无人机倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用_余忠迪.pdf

第 卷 第 期 年 月 北京测绘 引文格式：余忠迪，晋涛，宋国云，等无人机倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用北京测绘，（）：，（）：收稿日期 基金项目 北京市科技计划（）作者简介 余忠迪（），男，江苏徐州人，硕士，工程师，从事摄影测量与遥感工作。：。无人机倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用余忠迪 晋 涛 宋国云 石 汉（北京洛斯达科技发展有限公司，北京）摘 要 电网工程通道清理过程中时常引发土地权利纠纷，对电网工程建设和运营维护产生不利影响。本文提出将无人机倾斜摄影测量技术应用于电网工程通道清理中。首先，利用无人机倾斜摄影测量系统获取电网通道内的倾斜影像；然后，构建通道内的三维模型并验证数据精度；最后，开展通道障碍统计分析及通道清理核查取证工作。应用实例结果表明：与传统电网工程通道清理作业相比，该方法减少了大量野外勘测工作，提升了工作效率，房屋测量精度指标满足房产测量规范相关要求。关键词 无人机；倾斜摄影测量；通道清理；三维模型；三维测图中图分类号 文献标识码 文章编号（）引言电网作为能源输送的主要载体，是电力工程建设中的重要组成部分。与其他建设项目相比，电网工程建设用地不仅包含地表上的各种自然资源，同时还由地表向上下延伸形成三维立体的用地范围，具有散落分布、线路跨度大、涉及范围广、用地功能单一的特点。这些特点为电网工程通道清理工作开展带来巨大的挑战。传统电网工程通道清理数据统计方法是在数字摄影测量工作站中叠加初步设计路径成果统计电网通道内地表障碍物数据。此方法虽然从一定程度上改进了通道清理数据测量方法，提升了数据获取效率，但仍存在因地物遮蔽和仅有正射影像，出现通道障碍物漏查、漏测、属性信息难以判别等问题，导致数据成果精度和完整性难以达到要求，直接影响初步设计成果及通道清理作业进度。近年来，无人机性能有了突破性的发展，无人机集先进的无人驾驶、无线电遥控、高精度定位定姿技术于一身，能够快速获取土地、资源、环境等空间信息。通过在无人机上搭载具有一定倾斜角度的多拼相机，可同时获取地物顶部和侧面纹理信息，快速重建逼真的实景三维模型。利用无人机倾斜摄影测量技术构建的电网通道实景三维模型，可以快速获取厂房、居民区、已有输电线路的分布情况及属性信息，制作高精度地形图，协助设计人员进行输电线路正向三维设计工作，有 效 提 升 电 网 工 程 勘 察 设 计 效 率 和质量。综上所述，本文提出利用固定翼无人机搭载倾斜摄影测量相机，在输电线路初步设计及工程本体施工前两个关键时间节点对电网通道进行航飞，快速建立通道三维模型。并以此为数据基础，获取电网通道障碍相关信息，根据不同阶段三维模型进行通道清理取证，为电网通道清理提北京测绘第 卷 第 期供更加精确、全面的数据信息，减少野外勘测工作量，提高通道清理作业效率。倾斜摄影测量系统及技术流程 倾斜摄影测量系统本次研究采用深圳飞马机器人科技有限公司研发的 无人机航测平台（图）。该无人机由飞行器、载荷模块及地面控制站组成。无人机搭载的倾斜模块内置 个 万的 定焦镜头，倾斜角度为，传感器尺寸为.。无人机最大航速可达到.，最大作业航程为 ，续航时间长达 ，能够满足大面积航摄作业需求。同时，无人机机身采用碳纤维架构的模块化设计，可快速地拆解、组装，方便野外作业生产工作。图 飞马 航空摄影测量平台 技术流程无人机倾斜摄影测量技术应用于电网工程通道清理的技术路线，如图 所示。航摄准备与数据获取是三维建模的关键步骤，根据测区具体情况合理制定航摄计划及外业控制测量方案直接影响数据处理效率和成果精度。