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(1.山東電力工程咨詢?cè)?山東 濟(jì)南 250013;2.萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東 萊蕪 271100)

利用山東省第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行送電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)

常增亮1,杜祖?zhèn)?

(1.山東電力工程咨詢?cè)?山東 濟(jì)南 250013;2.萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東 萊蕪 271100)

依據(jù)已有山東省第二次土地調(diào)查DOM和DEM數(shù)據(jù),通過核線共線方程原理恢復(fù)生成大場(chǎng)景三維立體模型,然后進(jìn)行架空送電線路路徑優(yōu)選、測(cè)量平斷面圖及外業(yè)采集交叉跨越和斷面數(shù)據(jù)精確擬合等數(shù)據(jù)處理、進(jìn)行三維漫游等,主要研究將測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)4D數(shù)據(jù)應(yīng)用到中架空送電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)全過程中,該文通過工程實(shí)際應(yīng)用,提出了應(yīng)用方法及作業(yè)注意事項(xiàng)等。

核線共線方程;大場(chǎng)景三維立體模型;送電工程;勘測(cè)設(shè)計(jì);土地調(diào)查;山東省

1 可行性分析

2008年初,為配合山東省第二次土地調(diào)查工作的進(jìn)行,由中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院和山東省國(guó)土測(cè)繪院聯(lián)合進(jìn)行了山東省1∶2 000比例尺的數(shù)字航飛工作,可以提供1∶1000～1∶10 000各種精度的用圖作為山東省第二次土地調(diào)查工作的底圖。其成品包括數(shù)字線劃圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字柵格地圖等4D產(chǎn)品。

第二次全國(guó)土地調(diào)查所采用的航測(cè)數(shù)據(jù)分辨率達(dá)到0.3m,遠(yuǎn)高于平常航飛的1∶10 000的1 m分辨率的常規(guī)送電工程航測(cè)數(shù)據(jù)精度,且航飛時(shí)間為2008年1月份,同時(shí)送電工程所經(jīng)地區(qū)一般均處于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、工礦區(qū),地物地貌在一段時(shí)間內(nèi)變化不大,這樣從原始數(shù)據(jù)及時(shí)效性上均能達(dá)到線路數(shù)字化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

第二次土地調(diào)查航測(cè)數(shù)據(jù)的空中三角測(cè)量處理,采用的起算數(shù)據(jù)是1980年西安坐標(biāo)系下,依據(jù)山東省新做GPSC級(jí)網(wǎng)基本數(shù)據(jù),高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)系統(tǒng),外業(yè)查找基準(zhǔn)點(diǎn)比較方便簡(jiǎn)捷且能與規(guī)劃報(bào)批數(shù)據(jù)格式要求完全保持一致。所形成的4D產(chǎn)品格式均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)格式,可以便于線路作業(yè)系統(tǒng)讀取。但高程數(shù)字模型DEM由于山東省1∶1萬地形圖更新尚未全部完成,其分辨率仍為10m間隔的,地形特征點(diǎn)間誤差一般在1 m左右,最大達(dá)到3m左右,不能滿足送電線路斷面圖點(diǎn)位誤差精度低于0.5 m的要求,必須同航測(cè)作業(yè)一樣通過后續(xù)修測(cè)斷面及線性擬合的方式提高斷面成圖精度。對(duì)于平面精度0.3m完全滿足路徑選擇優(yōu)化和送電線路平斷面圖精度的要求。

山東電力工程咨詢?cè)河?008年開發(fā)完成了應(yīng)用激光雷達(dá)和衛(wèi)星遙感影像勘測(cè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(L ISAS V 1.0),其中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用(激光雷達(dá)或衛(wèi)星遙感影像)DEM及DOM數(shù)據(jù)生成大場(chǎng)景三維立體模型技術(shù)[1]主要依據(jù)共線方程原理,將激光雷達(dá)或衛(wèi)星遙感影像的DOM和DEM數(shù)據(jù)處理成左片及右片的數(shù)字影像模型,進(jìn)而處理成三維大場(chǎng)景立體模型[2],以進(jìn)行輸電線路的路徑優(yōu)化、平斷面數(shù)據(jù)自動(dòng)半自動(dòng)采集、塔基斷面圖自動(dòng)生成、塔基位置合理性的比較選擇等。而第二次全國(guó)土地調(diào)查航測(cè)數(shù)據(jù)所形成的DEM和DOM數(shù)據(jù)只要轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù),即可導(dǎo)入該系統(tǒng)中進(jìn)行送電線路路徑的優(yōu)化選擇和采集平斷面地形圖。

綜合上述分析可知,從原始數(shù)據(jù)的時(shí)效性、數(shù)據(jù)精度及應(yīng)用格式、技術(shù)支持方面分析,應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行架空送電線路勘測(cè)設(shè)計(jì)是可行的。

2 工程試驗(yàn)

2.1 作業(yè)過程

2009年9月,收集了約0.5 km2的位于濟(jì)南奧體中心附近包含丘陵、平地及山地的DEM和DOM影像。數(shù)據(jù)處理過程嚴(yán)格按照技術(shù)路線進(jìn)行作業(yè),各項(xiàng)精度指標(biāo)均按相應(yīng)操作要求進(jìn)行設(shè)定(圖1)。

