倾斜摄影测量中像控点数量对模型精度的影响研究

毛清政

摘  要：随着国家电网公司提出“三型两网”总体发展目标，智能化、自动化、集成化管理运作模式也即将成为电力企业发展的首要目标，无人机技术的应用成果无出其右。从电力巡检到日常运维，从智能测绘到工程规划，无人机倾斜摄影测量技术在电力企业中精密性高、客观条件恶劣的诸多复杂工程项目中均展现高效率、高质量的工作水平。文章基于倾斜摄影测量中像控点数量对模型精度的影响展开论述，简要分析其工作环节，探讨如何提高无人机技术在电力企业的工作成效。

关键词：电力企业;倾斜摄影测量技术;无人机;模型精度;测绘

中图分类号：P208 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）32-0059-02

Abstract： With the overall development goal of "three types and two grids" put forward by the State Grid Corporation， the operation mode of intelligent， automatic and integrated management will soon become the primary goal of the development of electric power enterprises. The application of UAV technology is second to none. From electric power inspection to daily operation and maintenance， from intelligent surveying and mapping to engineering planning， UAV tilt photogrammetry technology shows high efficiency and high quality in many complex projects with high precision and poor objective conditions in electric power enterprises. This paper discusses the influence of the number of image control points on the model accuracy in tilt photogrammetry， briefly analyzes its working links， and discusses how to improve the effectiveness of UAV technology in electric power enterprises.

Keywords： electric power enterprise; tilt photogrammetry technology; UAV; model accuracy; surveying and mapping

近几年无人机低空倾斜摄影技术的出现，打破了无人机正射影像的拍摄角度局限性，最早运用在国际测绘领域，随着现代城市化、工业化建设的不断推进，相关工程项目建设、规划及巡检等工作也逐渐淘汰了人工操作，倾斜摄影测量技术也逐渐融入相关工业工程建设中。无人机倾斜摄影测量技术主要是指在机身上搭载多个传感器（通常为摄像头），从垂直正射和其他倾斜角度（前后左右）采集信息数据，用于被摄场景的三维建模。倾斜摄影数据还是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种类型的数据资料[1]。从广义的角度分析，倾斜摄影技术更像是一个数据采集和转换的处理系统，由于其工作效率高，操作流程简便，在诸多人为操作有危险性和风险性的工作中，应用效果较好。以电力公司为例，电力工程项目前期勘测和设计工作，必须依赖于真实准确的实地数据信息，小型无人机结合倾斜摄影测量技术能够通过采集的拍摄场景数据在计算机中进行实地场景的三维建模，有利于输电线路的排布、必要的防范措施、水文地质条件的合理应用及保护等。这种快速地理信息获取的好处就在于能够大幅减少工程建设成本，确保工程项目质量，提升可行性与安全性。

1 倾斜摄影测量中的相关技术概述

1.1 数据预处理

数据预处理主要是处理航摄相片和POS数据，根据事先编写好的航拍程序，有针对性地对拍摄场景的亮度、光照情况、温度、降噪。尤其是电力企业在应用过程中要考虑电磁场对无人机正常运作的干扰影响，还要加强相关装置保护，保证航片数据真实准确。

1.2 多视影像区域网联合平差

采用区域网联合平差来处理倾斜摄影数据，主要解决建筑物或山体林木对于所要拍摄场景的几何变形和遮挡问题，通过POS数据中得到的倾斜图像外方位元素，采用由粗到精的金字塔匹配策略在每一级像片上进行同名点的自動匹配以及区域网光束法平差，能够得到较好的同名点匹配结果。同一时刻，构建了连接点与连接线、POS数据与GPS/IMU数据的倾斜图像自检校区域网平差的误差方程，对其采用联合平差计算，来确保平差结果精度能够满足要求[2]。

1.3 多视影像密集匹配

多视影像密集匹配， 主要是在密集匹配过程中面对可能会产生大量冗余信息精确倾斜图像的同名点坐标，直观获取信息，匹配目标。

1.4 数字表面模型生产

通过密集匹配得到高密度真彩色点云，再由其构成TIN三角网，进而形成了高分辨率以及高精度的数字表面模型，在获取该DSM数据后，对其采取滤波处理，同时将有差异的匹配单元融合，构成最终数字表面模型，可以充分表达地形、地物起伏特征。

1.5 三维模型及真正射影像生成与纠正

对无人机获得的图像进行处理以后，采取可建模软件生成三维模型。真正射影像纠正是基于数字表面模型，依据物方不间断的地形地貌以及离散的地物的几何特点，利用提取表面特征、面片拟合以及重建屋顶等方式来获取物方语义信息，再由图像分割、边缘信息的获取以及纹理聚类等方式来得到像方语义信息，然后利用前期的匹配结果将创建各个方面的的同名点对应联系，从而进行全局优化的采样策略和考虑到的几何辐射特征的联合纠正，再对整个图像进行匀光匀色，实现了倾斜图像的真正射纠正。

2 倾斜摄影测量中像控点数量对模型精度的影响在电力工程中的应用

2.1 精度分析

无人机倾斜摄影测量技术中的像控点数量对模型精度的影响对于分解计算影像坐标，分析处理场景数据信息，测量测绘等工作中都有重要影响。在复杂电力工程的勘测中就需要在前期针对建筑、交通、地形、水系等实地信息进行了解，选择合适的时间以及无人机的起降位置。比如变电站征地面积的划分，通过无人机收集的数据，分析变电站超出征地红线范围的面积，来优化工程财务预算管理。亦或是了解当地水系的分布情况，讨论后期电力工程建设过程中的用水方案，应避免与周边生活设施产生联通。通过提升像控点数量来强化对于郊区城市、林业区、山地的生物要素观察细节，对于电缆、输电线路敷设路径、水文、地质情况优化工程建设方案。