对倾斜影像、定位定姿系统（，）数据、控制点数据预处理，并运用 进行空中三角测量、点云加密及纹理映射，获得电网通道内的三维模型。本研究基于倾斜三维模型开展电网通道障碍信息统计及通道清理核查取证工作。应用实例 研究区域概况为验证基于无人机倾斜摄影测量技术的电网工程通道清理作业模式的可行性，本研究以湖北省黄冈市境内某线路工程为例，选定通道内地表附属物较为丰富的区域进行倾斜影像数据采任务分析,航摄计划收集资料,布设控制点准备阶段数据获取数据处理成果应用通道障碍信息统计通道清理核查取证构建三维模型点云加密数据预处理空中三角测量倾斜影像(初步设计阶段、工程本体施工前)相控点、检查点坐标(初步设计阶段)飞马F200无人机航线设计GNSS RTK图 技术流程图集和电网通道三维模型重建，并开展相关应用研究。研 究 区 域 长 度 约 ，航 测 总 面 积.。线路位于黄冈市中部丘陵地带，平均海拔为 ，地形高低起伏，谷宽丘广，冲、垅、塝、畈交错，人工勘测工作量较大。数据获取本研究使用飞马 无人机搭载四镜头倾斜相机 获取测区内倾斜影像。飞行高度 ，航向重叠度，旁向重叠度，共计 个架次，获取倾斜影像共计 张，平均分辨率约为.，数据质量较好，地表建筑物顶部和侧面纹理信息均清晰可见，为构建电网通道三维模型奠定了良好的数据基础。同时在测区布设 个控制点和 个精度检查点用于区域网控制和精度验证。数据处理与精度分析 无人机数据处理无人机倾斜影像相较于传统航空影像具有多角度、大倾角、重叠度高、畸变严重的特点。基于计算机视觉及运动恢复结构（，）技术的 在不对影像进行畸变矫正的情况下，可从多视影像中提取大量的旋转、尺度缩 放、仿 射 变 换 不 变 的 特 征第 卷 第 期余忠迪，晋涛，宋国云，等无人机倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用点。同时，结合无人机获取的高精度 数据，利用特征点匹配算法进行特征点的快速匹配和区域网平差。基于稀疏的特征点无法构建精细化三维模型，软件通过以特征点为种子点向相邻像素扩张，进行密集匹配，得到密集点云；在剔除错误点及冗余数据基础上，构建不同尺度下的不规则三角网（，）模型。最后构建 模型中各三角面与影像的投影关系，筛选出质量最优的影像进行拼接，并反投影到模型的三角面上，构建具有真实纹理的电网通道三维模型（图）。通过对重建的电网通道三维模型进行旋转缩放，将模型纹理信息、地物空间位置和模型完整度与现实场景进行对比。结果表明，通道内建筑物结构表现良好，植被、水系覆盖情况清晰可见，各类地物可以直观辨识。图 电网通道地表附属物三维模型 精度分析通过计算均匀分布于测区内部 个检查点实测三维坐标与区域网平差后的三维坐标之间的误差，可以客观的评价测区内空中三角测量成果的精度，结果见表。检查点的平面中误差、高程中误差计算公式为 （）（）式中，为检查点中误差；为检查点野外实测点与解算值的误差；为参与精度评定的检查点个数。表 检查点误差统计表单位：检查点平面误差高程误差.续表检查点平面误差高程误差.针对 个检查点实测三维坐标与区域网平差后的三维坐标之间误差分析，由表 可知，测区内检查点平面中误差为.，高程中误差为.，均小于数字航空摄影测量空中三角测量规范 中丘陵地区 检查点精度要求。倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用 通道障碍信息统计基于倾斜摄影测量数据生产的三维模型，具有时效好、精度高、信息丰富的特点，可及时高效地获取电网通道内障碍物的坐标、高度和面积等属性信息，能够有效协助勘察设计人员开展房屋拆迁、林木砍伐、三线迁改等信息统计工作。本研究以电网工程通道清理工作中涉及权属方最多、测量精度要求最高、最容易引发权属纠纷的房屋拆迁为例开展通道清障碍信息统计分析，验证无人机倾斜摄影测量技术在电网通道清理应用的可行性。