山西运城抽水蓄能电站三维地表模型的研究与实现

朱超乾，刘东庆，刘晓波

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

山西运城抽水蓄能电站三维地表模型的研究与实现

朱超乾，刘东庆，刘晓波

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

结合DPGrid、VirtuoZo、Civil 3D、Skyline四种软件，以山西运城抽水蓄能电站为例，阐述了三维地表模型实现的工作流程与方法，所生成的三维数字模型为电站三维设计提供了基础测绘保障。

DPGrid；VirtuoZo；Civil 3D；Skyline；三维地表模型。

在传统的水电站设计中，二维地形图是最常用的设计底图，但随着科技的发展，二维地形图已经不能完全满足设计需求，人们越来越重视含有丰富三维地形地貌信息的三维地表模型。尤其是近些年“数字电站”概念的提出，更加凸显了实现三维地表模型的重要性。本文结合山西运城抽水蓄能电站项目讲述了三维地表模型的实现过程。具体工作流程见图1。

1 无人机低空摄影

无人机低空摄影是当前航空摄影测量的主流方式，相对于传统有人机航空摄影，它具有轻小、成本低、高分辨率、机动灵活等特点。

山西运城抽水蓄能电站工程区范围约为20 km2，面积相对较小，无人机低空摄影测量技术是模型生产的最佳方式。测区内地形起伏，高差变化大，海拔介于400～1150 m。使用普通相机进行影像拍摄无法同时满足测区最低点分辨率和最高点重叠度的要求，由此而引起的分区摄影，将不利于无人机外业航飞及内业处理。经比选最终选定分辨率为10328×7760像素的飞思IQ180相机，充分利用该相机拍摄所具有的基高比大、像幅大、像片数量少的特点，一方面在保障模型高程精度的基础上，可以减少野外像控点布设数量；另一方面也给内业数据处理带来便利。

航拍平台采用DM-150型固定翼无人机，依据工程区1∶2000地形图成图要求对测区最低点分辨率和最高点重叠度进行设计，设计确定的最低点分辨率为15 cm，最高点航向重叠度为65%，旁向重叠度为35%，全测区共布设航线16条，拍摄航片共计452张。

图1 三维地表模型工作流程

2 空中三角测量

空中三角测量采用DPGrid软件完成，DPGrid数字摄影测量网格系统拥有先进的数字影像匹配、高性能并行计算、海量存储与网络通讯等技术，能够完美处理飞行姿态与影像质量相对较差的无人机低空摄影航片。

空中三角测量作业流程见图2。

图2 空三加密作业流程

电站工程空三加密共用到像控点59个，其中平高点40个，高程点19个。

整个空三经过影像畸变纠正、航带设置、自动匹配、自动挑点、交互编辑、区域网平差等步骤，最终输出空三加密结果。

3 数字线划图(DLG)生产

1∶2000比例尺地形图线划图生产利用VirtuoZo全数字摄影测量工作站IGS测图模块完成。IGS测图模块具有无缝漫游、自动模型切换的特点，能大幅提高作业效率。

将DPGrid完成的空三成果输出到VirtuoZo全数字摄影测量工作站，生成核线影像和立体模型，然后进行内业线划图采集。内业采集按照地物采集、等高线采集、高程点采集、图幅接边等步骤进行。

以此，学校在开展物理教学“对分课堂”时，应当做好充分的准备.前期要展开深刻的调研活动，了解学生对物理学习的偏好，把握住学生的兴趣点，有针对性的开展适合本校、适合人教版教材的教学方法、另外，教师也要做好充分的课前准备，到有经验的学校展开观摩学习、交流研讨，深刻体会“对分课堂”的教学内涵，把物理教学真正融入到教学当中.

内业采集完成后，结合外业调绘的路面、河流、坡坎、电杆等特征数据和地名、沟名、等属性信息进行地形图编辑，并经图廓整饰后输出成果，提供给后序设计专业使用。

4 三维地形曲面(DEM)生产

DEM生产的方式多种多样，可以直接在DPGrid软件里面利用线划图生成或者利用模型匹配生成，也可以利用Civil 3D生成三维地形曲面。此次DEM采用Civil 3D进行生产，以便充分利用地形图原有精度，使得三维地形曲面更为精细。

Civil 3D是Autodesk公司在基础设施行业推出的一款适用于多领域、一体化、智能化的三维设计软件，在水电设计行业已经得到了广泛的应用，因此运用Civil 3D生成的三维地形曲面已逐步成为电站三维设计的基础模型。

