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基于三維立體模型進行線路選線和測量的探討

發布時間:2012-09-26 10:53所屬分類:電力瀏覽:1加入收藏

本文結合500KV姜家營子—承德送電線路工程,闡述了在三維立體設計平臺3Dmp上開發的電力線路選線和測量軟件的使用方法和作業流程,并對結果進行分析和

  摘要: 本文結合500KV姜家營子—承德送電線路工程,闡述了在三維立體設計平臺3Dmp上開發的電力線路選線和測量軟件的使用方法和作業流程,并對結果進行分析和評述。
  關鍵詞:  立體像對,正射影像, 數字高程模型, 3Dmp, Pld , Plm
  Abstract: combining with 500 KV ginger camp son home-chengde transmission lines engineering, this paper describes the three dimensional design platform 3 Dmp developed on power line route and measuring the use of the software method and work flow, and the results are summarized and analyzed.
  Keywords: three-dimensional like to, are projective like, digital elevation model, 3 Dmp, Pld, Plm
  中圖分類號: O343.2 文獻標識碼:A 文章編號:
  0引 言
  三維立體模型和測量是獲取電力設計數據的最佳方式之一,但這種方式在很長一段時間內,一直局限于單個立體模型。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立體模型提供了可能,其工作原理:以正射影像和立體像對為基礎,建立三維立體模型,立體像對的生成原理是將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。
  某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,突破了單個立體模型的局限,以正射影像和立體像對為基礎,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。對于電力工程而言,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。
  另外,考慮到在架空送電線路測量時的特殊作業方式和專業要求,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。因此,某公司在推出全數字攝影測量系統Virtuozo后,在其原有的三維設計量測平臺3Dmp的基礎上,根據電力部門的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。
  1系統主要功能
  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。
  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。
  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時,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。
  2作業流程
  3工程應用
  為了分析3Dmp、pld、plm的作業精度和效率,我們選取了姜家營子—承德500kv送電線路中第25航與傳統的作業模式進行比較。本次航空攝影比例尺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:
  按25um的分辨率掃描影像;
  該航線內布設8個控制點,使用GPS進行靜態控制測量;
  采用patB算法進行加密計算,控制點中誤差如下:
  附表1
點 名 Rx(m) Ry(m) Rz(m)
2405 -0.049 0.293 0.156
2406 -0.126 0.062 -0.018
2501 -0.277 -0.317 -0.061
2502 0.289 0.002 -0.022
2503 0.220 -0.061 -0.117
2504 0.217 -0.171 -0.084
2505 -0.300 0.091 -0.217
2506 0.025 0.101 0.147

  創建測區內各個像對的模型,生成核線影像并進行影像匹配;
  對匹配結果進行編輯,因為該線路區域是山區,植被覆蓋較多,又加上有村鎮和河塘,這些導致匹配的效果差,而直接影響到生成的DEM精度;
  生成DEM和正射影像;
  使用3Dmp生成整個區域的正射影像和立體像對。
  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像對,這時路徑將顯示在立體影像中,可將路徑調整(包括增減轉角和移動轉角位置)直至達到最佳效果,保存該路徑自動采取斷面,測量交叉跨越和房屋等平面地物,并生成房屋面積、交叉跨越等地物統計。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3米間隔采集5公里斷面不超過10秒鐘,可見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。下面我們將采集高程結果與外業測量的塔位高程進行比較,其精度情況見附表2。
  附表2
莊號 H1 H2 △H 備注 樁號 H1 H2 △H 備注
Z449 82.92 82.00 0.92 山地 Z473 32.01 32.1 -0.09  
Z450 56.46 59.20 -2.74 山地 Z474 31.55 31.4 0.15  
Z451 61.68 64.50 -2.82 山地 Z475 32.53 32.1 0.43  
Z452A 50.0 50.6 -0.60 山地 Z476 33.16 33.2 -0.04  
Z453 43.82 43.1 0.72 河堤 Z477 33.68 33.2 0.48  
Z454 41.73 42.1 -0.37 山地 Z478 33.32 32.8 0.52  
Z455 63.32 60.6 2.72 山地 Z479 32.64 32.6 0.04  
Z456 48.86 48.5 0.36 山地 Z480 32.79 32.7 0.09  
Z457 47.8 47.0 0.80   Z481 33.55 33.1 0.45  
Z458A 46.14 46.2 -0.06   Z482 33.39 32.6 0.79  
Z458 46.78 46.5 0.28   Z483 33.12 32.7 0.42  
Z459 43.16 43.1 0.06   Z484 33.10 32.7 0.4  
Z460 43.07 42.90 0.17   Z485 33.71 33.1 0.61  
Z461 41.65 41.50 0.15   Z486 34.77 34.0 0.77  
Z462 42.16 41.7 0.46   Z487 35.28 34.7 0.58  
Z463 42.36 41.6 0.76   Z488 39.53 37.5 2.03 河堤
Z464 36.00 35.8 0.2   Z489 39.31 37.3 2.01 河堤
Z465 34.55 34.5 0.05   Z490 34.3 34.4 -0.1  
Z466 37.08 36.8 0.28   Z491 31.62 31.8 -0.18  
Z467 38.10 37.5 0.6   Z492 32.12 31.5 0.62  
Z468 35.38 35.2 0.18   Z493 32.09 31.5 0.49  
Z469 35.61 35.3 0.31   Z494 32.09 31.5 0.59  
Z470 36.96 36.7 0.26   Z495 31.04 30.8 0.24  
Z471 38.07 37.2 0.87 河堤 Z496 32.67 32.2 0.47  
Z472 35.16 34.1 1.06 陡坎 Z497 32.38 32.3 0.08  

  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
  上表共比較50個塔位,其中小于0.5m的有30個,占60%,0.5m~1.0m的有14個,占28%,1.0m以上的有6個,占12%。這6個1.0m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。
  4結論
  通過以上數據結果可以看出,使用3Dmp生成整個區域的正射影像和立體像對,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路線設計要求,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、房屋面積統計量等資料,線路設計人員得以盡快確定路徑,提高工作效率。但是,該系統還有不完善的地方,特別是在數據采集、數據格式、以及圖紙格式方面與電力勘測的專業要求還不盡相同,這些都應在發展中不斷改進和完善。

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