量軟件使用方法和作業流程，并對結果進行分析和評述。

關鍵詞：立體配對片、正射影像、數字高程模型

一、前言

隨著計算機技術和數字影像處理技術的發展，數字攝影測量為建立三維可視化設計平臺提供了可能，其工作原理為以正射影像和立體配對片為基礎，建立三維立體模型，立體配對片的生成原理是將DEM轉化為視差值，引進正射影像，從而產生立體效果。這樣生成的三維立體模型不僅具有正射的特點，還具有立體顯示的功能，更重要的是可以進行區域拼接，建立整個區域的立體模型。

二、輸電線路勘測設計的三維系統

適普公司在基于以上原理的基礎上開發出了作為三維立體設計和測量的新方法和新平臺3Dmp，它突破了單個立體模型的限制，以正射影像和立體配對片為基礎，拼接整個區域的模型形成連續立體影像，所得影像的投影方式由中心投影轉變為平行投影，使得物方和像方的投影變化得以消除，實現了真正的“所見即所得”，這對于大型工程的選址和方案優化將起到重要的作用。對于電力設計單位而言，在選取和優化架空送電線路時，特別是山區線路，需要從整體上進行選擇和優化。因為航攝得到的是中心投影的影像，山區地形起伏大，存在較大的投影差，所得影像變形大，利用原始影像制作的鑲嵌圖上選取的路徑與真實的路徑往往存在較大的差異，這就使得選取的路徑從鑲嵌圖上看已經避開房屋和植被，實際并非如此，結果常常造成大量森林資源的砍伐和房屋的拆遷，路徑優化的目的無法全部實現，所以在架空送電線路的選線和優化中3Dmp將會起到重要的作用。

此外，考慮到電力設計單位在設計架空送電線路時的特殊作業方式和專業要求，對測量專業的測圖方式和出圖成果提出了特殊的要求。一般而言，選線時，線路設計人員先在地形圖上粗選線，獲得航攝資料后在制作的鑲嵌圖上進一步優化，然而由于以上所提到的原因，在鑲嵌圖上畫出的路徑并非真實路徑，而且，在外控做完后，設計人員希望能盡快得到線路平斷面資料和沿線交叉跨越成果、房屋面積統計量等資料，傳統航測作業是無法及時提供的。為此在其原有的三維設計量測平臺3Dmp的基礎上，根據架空送電線路測量規范，結合電力線路設計的實際作業流程，開發了一套電力線路設計軟件（Pld）和電力線路測量軟件（Plm）。實現了線路測量的主要功能，諸如路徑的選取、優化、自動采集斷面和手工量測平斷面、房屋面積、交叉跨越等的統計。

三、系統主要功能

1、3Dmp主要功能

建立量測區，使用正射影像和DEM生成測區的三維立體模型。

2、Pld主要功能

打開測區的三維立體模型，選取和優化路徑，并將轉角保存在文本文件中；自動采集中心斷面和邊線斷面數據。

3、Plm主要功能

與SLCAD（架空送電線路平斷面測量系統）聯機測圖；或者在本系統內直接測量平斷面圖，目前實現的功能有中心斷面和邊線斷面的采集，房屋、交叉跨越電力線、通信線以及危險點的量測、平面數據的量測，并可對量測結果進行編輯修改、房屋面積和交叉跨越的統計。另外Plm的一大特點是在測量斷面，搖動X手輪時，測標將自動沿該耐張段的直線方向移動，這樣就避免了Y方向的移動，提高了測圖效率。

四、作業流程

整個工程具體作業過程詳見下圖圖1。

作業流程圖1

五、工程應用

為了分析3Dmp、Pld、Plm的作業精度和效率，我們選取了三峽—廣東500kV送電線路中第25航帶與傳統的作業模式進行比較。本次航飛攝影比例尺為1：10000，攝影焦距為152mm。

在形成該測區的三維立體模型前進行以下工作：

（1）按25um的分辨率掃描影像；（2）在該航線內布設8個控制點，（3）使用GPS進行靜態控制測量；（4）采用PatB算法進行加密計算，控制點中誤差如表1：

表1控制點中誤差

然后創建測區內各個像對的模型，生成該線影像并進行影像匹配；對匹配結果進行編輯，因為該線路位于山區，植被覆蓋較高，又加上有村鎮和河塘，這些因素導致了匹配的效果差，因此直接影響到生成DEM的精度；生成率DEM和正射影像；使用3Dmp生成整個區域的正射影像和立體配對片。

打開Pld軟件，將定線時設計的轉角坐標保存為路徑文件，然后打開整個區域的正射影像和立體配對片，這時路徑將顯示在立體影像中，可將路徑進行調整（包括增減轉角和移動轉角位置）直至最佳為止，保存該路徑并自動采集斷面，測量交叉跨越和房屋等平面地物，并生成房屋面積、交叉跨越等統計值。其中，自動采集斷面的時間與采集間隔大小有關，在該區域按3m間隔采集5km斷面不超過10秒鐘，該方法可盡快為設計部門提供資料以確定方案的可行性。自動采集精度方面，由于采集點的高程直接從DEM獲取，所以整個測區的加密精度和影像匹配結果的好壞就成了采集斷面精度的關鍵。以下是采集高程結果與外業測量的塔位高程比較見表2。

注：H1表示定位樁高程；H2表示Pld軟件自動采集相應累距的高程；

△H=H1-H2；O表示河堤；△表示山； ：陡坎

表2共比較50個塔位，其中小于015m的有30個，占60%，015～110m的有14個，占28%，110m以上的有6個，占12%。這6個110m以上的點為山區、陡坎和河堤，這些地方的匹配編輯復雜，且山區多為植被覆蓋，精度難以達到最佳。

五、結束語

通過上述作業模式的比較結果可以看出，使用3Dmp生成整個區域的正射影像和立體配對片，然后在立體影像中使用Pld選擇路徑并進行優化比傳統的方式更直觀、方便，自動采集斷面的精度也完全滿足線路設計要求，而且使用自動采集斷面功能和手工采集平面數據能及時提供線路平斷面資料和沿線交叉跨越成果、房屋面積統計值等資料，線路設計人員可以盡快確定路徑，提高工作效率。

該系統還有不完善的地方，特別是電力勘測設計專業性較強，在數據采集、數據格式、以及圖紙格式方面都有不同的要求，這些都應在使用中不斷改進和完善。

參考文獻：

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