本文使用武汉天际航公司自主研发的 三维测图软件完成通道清理信息统计工作，该软件基于空中三角测量成果构建三维模型与倾斜影像之间的对应关系，实现三维模型与倾斜影像的实时联动，充分利用倾斜摄影获取数据，不需要佩戴立体眼镜，即可在三维场景下完成高精度大比例尺测图工作。在 中加载电网通道实景三维模北京测绘第 卷 第 期型和初步设计线路路径，通过二维、三维数据联动，对线路通道内的三维模型和高分辨率倾斜影像精细化判读和量测（图），在不入户调查的情况下直接获取房屋面积、层数、属性等信息，将大量外业工作转为内业工作，便于高效、快速完成通道内障碍物测量任务，提高工作效率。根据 .房产测量规范规定，试验区房屋精度等级为二级，房屋面积精度要求如表 所示（表中 为房屋实测面积）。（）三维视图 （）后视图 （）左视图图 房屋矢量信息数据采集表 房产面积精度要求房产面积精度等级限差中误差一.二.三.对实验区域电网通道 范围内房屋测量结果进行检验，将实地测量面积与三维测图量测面积进行对比，面积较差绝对值满足表 中房屋面积精度等级二级限差要求，验证了倾斜摄影测量技术用于电网通道清理工作中的可行性，面积精度统计见表。表 面积精度统计表单位：房屋编号 实测面积 量测面积 面积较差面积限差.通道清理核查取证输电线路工程建设具有时间跨度长的特点，设计阶段设计人员进行现场房屋勘察，在工程施工前往往会出现地表附属物变更现象，主要体现在新增房屋和苗木等，其中不乏存在抢建、抢栽现象。为应对复杂的电网建设外部环境，避免通道清理工作中的抢建抢栽现象，通过构建初步设计阶段和工程本体施工前两个关键时间节点电网通道三维模型，可直观反映出电网通道内地表附属物的真实情况。如图 所示，对比倾斜模型可以看出，与初步设计阶段相比，工程本体施工前存在明显的房屋扩建、新建现象。通过无人机倾斜摄影测量技术开展通道清理核查取证工作，丰富了数据表现形式，提升了成果数据完整性，减少因证据不足而引发的不必要纠纷及不合理赔偿。（）初步设计阶段 （）工程本体施工前图 通道清理核查取证房屋扩建 结束语本文探讨了无人机倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用。结果表明，在提高通道清理测量工作效率的同时，数据精度能够满足相关规范要求，为电网工程通道清理工作开展提供了更加科学准确的数据依据，有效避免因数据不完整、不准确造成的不必要的民事纠纷及不合理赔偿。随着倾斜摄影测量和计算机图像处理技术的发展，其在电力工程勘测及电网工程建设中将发挥着越来越重要的作用。参考文献 顾月蕾物权法视角下电网建设用地若干问题的研究华东电力，（）：周滔，刘贞，吴剑凌，等 基于地役权的电网建设用地征地补第 卷 第 期余忠迪，晋涛，宋国云，等无人机倾斜摄影测量技术在电网工程通道清理中的应用偿模式研究 中国土地科学，（）：国家电网公司 架空输电线路通道清理技术规定：张晓东，许邦鑫，黎景良 利用卫星遥感技术进行电力线路设计测绘通报，（）：郑勇峰，严伟，徐志祥 数字航摄相机 在电力勘测设计中的应用研究电力勘测设计，（）：，李德仁，李明无人机遥感系统的研究进展与应用前景武汉大学学报（信息科学版），（）：，魏占玉，何宏林，等 基于 方法的高密度点云数据生成及精度分析地震地质，（）：孙钰珊，张力，艾海滨，等倾斜影像匹配与三维建模关键技术发展综述 遥感信息，（）：周世战，陈显伟，王铱，等倾斜摄影技术在 输电线路设计中的应用电力勘测设计，（）：花春亮，王彬，刘龙龙倾斜摄影测量技术在电力工程中的应用测绘通报，（）：张平，王山东，黄瑾娉，等基于 和 的建筑物点云重构方法研究 苏州科技学院学报（自然科学版），（）：余忠迪，李辉，巴芳，等 基于消费者级无人机的城市三维建模国土资源遥感，（）：国家测绘局 数字航空摄影测量空中三角测量规范：北京：中国标准出版社，国家质量技术监督局 房产测量规范 第 单元：房产测量规定：北京：中国标准出版社，（，）：，（），；，（）；，：（）；（）；