王新，牛大勇 ，臺(tái)淼

（1.沈陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司；2.沈陽(yáng)祺鵬集團(tuán)有限公司；3.遼寧有色地質(zhì)局一0四隊(duì)）

1 引言

架空輸電線路是電力能源輸送的主要載體。隨著“智能電網(wǎng)”概念的提出，對(duì)于輸電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為科學(xué)建設(shè)電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。目前在輸電線路設(shè)計(jì)中廣泛使用的方法主要包括兩類：一種方式是利用數(shù)字航空攝影測(cè)量工作站組建立體影像像對(duì)模型，得到數(shù)字影像成果并輸出轉(zhuǎn)化為線路平、斷面圖，最終達(dá)到二維、三維交互使用的輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)。但是此種方式不能準(zhǔn)確獲得樹木和房屋高度、層數(shù)和材質(zhì)等信息，對(duì)于500kV以及特高壓輸電線路工程所需的房屋拆遷量統(tǒng)計(jì)、樹木調(diào)查工作等支撐不夠；另一種方式是將數(shù)字正射影像模型（DOM）和數(shù)字高程模型（DEM）疊加并構(gòu)建輸電線路三維場(chǎng)景，不過(guò)此種方式不能獲得房屋、樹木的準(zhǔn)確高程，僅能為設(shè)計(jì)人員提供輔助參考的決策依據(jù)。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，突破了以前技術(shù)特點(diǎn)，全面、準(zhǔn)確的建立路徑范圍內(nèi)植被、房屋、鐵路、公路、水系等地表信息的三維場(chǎng)景，其成果可以輔助線路設(shè)計(jì)人員更加直觀、深入、高效地進(jìn)行輸電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，它改變了以前無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量只能利用單獨(dú)高分辨率相機(jī)在垂直角度拍攝地表地物的局限，通過(guò)在同一無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)上裝載多臺(tái)高分辨率相機(jī)（目前常用的是五鏡頭相機(jī)和兩鏡頭）和傳感器，同時(shí)從垂直、旁視和前后俯視等不同方向角度拍攝影像，可以獲得地表更加完整準(zhǔn)確的地物信息。相對(duì)于正射影像，傾斜影像能更加真實(shí)完整的反映出地表三維環(huán)境。利用計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件操作，通過(guò)空三加密測(cè)量能夠獲得三維立體影像，通過(guò)影像匹配可以生成三維實(shí)景，通過(guò)三維模型重建技術(shù)，可以生成可視化立體三維模型[1]，同時(shí)還可以對(duì)成果影像進(jìn)行高度、長(zhǎng)度、面積、體積、角度、坡度等屬性量測(cè)[2]，這也是傾斜攝影技術(shù)區(qū)別于其他航測(cè)技術(shù)的典型特征。

3 基于傾斜攝影測(cè)量的三維實(shí)景輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

三維實(shí)景優(yōu)化選線技術(shù)最早來(lái)源于美國(guó)軍方海拉瓦（HALAVA)系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)是在基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建的立體三維地表模型的基礎(chǔ)上組建。參與設(shè)計(jì)的各專業(yè)人員在真實(shí)的三維實(shí)景下，可以直觀、準(zhǔn)確地獲得當(dāng)前地表的屬性信息，使線路路徑方案建立在“立體三維化”、“三維數(shù)字化”、“全局立體化”的決策基礎(chǔ)上，得到路徑優(yōu)化、合理的設(shè)計(jì)方案。具體來(lái)說(shuō)，整個(gè)三維實(shí)景輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)分為三維立體模型構(gòu)建-架空線路方案優(yōu)化設(shè)計(jì)-成果檢驗(yàn)及提交三大方面。

3.1 三維立體模型構(gòu)建

結(jié)合采集信息，測(cè)繪人員采用裸眼3D的觀測(cè)方式，通過(guò)稠密匹配技術(shù)建立TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)），對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模，再利用三維模型的形態(tài)和位置從原始影像中選擇最優(yōu)的紋理，進(jìn)行紋理間的色調(diào)一致性拼接和改正，最后得到真實(shí)立體感的三維模型。

3.2 架空線路方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2.1 進(jìn)行初期路徑方案三維實(shí)景比選

