基于倾斜摄影技术的智能输电线路三维实景设计

王新，牛大勇 ，台淼

（1.沈阳电力勘测设计院有限责任公司；2.沈阳祺鹏集团有限公司；3.辽宁有色地质局一0四队）

1 引言

架空输电线路是电力能源输送的主要载体。随着“智能电网”概念的提出，对于输电线路的优化设计，成为科学建设电网的重要环节。目前在输电线路设计中广泛使用的方法主要包括两类：一种方式是利用数字航空摄影测量工作站组建立体影像像对模型，得到数字影像成果并输出转化为线路平、断面图，最终达到二维、三维交互使用的输电线路优化设计平台。但是此种方式不能准确获得树木和房屋高度、层数和材质等信息，对于500kV以及特高压输电线路工程所需的房屋拆迁量统计、树木调查工作等支撑不够；另一种方式是将数字正射影像模型（DOM）和数字高程模型（DEM）叠加并构建输电线路三维场景，不过此种方式不能获得房屋、树木的准确高程，仅能为设计人员提供辅助参考的决策依据。

无人机倾斜摄影测量技术，突破了以前技术特点，全面、准确的建立路径范围内植被、房屋、铁路、公路、水系等地表信息的三维场景，其成果可以辅助线路设计人员更加直观、深入、高效地进行输电线路的优化设计工作。

2 无人机倾斜摄影测量技术

无人机倾斜摄影测量技术，它改变了以前无人机航空摄影测量只能利用单独高分辨率相机在垂直角度拍摄地表地物的局限，通过在同一无人机飞行平台上装载多台高分辨率相机（目前常用的是五镜头相机和两镜头）和传感器，同时从垂直、旁视和前后俯视等不同方向角度拍摄影像，可以获得地表更加完整准确的地物信息。相对于正射影像，倾斜影像能更加真实完整的反映出地表三维环境。利用计算机专业软件操作，通过空三加密测量能够获得三维立体影像，通过影像匹配可以生成三维实景，通过三维模型重建技术，可以生成可视化立体三维模型[1]，同时还可以对成果影像进行高度、长度、面积、体积、角度、坡度等属性量测[2]，这也是倾斜摄影技术区别于其他航测技术的典型特征。

3 基于倾斜摄影测量的三维实景输电线路优化设计技术

三维实景优化选线技术最早来源于美国军方海拉瓦（HALAVA)系统[3]。该系统是在基于无人机倾斜摄影测量技术构建的立体三维地表模型的基础上组建。参与设计的各专业人员在真实的三维实景下，可以直观、准确地获得当前地表的属性信息，使线路路径方案建立在“立体三维化”、“三维数字化”、“全局立体化”的决策基础上，得到路径优化、合理的设计方案。具体来说，整个三维实景输电线路优化设计平台分为三维立体模型构建-架空线路方案优化设计-成果检验及提交三大方面。

3.1 三维立体模型构建

结合采集信息，测绘人员采用裸眼3D的观测方式，通过稠密匹配技术建立TIN（不规则三角网），对场景进行三维建模，再利用三维模型的形态和位置从原始影像中选择最优的纹理，进行纹理间的色调一致性拼接和改正，最后得到真实立体感的三维模型。

3.2 架空线路方案优化设计

3.2.1 进行初期路径方案三维实景比选

三维实景立体模型可以表示出地表任意一点的真实坐标、高程以及点与点之间的真实距离、相对高差等基本信息。在线路选线的过程中，线路设计人员通过线路沿线的测区概况，按照地质情况稳定、路径长短、交通便利、跨越处最佳四个因素，结合地区规划，合理地避让线路沿线的自然风景保护区、采矿场、城乡开发区以及飞机场、导航台、无线电发射台等军事和民用重要设施。最终，综合以上信息因素，在三维实景立体模型的环境下比选出最优化的初期线路设计方案。

3.2.2 进行全数字航测系统精化平断面测绘

测绘人员利用手轮、SD眼镜、脚盘等航空摄影测图设备，根据现场实地获取的耐张塔坐标数据，在三维实景立体模型中准确地提取线路中线、左右边线、危险点、风偏点等所在位置的精确坐标数据和高程数据，不仅能够减少外业测量人员的野外劳动强度，还能大大降低线路行进方向上植被的砍伐。

3.2.3 进行基于精化平断面地形数据的塔杆排位

线路设计人员依据精细化平断面数据，可以对线路沿线的微地形以及相对高差做出判断，准确获取线路中心至沿线建筑物的距离、线路中心交叉跨越铁路、高压线、河流、公路等信息，最终达到塔杆布设方案优选的目的，做到“瞻前顾后、左顾右盼”，从而达到“线（路径）中有位（塔位）、以位正线”的线路设计原则。

3.2.4 进行线路全线三维实景漫游

设计人员将立体模型的数字高程模型（DEM）、数字正摄影像模型（DOM）进行配准、叠加，最终创建线路全线大场景三维实景立体模型。在大场景三维实景立体模型中可以自动选择杆塔模型并输入电力线的弧锤K值，真实地展现输电线路设计成果，同时可自定义飞行路径并进行三维漫游，从而对线路走廊的合理性和可行性进行综合评价，为设计评审阶段提供科学的依据。

3.3 成果检验及提交

通过三维实景输电线路优化设计平台，整个阶段能够提供的成果如下：

1）航空影像路径方案图；

2）线路平面图及转角塔坐标数据；

3）线路精化平断面图；

4）三维实景立体模型及数字化地表模型；

5）塔基断面图、塔基地形图；

6）三维实景架空线路漫游模型；

7）拆迁房屋统计表；

8）线路沿线大场景三维实景立体模型。

4 应用效益分析

1）应用倾斜摄影测量技术构建输电线路走廊三维实景立体模型平台，改善了传统线路选线对全局把控不好的缺点，作业成果保证了基础地表信息的精度，实现了优化选线与测图的一体化工作，改进了优化选线设计模式，将大部分外业工作转化为内业工作，缩短了工期，提高了生产效率，降低了外业测绘人员的劳动强度。

2）有效合理控制工程整体造价。合理缩短了路径全线长度, 优化杆塔排位, 可以减少杆塔的使用数量, 进而减少了钢材使用量，降低了工程的整体投资资本。

3）减少树木砍伐，保护环境。当输电线路从林区跨越时，通过准确量测树木高度，从而优化杆塔塔高设计，尽可能地减少树木的砍伐，保护了林业资源和生态环境。

4）成果资料可为智能化电网提供基础数据,也可为线路后续的施工改造及运行维护提供便捷的服务。