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倾斜摄影技术是近年国际遥感与测绘领域在航空摄影测量方面发展起来的一项高新技术。它突破了传统航测传感器使用单相机只能从垂直角度拍摄获取正射影像的局限,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器(目前常用的是五镜头相机,如下图1所示),同时从垂直、倾斜多个不同角度采集带有空间信息的真实影像,以获取更加全面的地物纹理细节,加速了倾斜摄影测量数据获取及解读的过程,为用户呈现了符合人眼视觉的真实直观世界。数据获取过程如图2所示,在数据获取阶段,五镜头相机得到的由垂直地面角度拍摄获取的影像称为正片(一组影像),镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的影像称为斜片(四组影像)。
相较于传统的航空摄影测量技术,倾斜摄影技术更加自动化,通过减少飞行次数,简化了点云收集与定位的过程,实现更加便利的信息收集及转化。
目前,倾斜摄影技术已经广泛应用于自然景观建模和灾情普查等领域,但在电力方面的实践,还比较有限。本文将回顾倾斜摄影技术的电力应用,并重点介绍其在特高压附近地表物勘探和对电网线路进行安全预警方面的突出表现。
一、利用倾斜摄影对特高压附近地表物进行勘探
近年来我国特高压输电线路建设飞速发展,技术人员基于GIS三维模型技术和摄影测量技术数据,对电网线路提出路径优化方案。倾斜摄影可将二维图像自动化生成三维城市模型,为电网线路优化提供建筑和植被等障碍物位置参考。
中国能源建设集团广东省电力设计研究院于2015年6月在滇西北至广东的800千伏特高压直流输电线路工程中首次开展了倾斜摄影技术在输电线路路径优化中的应用研究。通过倾斜摄影与GIS技术的结合,实现多角度观察输电线路路经环境,准确测量线路断面及房屋等地表物体的高度,从而实现对房屋拆移需求和数量的测算。
此次项目所涉及的线路途经东莞和深圳段,房屋密集、交叉跨越繁多,地质情况复杂、在建工地多,给路径选择带来了很大难度。实地测量因当地房屋密集造成通视条件差、卫星信号弱和居民阻挠等问题无法顺利开展房屋拆迁统计工作。然而机载倾斜摄影可以减轻外业工作量,快速获取房屋密集度、高度、层数和材质等信息,建立路径走廊的三维环境,在房屋拆迁统计和线路优化中展现出良好效果。其次通过倾斜摄影选线平台的量测功能可准确获取公路、河流、加油站、采石场、在建工地等地物的平面与高程信息,通过平面与断面的对比分析实现多方案优选。另外,利用激光扫描还可以在三维场景中可迅速直观的发现滑坡、冲沟等地质灾害,并完成三维量测,辅助設计人员有效避让地质灾害区域,进行优化设计。
倾斜摄影真三维模型信息丰富,时效性好,精度高,所包含信息量和所反映數据流符合现实情况,可在高效率、低成本的条件下完成三维环境模型,建立电网线路优化设计和实施方案。
二、利用倾斜摄影对电网线路进行安全预警
电网输电线路长年暴露在外,电网安全取决于其周边自然环境的影响。虽然电网运维无法控制天气等非人为因素,但是可以借用科技手段对周遭环境进行监控,对电网安全隐患提出预警方案,减少不必要的损失。
2006年澳洲联邦科学与工业研究组织CSIRO围绕倾斜摄影在电网周围植被探测的应用上进行了科学实验。此次试验分为五个步骤,分别为利用固定翼进行倾斜摄影航拍和三维建模、挑选输电塔位置(图3)、形成塔对塔的衔接图片、运用悬链线模拟塔与塔之间的输电线以及计算植被与输电线之间的距离。此项目假设塔与塔之间输电线路为标准悬链线,结合当地气温、风力等自然情况,套用三角函数公式模拟塔与塔之间电网构造,弥补了之前倾斜摄影无法精密地拍摄并搭建输电线模型的技术缺点。电网三维模型搭建完成后技术人员就可在该模型上对比植被高度与模拟电网的位置,对植被造成的安全隐患进行预测并提出预警方案。