三維實(shí)景立體模型可以表示出地表任意一點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)、高程以及點(diǎn)與點(diǎn)之間的真實(shí)距離、相對(duì)高差等基本信息。在線路選線的過(guò)程中，線路設(shè)計(jì)人員通過(guò)線路沿線的測(cè)區(qū)概況，按照地質(zhì)情況穩(wěn)定、路徑長(zhǎng)短、交通便利、跨越處最佳四個(gè)因素，結(jié)合地區(qū)規(guī)劃，合理地避讓線路沿線的自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)、采礦場(chǎng)、城鄉(xiāng)開發(fā)區(qū)以及飛機(jī)場(chǎng)、導(dǎo)航臺(tái)、無(wú)線電發(fā)射臺(tái)等軍事和民用重要設(shè)施。最終，綜合以上信息因素，在三維實(shí)景立體模型的環(huán)境下比選出最優(yōu)化的初期線路設(shè)計(jì)方案。

3.2.2 進(jìn)行全數(shù)字航測(cè)系統(tǒng)精化平斷面測(cè)繪

測(cè)繪人員利用手輪、SD眼鏡、腳盤等航空攝影測(cè)圖設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地獲取的耐張塔坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在三維實(shí)景立體模型中準(zhǔn)確地提取線路中線、左右邊線、危險(xiǎn)點(diǎn)、風(fēng)偏點(diǎn)等所在位置的精確坐標(biāo)數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)，不僅能夠減少外業(yè)測(cè)量人員的野外勞動(dòng)強(qiáng)度，還能大大降低線路行進(jìn)方向上植被的砍伐。

3.2.3 進(jìn)行基于精化平斷面地形數(shù)據(jù)的塔桿排位

線路設(shè)計(jì)人員依據(jù)精細(xì)化平斷面數(shù)據(jù)，可以對(duì)線路沿線的微地形以及相對(duì)高差做出判斷，準(zhǔn)確獲取線路中心至沿線建筑物的距離、線路中心交叉跨越鐵路、高壓線、河流、公路等信息，最終達(dá)到塔桿布設(shè)方案優(yōu)選的目的，做到“瞻前顧后、左顧右盼”，從而達(dá)到“線（路徑）中有位（塔位）、以位正線”的線路設(shè)計(jì)原則。

3.2.4 進(jìn)行線路全線三維實(shí)景漫游

設(shè)計(jì)人員將立體模型的數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正攝影像模型（DOM）進(jìn)行配準(zhǔn)、疊加，最終創(chuàng)建線路全線大場(chǎng)景三維實(shí)景立體模型。在大場(chǎng)景三維實(shí)景立體模型中可以自動(dòng)選擇桿塔模型并輸入電力線的弧錘K值，真實(shí)地展現(xiàn)輸電線路設(shè)計(jì)成果，同時(shí)可自定義飛行路徑并進(jìn)行三維漫游，從而對(duì)線路走廊的合理性和可行性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為設(shè)計(jì)評(píng)審階段提供科學(xué)的依據(jù)。

3.3 成果檢驗(yàn)及提交

通過(guò)三維實(shí)景輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，整個(gè)階段能夠提供的成果如下：

1）航空影像路徑方案圖；

2）線路平面圖及轉(zhuǎn)角塔坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

3）線路精化平斷面圖；

4）三維實(shí)景立體模型及數(shù)字化地表模型；

5）塔基斷面圖、塔基地形圖；

6）三維實(shí)景架空線路漫游模型；

7）拆遷房屋統(tǒng)計(jì)表；

8）線路沿線大場(chǎng)景三維實(shí)景立體模型。

4 應(yīng)用效益分析

1）應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建輸電線路走廊三維實(shí)景立體模型平臺(tái)，改善了傳統(tǒng)線路選線對(duì)全局把控不好的缺點(diǎn)，作業(yè)成果保證了基礎(chǔ)地表信息的精度，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化選線與測(cè)圖的一體化工作，改進(jìn)了優(yōu)化選線設(shè)計(jì)模式，將大部分外業(yè)工作轉(zhuǎn)化為內(nèi)業(yè)工作，縮短了工期，提高了生產(chǎn)效率，降低了外業(yè)測(cè)繪人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）有效合理控制工程整體造價(jià)。合理縮短了路徑全線長(zhǎng)度, 優(yōu)化桿塔排位, 可以減少桿塔的使用數(shù)量, 進(jìn)而減少了鋼材使用量，降低了工程的整體投資資本。

3）減少樹木砍伐，保護(hù)環(huán)境。當(dāng)輸電線路從林區(qū)跨越時(shí)，通過(guò)準(zhǔn)確量測(cè)樹木高度，從而優(yōu)化桿塔塔高設(shè)計(jì)，盡可能地減少樹木的砍伐，保護(hù)了林業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境。

4）成果資料可為智能化電網(wǎng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也可為線路后續(xù)的施工改造及運(yùn)行維護(hù)提供便捷的服務(wù)。