DMC数码航测技术在变电站站址优化中的应用

孙运涛

(北京洛斯达数字遥感技术有限公司，北京 100120)

DMC数码航测技术在变电站站址优化中的应用

孙运涛

(北京洛斯达数字遥感技术有限公司，北京 100120)

基于DMC平台和航空摄影测量技术，本文通过工程实际应用阐述DMC航摄仪用于变电站区域网空三加密的具体方法，并结合工程试验数据分析DMC数据的平面和高程精度，探索该技术在变电站站址优化中的应用。

DMC；航空摄影测量；站址优化；精度分析。

1 概述

传统的变电站选址的方式是根据已有的1∶5万和1∶1万的地形图进行选址，其大多为20世纪60年代、70年代的陈旧信息，实际地物发生了很大变化，特别是房屋及其它建筑物，传统方法很难规划出经济的所址和出线方案。现阶段大多利用卫星数据和普通航片通过航空摄影测量技术进行变电站优化，考虑到出线规划、工程成本控制、保护农田、林木砍伐、土石量开方等破坏环境的因素，如何提高换流站站址优化数据精度、更好的辅助变电站站址优化，及出线路径规划等问题，值得深入研究。目前以DMC为代表的框幅式数码航摄仪已得到广泛应用，因其分辨率高、纹理细腻、影像清晰而提高数据质量和工作效率。本文通过向家坝－溪洛渡1000 kV特高压工程中赶场坝测区论述了DMC航摄仪用于变电站区域网空三加密的具体方法。

2 DMC航摄仪及应用简介

DMC(Digital Mapping Camera，简称DMC)航摄仪是美国Intergraph 公司于2001年开始开发的一款数字框幅式航摄相机，它含有4个7K×4K高分辨率全色镜头，4个多光谱3K×2K镜头(红、绿、蓝、近红外)和1个备用镜头，DMC数字航摄仪通过镜头的几何检校、影像匹配以及相机自检校和光束法空中三角测量技术等将4个全色镜头获得的4个中心投影的影像拼合成1幅具有虚拟投影中心、固定虚拟焦距(120 mm)的虚拟中心投影“合成”影像，分辨率为7680×13824。同样，4个多光谱镜头能获得覆盖4个全色镜头所获得影像范围的影像，通过影像匹配和融合技术可将4个多光谱镜头获取的影像与全色的“合成”影像进行融合，进而得到高分辨率天然彩色影像数据或彩红外影像数据(分辩率为7680×13824)。DMC具体参数见表1。

表1 DMC航摄仪具体参数

3 基于DMC的航空摄影和空三加密

3.1 航空摄影

DMC航空摄影除了一般送电线路的常规要求外，还要注意以下三点：

⑴方式：由于变电站优化及进出线走廊规划是在区域网内，为保证选址规划的宏观性和全局性，采用区域网航飞的方式。

⑵范围：规划出线一般考虑以换流站为中心3 km范围，因此航飞区域一般为变电站为中心周边6 km×6 km范围。

⑶比例尺选择：在电力勘测中换流站设计一般需绘制1∶2000或1∶1000大比例尺地形图。按照国标GB6962-86中2.3.3.3款规定选择航摄比例尺，如表2所示。目前DMC航摄仪没有统一规范，如果成图1∶2000可以选择1∶15000左右比例尺航飞，最大可以放到1:20000航摄比例尺。

表2 比例尺的选择

3.2 像控点布设

像控点为航测内业空三加密及测图依据，分为平面控制点、高程控制点、平高控制点三种。区域网布设外控点要满足1∶5000正射影像成图和1∶2000数字化测图的精度要求。

按照国家标准GB15967-1995中3.2数字化测图的精度。内业加密点对野外控制点的中误差不得大于表3、表4中的规定。

表3 平面精度 单位：mm

表4 高程精度 单位：mm

对于传统航摄数据影像来说，区域网的平高点按照周边密集布点的方式，基线旁向控制点间的跨度，平地、丘陵地不大于3条航带，山地、高山地不大于4条航带；航向相邻控制点间的跨度按下面公式估算。

式1中，ma为加密点的平面中误差，/mm；mh为加密点的高程中误差，/m；K为像片放在成图倍数；H为相对航高，/m；b为像片基线长度，/mm；mq为量测的单位权的中误差；n为相邻控制点的像片基线数。