2.2 电力路巡检

利用无人机对输电线路进行日常巡视和检查，不受任何地形和地貌因索的影响。特别适用于陡峭山体，多河床河道地貌的线路巡视检查工作。搭载的高清摄像设备可以实时定位和监控传输线上产生的故障。地面控制人员可以根据地面站回传实况信息找出线路存在的缺陷和主要隐患。从而提高杆塔巡检的效率，节省了大量人力和财力，提高了线路巡检质量，确保输电线路的安全运行。有效提高电力工程视频监控系统的覆盖范围，对于整体运作情况也有较好地实时监督和管理。如线路部分可以针对设计阶段存在不合理的布局情况和设计进行排查。进出线间隔、线路走廊、线路排布等工作进行完善。同时对于每一基杆塔选用的形式也要综合考量，重点关注塔基堡坎、护坡排水方案。遇线路交叉跨越等问题[3]。倾斜摄影测量中像控点数量对模型精度的影响在某种意义上强化了智能巡检的效率，提升了检验准确率，减少了人工复检的频率，更加侧重于对于电力设备运维。其利用可见光和红外热像仪设备对输电线路全程进行巡视监测，可实现对输电线路的定期巡视检查，以便及时了解输电线路的运行情况，以及周围环境和线路保护区域的变化情况，是现阶段掌控电力运行和线路维护不可或缺的手段。

2.3 通道地表三维点云重建方法

无人机架线技术也是结合像控点数量把控，实地还原三维场景，精准布设，使用无人机架设恶劣环境的输电线路，诸如丘陵放线、山河湖海跨越放线、丛林放线、跨越线路及交叉穿越线路等等。电力线路通道地表的三维重建是通过影像密集匹配方法从立体像对中提取稠密三维点云来实现的。像片控制点是直接为摄影测量的控制点加密或测图需要而在实地布设并进行测定的控制点。包括仅具有平面坐标的像片平面控制点和仅具高程的像片高程控制点及同时具有平面坐标与高程的像片平高控制点。像控点的精度和数量直接影响到航测数据的处理质量，其布控必须规范、严格、精确，不能单以数量为主。以电力巡线树障检测为例，航向、航高及航程都需要精确测量。由于影响空间分辨率有限，要减小投影差对空中三角测量中连接点的匹配影响，无人机倾斜测量航摄要取较大的重叠度，随后根据电力塔杆的位置、树障、房障、石障、交叉跨越等情况合理安排无人机航线，对于航高设计，也要考虑到地面高程最大处的航向和旁向重叠度。这就意味着拍摄区域的像控点要根据航线均匀合理布控，如果是带状测区，布点需要在带状的左右侧布点，可以按“S”字型路线布点，左右侧指航测区域内的范围，并不是没有航线的地方。一侧临近点位距离按照GSD和实际情况而定。

2.4 故障检测运维的应用

电力企业供电单位流传着“宁翻三座山，不登一级塔”的俗语，这意味着电力杆塔的日常运维检修和故障检测是具有极大的风险性和工作难度的。近年来，随着城市化建设全面推进，户外电力桿塔故障问题、异物情况引起的线路异常，严重影响当地电网运行。通道障碍物隐患检测也是无人机技术应用的重要措施，在完成电力线通道地表及导线的三维重建以后，可恢复出相机摄影时的输电线路通道真实的三维点云场景，然后通过计算地表三维点云和导线之间的空间距离检测超限点，然后根据障碍物点云间的拓扑关系进行聚类分析，并分析它们的纹理特征，将相互邻接的超限点合并为一个障碍物，区分障碍物所属类别并评定障碍物的危险程度及可信度。随后使用无人机相关技术对输电线和电力杆塔进行除障，比如无人机带电喷火处理，使用雾化水珠状汽油作为燃料，通过喷洒浸染，助燃熄灭，来避免火焰与电场力作用的负面情况，大大缩短清障时间。

3 结束语

随着无人机技术的飞速发展，采用倾斜摄影测量建立三维实景模型测绘大比例尺地形图技术已在许多行业代替人工操作相关技术工作，高精度的三维实景模型，能够落实精确、真实的数据资料，优化设计与建设方案。无人机倾斜摄影测量虽然突破传统航摄的局限性，但是现阶段理论体系不够完善，实际应用案例存在偶然性，仍然需要大量实践创新和改进，丰富成果，以推动无人机倾斜摄影技术的发展前景，优化像控点布设的密度和精度，促进在电力行业中的应用与发展。

参考文献：

[1]毕波，喜文飞.倾斜摄影测量中像控点数量对模型精度的影响研究[J].甘肃科学学报，2018，30（6）：24-28.

[2]白天路，张长书，孙步阳，等.无人机倾斜摄影测量技术在电力工程中的应用[J].百科论坛电子杂志，2019，（15）：428-429.

[3]周小红，李向欢，石蕾，等.无人机倾斜摄影技术在电力巡线树障检测中的实践应用研究[J].电力大数据，2019，22（8）：53-59.