倾斜摄影对电网周边环境的巡检可改善因人工垂直巡检无法精确测量植被与输电线之间的距离而无法准确发现安全隐患的问题,大幅提升电网运维环节的安全率,提升电网运维水平。
综上所述,倾斜摄影技术因其独特的勘察技术优势,在电力领域,特别是电力工程建设领域发挥着不可替代的重要作用。相信未来,随着航拍航测技术不断革新,及数字三维模型生产水平和后期软件处理
水平不断提升,倾斜摄影技术将在电力领域得到普及,成为勘察设计阶段的一大助力。我们也将持续关注该技术在电力领域的进化和发展。
相较于传统的航空摄影测量技术,倾斜摄影技术更加自动化,通过减少飞行次数,简化了点云收集与定位的过程,实现更加便利的信息收集及转化。
目前,倾斜摄影技术已经广泛应用于自然景观建模和灾情普查等领域,但在电力方面的实践,还比较有限。本文将回顾倾斜摄影技术的电力应用,并重点介绍其在特高压附近地表物勘探和对电网线路进行安全预警方面的突出表现。
一、利用倾斜摄影对特高压附近地表物进行勘探
近年来我国特高压输电线路建设飞速发展,技术人员基于GIS三维模型技术和摄影测量技术数据,对电网线路提出路径优化方案。倾斜摄影可将二维图像自动化生成三维城市模型,为电网线路优化提供建筑和植被等障碍物位置参考。
中国能源建设集团广东省电力设计研究院于2015年6月在滇西北至广东的800千伏特高压直流输电线路工程中首次开展了倾斜摄影技术在输电线路路径优化中的应用研究。通过倾斜摄影与GIS技术的结合,实现多角度观察输电线路路经环境,准确测量线路断面及房屋等地表物体的高度,从而实现对房屋拆移需求和数量的测算。
此次项目所涉及的线路途经东莞和深圳段,房屋密集、交叉跨越繁多,地质情况复杂、在建工地多,给路径选择带来了很大难度。实地测量因当地房屋密集造成通视条件差、卫星信号弱和居民阻挠等问题无法顺利开展房屋拆迁统计工作。然而机载倾斜摄影可以减轻外业工作量,快速获取房屋密集度、高度、层数和材质等信息,建立路径走廊的三维环境,在房屋拆迁统计和线路优化中展现出良好效果。其次通过倾斜摄影选线平台的量测功能可准确获取公路、河流、加油站、采石场、在建工地等地物的平面与高程信息,通过平面与断面的对比分析实现多方案优选。另外,利用激光扫描还可以在三维场景中可迅速直观的发现滑坡、冲沟等地质灾害,并完成三维量测,辅助設计人员有效避让地质灾害区域,进行优化设计。
倾斜摄影真三维模型信息丰富,时效性好,精度高,所包含信息量和所反映數据流符合现实情况,可在高效率、低成本的条件下完成三维环境模型,建立电网线路优化设计和实施方案。
二、利用倾斜摄影对电网线路进行安全预警
电网输电线路长年暴露在外,电网安全取决于其周边自然环境的影响。虽然电网运维无法控制天气等非人为因素,但是可以借用科技手段对周遭环境进行监控,对电网安全隐患提出预警方案,减少不必要的损失。
2006年澳洲联邦科学与工业研究组织CSIRO围绕倾斜摄影在电网周围植被探测的应用上进行了科学实验。此次试验分为五个步骤,分别为利用固定翼进行倾斜摄影航拍和三维建模、挑选输电塔位置(图3)、形成塔对塔的衔接图片、运用悬链线模拟塔与塔之间的输电线以及计算植被与输电线之间的距离。此项目假设塔与塔之间输电线路为标准悬链线,结合当地气温、风力等自然情况,套用三角函数公式模拟塔与塔之间电网构造,弥补了之前倾斜摄影无法精密地拍摄并搭建输电线模型的技术缺点。电网三维模型搭建完成后技术人员就可在该模型上对比植被高度与模拟电网的位置,对植被造成的安全隐患进行预测并提出预警方案。
倾斜摄影对电网周边环境的巡检可改善因人工垂直巡检无法精确测量植被与输电线之间的距离而无法准确发现安全隐患的问题,大幅提升电网运维环节的安全率,提升电网运维水平。
综上所述,倾斜摄影技术因其独特的勘察技术优势,在电力领域,特别是电力工程建设领域发挥着不可替代的重要作用。相信未来,随着航拍航测技术不断革新,及数字三维模型生产水平和后期软件处理
水平不断提升,倾斜摄影技术将在电力领域得到普及,成为勘察设计阶段的一大助力。我们也将持续关注该技术在电力领域的进化和发展。