一般采用按航带布点的方式，航向之间按上式计算间隔跨度，满足单航带布点要求，旁向之间保证相邻航带之间均有公共点，即控制点选在旁向重叠中线附近，离开中线不大于3 cm，当旁向重叠过大时分别布点。而在换流站周围小范围内采用全野外布点方式，提高测图精度。

赶场坝测区工程计算航向间隔跨度由表5可以看出，对于DMC数码影像来说，理论上不超过5条基线跨度可以满足1∶5000正射影像图和1∶2000山丘地数字化测图高程精度要求。

表5 控制点分布跨度

3.3 航测内业

赶场坝测区完成航飞5条航带，每航16张像片，航摄比例尺是1∶15000，整体数据量较大。采用海拉瓦全数字摄影测量系统进行空三处理过程如下：

⑴影像输入：输入相机参数，通过批处理的方法使原始影像(*.tif)生成放大4倍至缩小256倍的金字塔影像。批处理的同时生成影像支持文件(*.sup)、内定向文件(*.iop)等空三项目基础文件。

⑵内定向：DMC数码影像，影像内定向残差均为0 (具体顺序见图2中的1、2、3、4，单位mm)。内定向相片坐标系示意见图1。

图1 内定向相片坐标系图

⑶自动点测量与交互式编辑：区域网空三首先量测像片的航向和旁重叠度，提高自动空三的成功率。海拉瓦系统设置航向重叠度是用%形式表示，相邻两张像片均需设置，这与单航带的设置一样。旁向重叠只设置相邻航带的起始像片，用像片主点相对距离的方式表示，即上一条航带第一张像片主点为原点，航飞方向为X，垂直方向为Y方向，量测相邻航带第一张像处主点相对此像片主点的位置，因此一般y值为负，x值可正可负。最后一张像片旁向重叠量测方式相同，这样可以测得各相邻航带旁向重叠参数。

自动点量侧按照设置好的3×3模板进行自动连接点提取，保证每个标准点位至少两个连结点(TIE点)。自动提取完成后应尽量检查编辑点位，对量测失败点位进行人工量测加密，并量测相应的三度重叠和旁向重叠。连结点提取时所采用的布点模式见图2。

图2 连接点提取时的布点模式

⑷像片控制点量测：根据外业控制点位和描述，在立体像对上量测控制点，不能擅自改动位置或更改像控点用途。

⑸生成地面模型(DTM)：区域网一般按照单航带生成DEM，每航约7片左右，按步距10m×10m，经过自动地形采集(ATE)建立不规则的三角网数字地面子模型，对于子模型与实际地形不相符的情形可通过人工干预编辑。将分段DTM合并成单航DTM，然后将数航合并形成区域网的规则格网模型。

常规胶片航空摄影从摄影到数字影像的过程会产生很多系统误差，如摄影物镜畸变差、摄影材料的几何变形、胶片的压平误差、底片暗匣的改变过程等都会使加密成果受到系统误差影响，经常要使用自检校法补偿系统误差而提高加密精度。而DMC航空影像则避免了上述过程中的影响因素，很大程度上减少了系统误差对空三加密成果的影响，提高了加密精度。

4 DMC数据精度检测

4.1 平面精度检测

本次工程换流站位于西南地区，地形条件较复杂，寻找平面检测点难度不小，本试验选取了换流站站址内已测特征点，与立体模型下进行计算比较，参照差值见表6。

表6 赶场坝换流站平面检测差值表(DMC与外业检测点)

4.2 高程精度检测

赶场坝测区外业实测高程检测点340个，经过在立体模型下观测比较，算术平均值-0.11m，高程中误差0.24m，高程差值分布为-0.61～0.42，见图3、图4、图5。

由误差统计及概率论可知，误差出现在 [-σ, σ]， [-2σ, 2σ]， [-3 σ ,3σ]区间的概率为：P(-σ≤Δ≤σ)＝68.3%，P(-2σ≤Δ≤2σ)＝95.5%，P(-3σ≤Δ≤3σ)＝99%。而本工程检测数据的误差分布为：

P(-σ≤Δ≤σ)＝6 8.8%，P(-2σ≤Δ≤2σ)＝97.6%，P(-3σ≤Δ≤3σ)＝100%高程误差分布合理，精度满足要求。

图3 像控点、检查点分布图

图4 高程差值分布图

图5 高程差值分布图

5 变电站站址优化应用

5.1 土石方计算应用

利用已有变电站站址DEM数据，在海拉瓦系统中基于MicroStation软件开发的程序可以实时计算土石方量，或在填挖方量平衡基础上确定变电站地平标高。可以按照站址不同位置、形状、坡度和标高计算其开挖量。

