三维立体设计在电力线路选线和测量中的应用

黄永生

摘要：计算机技术和数字影像处理技术的发展，数字摄影测量为建立三维可视化设计平台提供了可能，其工作原理为以正射影像和立体配对片为基础，建立三维立体模型，立体配对片的生成原理是将DEM转化为视差值，引进正射影像，从而产生立体效果。本文结合500kV三峡-广东送电线路工程，阐述了在三维立体设计平台3Dmp上开发的电力线路选线、测量软件使用方法和作业流程，并对结果进行分析和评述。

关键词：立体配对片、正射影像、数字高程模型

一、前言

随着计算机技术和数字影像处理技术的发展，数字摄影测量为建立三维可视化设计平台提供了可能，其工作原理為以正射影像和立体配对片为基础，建立三维立体模型，立体配对片的生成原理是将DEM转化为视差值，引进正射影像，从而产生立体效果。这样生成的三维立体模型不仅具有正射的特点，还具有立体显示的功能，更重要的是可以进行区域拼接，建立整个区域的立体模型。

二、输电线路勘测设计的三维系统

适普公司在基于以上原理的基础上开发出了作为三维立体设计和测量的新方法和新平台3Dmp，它突破了单个立体模型的限制，以正射影像和立体配对片为基础，拼接整个区域的模型形成连续立体影像，所得影像的投影方式由中心投影转变为平行投影，使得物方和像方的投影变化得以消除，实现了真正的“所见即所得”，这对于大型工程的选址和方案优化将起到重要的作用。对于电力设计单位而言，在选取和优化架空送电线路时，特别是山区线路，需要从整体上进行选择和优化。因为航摄得到的是中心投影的影像，山区地形起伏大，存在较大的投影差，所得影像变形大，利用原始影像制作的镶嵌图上选取的路径与真实的路径往往存在较大的差异，这就使得选取的路径从镶嵌图上看已经避开房屋和植被，实际并非如此，结果常常造成大量森林资源的砍伐和房屋的拆迁，路径优化的目的无法全部实现，所以在架空送电线路的选线和优化中3Dmp将会起到重要的作用。

此外，考虑到电力设计单位在设计架空送电线路时的特殊作业方式和专业要求，对测量专业的测图方式和出图成果提出了特殊的要求。一般而言，选线时，线路设计人员先在地形图上粗选线，获得航摄资料后在制作的镶嵌图上进一步优化，然而由于以上所提到的原因，在镶嵌图上画出的路径并非真实路径，而且，在外控做完后，设计人员希望能尽快得到线路平断面资料和沿线交叉跨越成果、房屋面积统计量等资料，传统航测作业是无法及时提供的。为此在其原有的三维设计量测平台3Dmp的基础上，根据架空送电线路测量规范，结合电力线路设计的实际作业流程，开发了一套电力线路设计软件（Pld）和电力线路测量软件（Plm）。实现了线路测量的主要功能，诸如路径的选取、优化、自动采集断面和手工量测平断面、房屋面积、交叉跨越等的统计。

三、系统主要功能

1、3Dmp主要功能

建立量测区，使用正射影像和DEM生成测区的三维立体模型。

2、Pld主要功能

打开测区的三维立体模型，选取和优化路径，并将转角保存在文本文件中；自动采集中心断面和边线断面数据。

3、Plm主要功能

与SLCAD（架空送电线路平断面测量系统）联机测图；或者在本系统内直接测量平断面图，目前实现的功能有中心断面和边线断面的采集，房屋、交叉跨越电力线、通信线以及危险点的量测、平面数据的量测，并可对量测结果进行编辑修改、房屋面积和交叉跨越的统计。另外Plm的一大特点是在测量断面，摇动X手轮时，测标将自动沿该耐张段的直线方向移动，这样就避免了Y方向的移动，提高了测图效率。

四、作业流程

整个工程具体作业过程详见下图图1。

作业流程图1

五、工程应用

为了分析3Dmp、Pld、Plm的作业精度和效率，我们选取了三峡—广东500kV送电线路中第25航带与传统的作业模式进行比较。本次航飞摄影比例尺为1：10000，摄影焦距为152mm。

在形成该测区的三维立体模型前进行以下工作：

（1）按25um的分辨率扫描影像；（2）在该航线内布设8个控制点，（3）使用GPS进行静态控制测量；（4）采用PatB算法进行加密计算，控制点中误差如表1：

表1控制点中误差

然后创建测区内各个像对的模型，生成该线影像并进行影像匹配；对匹配结果进行编辑，因为该线路位于山区，植被覆盖较高，又加上有村镇和河塘，这些因素导致了匹配的效果差，因此直接影响到生成DEM的精度；生成率DEM和正射影像；使用3Dmp生成整个区域的正射影像和立体配对片。

打开Pld软件，将定线时设计的转角坐标保存为路径文件，然后打开整个区域的正射影像和立体配对片，这时路径将显示在立体影像中，可将路径进行调整（包括增减转角和移动转角位置）直至最佳为止，保存该路径并自动采集断面，测量交叉跨越和房屋等平面地物，并生成房屋面积、交叉跨越等统计值。其中，自动采集断面的时间与采集间隔大小有关，在该区域按3m间隔采集5km断面不超过10秒钟，该方法可尽快为设计部门提供资料以确定方案的可行性。自动采集精度方面，由于采集点的高程直接从DEM获取，所以整个测区的加密精度和影像匹配结果的好坏就成了采集断面精度的关键。以下是采集高程结果与外业测量的塔位高程比较见表2。

注：H1表示定位桩高程；H2表示Pld软件自动采集相应累距的高程；

△H=H1-H2；O表示河堤；△表示山； ：陡坎

表2共比较50个塔位，其中小于015m的有30个，占60%，015～110m的有14个，占28%，110m以上的有6个，占12%。这6个110m以上的点为山区、陡坎和河堤，这些地方的匹配编辑复杂，且山区多为植被覆盖，精度难以达到最佳。

五、结束语

通过上述作业模式的比较结果可以看出，使用3Dmp生成整个区域的正射影像和立体配对片，然后在立体影像中使用Pld选择路径并进行优化比传统的方式更直观、方便，自动采集断面的精度也完全满足线路设计要求，而且使用自动采集断面功能和手工采集平面数据能及时提供线路平断面资料和沿线交叉跨越成果、房屋面积统计值等资料，线路设计人员可以尽快确定路径，提高工作效率。

该系统还有不完善的地方，特别是电力勘测设计专业性较强，在数据采集、数据格式、以及图纸格式方面都有不同的要求，这些都应在使用中不断改进和完善。

参考文献：

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