为了方便设计专业对三维地形曲面的应用，需要通过下述方法保证地形曲面精度，同时精简曲面数据量：

(1)进行等高线检查，避免高程错误及拓扑关系错误。

(2)对等高线滤波处理，实现等高线结点的必要精简。

(3)提取特征线，如公路、河流、坡坎等线状地物，提高特殊区域的地形精度。

(4)提取特征点，如居民地、山顶、山脊、山谷处高程点，保证三维地形曲面的完整性。

最终利用等高线、特征线、特征点等地形数据创建三角网曲面，以不规则分布的采样数据来映射复杂多变的地形表面，正确反映河流、道路、湖泊以及局部区域的地形特征，建立完成高精度三维地形曲面。

5 数字正射影像(DOM)生产

数字正射影像是依托DEM对原始影像进行数字微分纠正而形成，因此DEM的精度直接决定着正射影像图的精度。

在航拍摄影时，受阳光投射角度不同、光线强度变化以及相机自身局限等因素影响均可能造成相片曝光的不均匀性，致使航片之间的色调及色彩存在或多或少的差异。因此必须要对航片进行色调和色彩的均衡处理，以保障相片整体拼接后达到比较好的图面效果。

山西运城抽水蓄能电站的正射影像图生产采用DPGrid软件进行，将Civil 3D生成的DEM和原始影像导入DPGrid，通过标准模板的匀色选项进行各航片的匀光匀色处理，使像片色调基本保持一致后整体拼接，并将地面分辨率设置为0.2 m，经整理输出电站工程摄影区域的正射影像图。

6 三维地表模型实现

三维地表模型采用Skyline系列软件生成。Skyline可以利用海量的航测影像数据、数字高程模型数据以及其它二维、三维数据构建三维场景、模拟现实世界，是制作大型真实三维数字场景的优秀软件。

采用Skyline系列的TerraBuilder软件将三维地形曲面(DEM)和整个工程区的正射影像进行融合，生成整个工程区的三维地表模型，然后利用TerraExplore软件进行浏览。最终生成的山西运城抽水蓄能电站三维地表模型见图3。

图3 山西运城抽水蓄能电站三维地表模型

利用TerraExplore软件进行三维地表模型的浏览具有以下优点：

(1)在三维地表模型的基础上可以加载水电工程布置的三维模型(支持.X文件)。

(2)具有量测功能、信息检索与定位、属性查询、信息统计、指标计算、视线分析、缓冲分析、日照分析、最佳路径分析、淹没分析等查询与分析功能。

(3)可在地表模型上实现断面剖切、道路设计、边坡显示、填挖方设计与显示等。

(4)设计人员可以直观查看现场地形条件、水工建筑物布置情况，辅助设计等；决策人员可以进行方案比选，辅助决策。极大地提高了设计与决策的工作效率。

(5)SkyLine具有二次开发接口，可以根据需要进行相应的程序设计。

7 结语

伴随水电工程建设技术的不断发展，单一的测绘产品难以全面满足设计对基础测绘资料的需求，为进一步提升测绘成果质量、提高工作效率、丰富测绘产品内容，在工程实践中不仅要积极推动测绘新设备、新技术、新方法的投入与应用，还应充分运用计算机技术，通过各种计算机软件的融合、调用及开发，不断扩展测绘成果的应用范围及内涵，一方面为电站设计提供满意的测绘服务保障，另一方面也是今后测绘专业提高产品附加值的有效途径。

[1]武汉适普软件有限公司．高性能海量框幅式影像数字摄影测量网格[Z]．

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Research and Realization of 3D Digital Surface Model of Pumped Storage Power Station Yuncheng

ZHU Chao-qian, LIU Dong-qing, LIU Xiao-bo
(Power China Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing 100024, China)

Combined with DPGrid, VirtuoZo, Civil 3D and Skyline, Yuncheng pumped storage power station in Shanxi is taken as a case to explain the workflow and method for implementation of 3D surface model. The generated model provides basic surveying and mapping guarantee for the 3D design of power station.

DPGrid, VirtuoZo, Civil 3D, Skyline, 3D surface model.

P2

B

1671-9913(2016)04-0027-03

2017-03-01

朱超乾(1984- )，男，河南洛阳人，工程师，从事水利水电工程测绘工作。