以赶场坝换流站站址为例，计算开方最小的方案：由于地形较复杂，站址上有两个池塘，边坡土石方量较大，因此换流站填挖方的标高选择相对关键，首先选择与地面相近的一个标高段进行计算，比较计算结果看填挖量是否平衡，进一步优化填挖方标高、填挖方比例及采样间隔等数据，可计算出更平衡的填挖方量，以减少环境污染、减小土石方填挖差值。如图6、图7。

图6 土石方平衡计算参数设置

图7 土石方平衡后填挖方模拟

表7 土石方平衡计算结果

通过土石方平衡计算，比较不同方案的土石方工作量，从而可以比较成本，选出较优方案。

5.2 正射影像图及地形图成图

⑴正射影像图：选定了站址影像数据和DTM快速镶嵌，提供不同的采样间隔值，可以在换流站范围生成多种大比例尺正射影像。在叠加等高线、标注变电站，公里格网、地理名称以及调绘的电力线、通讯线等信息，满足影像地形图要求。

⑵矢量地形图：采用全数字摄影测量工作站JX4C进行1∶2000矢量测图，由于DMC影像分辨率为12μm，影像数据信息丰富，清晰度高，且JX4C矢量测图功能相对完善，立体模型影像非常清晰。为进一步提高成图的平面和高程精度，可采用放大1.2倍或1.3倍的核线采样倍率进行核线重采样,使立体模型影像大而清晰，提高立体模型影像的观测精度。但是由于DMC影像数据的摄影基线较短，会对高程精度产生一些影响。针对这一问题，根据DMC影像分辨率高的特点，进行1∶2000矢量测图时把立体模型影像放大3至4倍，并调整影像的亮度和反差到最佳进行地物、地貌测绘，这样可以有效提高立体模型影像的观测精度，进一步提高平面和高程精度。

5.3 变电站出线规划

根据加密后DMC立体模型，结合正射影像图，精确量测变电站各个出线门架与进线门架的坐标、距离、角度等，进行区域内多条线路整体规划。从立体模型上可以清晰观测变电站周边区域的环境、地形、植被、房屋、河流、电力线和通信线等信息，为变电站出线规划建立高精度辅助设计平台，科学合理规划进出线路布局。

5.4 变电站三维漫游

按照变电站范围生成地面模型和正射影像并严格匹配，将海拉瓦格式DTM转成等高线，利用3DMAX从等高线生成三角网构成地形，将正射影像投影到地面上，按优化设计方案换流站放置到地面，并对变电站进行三维建模，设置相机和目标路径，最终生成三维动画。最后进行视频剪辑，配合文字注解和音乐，完成后期制作。

6 总结

相对于传统航片的站址优化，利用DMC数码影像开展变电站站址优化设计优势明显。DMC数码影像，分辨率高、纹理细腻、影像清晰，不需要弥补作业中带来的系统误差，提高了作业和成图精度。利用海拉瓦全数字摄影像测量系统为变电站站址优化提供丰富的测量产品：大比例尺地形图成图、精确的土石方平衡计算、变电站三维漫游、变电站出线规划等。有效提高了变电站站址优化实用性，尽可能辅助设计降低环境破坏程度、减少野外测量工作、节约资源，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。

[1]殷金华，郑小兵，邹立．海拉瓦技术在变电所勘测设计中的应用[J]．电力勘测设计，2004，(4)．

[2]DL/T 5138-2001，架空送电线路航空摄影测量技术规程[S]．

Application of DMC Digital Photogrammetry Technology to Substation Site Optimization

SUN Yun-tao
(Beijing North-Star Digital Remote Technology Co.Ltd., Beijing 100120, China)

Based on DMC platform and photogrammetry technology, this study illustrates the speci fi c methods of DMC aerial photographic camera appling in lan aerial triangulation in substation through the practical application in projects.Moreover, the study combines the projects experimentation data to analyse the plane and elevation precision of DMC data and explore the technology in the application of optimizing substation site selection.

DMC; photogrammetry; site optimization; precision analyse.

TM75

B

1671-9913(2011)01-0064-06

2010-11-16

孙运涛(1978-)，男，山东日照人，工程师，主要从事摄影测量工作