圖1 工作流程圖

(1)收集選定區(qū)域的DEM和DOM影像,嚴(yán)格按坐標(biāo)進(jìn)行裁剪,確保二者嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。

(2)將DEM和DOM影像生成OPD大場(chǎng)景立體模型[3]。

(3)優(yōu)化選線工程,選擇2～3條線路路徑,線路路徑包含丘陵、平地及山地等地形,輸出相應(yīng)轉(zhuǎn)角坐標(biāo)和正射影像路徑圖。

(4)按選定路徑測(cè)量平斷面圖,提交設(shè)計(jì)專業(yè)排位。

(5)收集到附近區(qū)域 GPS C級(jí)測(cè)量控制點(diǎn)2個(gè),具體測(cè)區(qū)約5 km,應(yīng)用 GPS-RTK將測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)引測(cè)至測(cè)區(qū)。

(6)按照轉(zhuǎn)角及塔位坐標(biāo)值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣,擬測(cè)量實(shí)地坐標(biāo)值和高程值,以判定實(shí)際測(cè)量值和應(yīng)用DEM和DOM影像所采集的坐標(biāo)及高程值差異情況。

2.2 存在問題及處理情況

在作業(yè)過程中,發(fā)現(xiàn)了按坐標(biāo)放樣轉(zhuǎn)角處與正射影像圖完全不相符,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)對(duì)照,最終得出結(jié)論DOM影像存在鏡像問題,即所有地物均進(jìn)行了180°映射問題。

經(jīng)反復(fù)研讀收集數(shù)據(jù),判定DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出格式是不規(guī)范的,且DOM存儲(chǔ)格式相對(duì)DEM為鏡像格式。針對(duì)此問題,修改完善了軟件作業(yè)系統(tǒng)(L ISAS V 1.0),增添了糾正DOM鏡像格式轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模式模塊和DEM轉(zhuǎn)換格式模塊。

針對(duì)修改后生成的線路數(shù)據(jù)又進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,該次測(cè)試過程比較順利,現(xiàn)場(chǎng)放樣轉(zhuǎn)角坐標(biāo)6處,測(cè)量房屋、山坡、道路、平地及山頭地形點(diǎn)30處。經(jīng)比對(duì),平面坐標(biāo)與實(shí)地相符情況較好,均小于20 cm。

采集高程值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量高程值差值:平地0.2～0.4 m,丘陵 0.6～1.2 m,山地 0.6～2 m,房屋無法判讀;植被0.3～2 m。得出結(jié)論如下:平面位置符合較好,高程差值在平原地區(qū)尚能滿足規(guī)程限差要求,在丘陵及山地部分差值較大,房屋部分無法判讀高度。經(jīng)分析及咨詢相關(guān)專業(yè)人員,主要原因是:采用DEM精度較低,現(xiàn)在使用仍是10 m分辨率的DEM,決定了有時(shí)點(diǎn)位高程值差異較大;房屋部分在應(yīng)用時(shí)按照作業(yè)要求將其DEM落在了地面因此無法判讀房屋高程。

按照以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論,反映出應(yīng)用該方法進(jìn)行送電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)在平原地區(qū)可以大力推廣應(yīng)用;在山地及丘陵區(qū)可應(yīng)用該方法選擇路徑、采集平面圖,而斷面數(shù)據(jù)還應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集并做進(jìn)一步線性擬合處理[4]。

3 生產(chǎn)應(yīng)用

2009年10月,在500kV青島換流站配套線路工程全面應(yīng)用了二調(diào)DOM及DEM數(shù)據(jù)對(duì)線路路徑優(yōu)選和采集斷面圖工作。

500 kV青島換流站配套線路位于平度市境內(nèi),全長(zhǎng)58 km,全線平地占60%,丘陵占40%。全線按照線路走向情況分為4個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域約為40 km2,均采用標(biāo)準(zhǔn)二調(diào)DOM及DEM數(shù)據(jù)建立區(qū)域三維立體模型。

整個(gè)工程作業(yè)方式嚴(yán)格按照內(nèi)業(yè)選線→外業(yè)踏勘路徑→沿線調(diào)繪及交叉跨越測(cè)量、關(guān)鍵斷面點(diǎn)測(cè)量→內(nèi)業(yè)落實(shí)路徑→測(cè)量平面圖→生成平斷面圖→優(yōu)化排位→現(xiàn)場(chǎng)定位作業(yè)模式進(jìn)行。整個(gè)工程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及路徑優(yōu)化選擇花費(fèi)工日15天,外業(yè)踏勘路徑、調(diào)繪及測(cè)量斷面12天,現(xiàn)場(chǎng)定位10天。經(jīng)對(duì)比,內(nèi)外業(yè)高程點(diǎn)差值一般均在1 m以內(nèi),最大為2.5m,線性擬合后經(jīng)外業(yè)檢測(cè)比較差值均小于0.5 m的限差要求,平面位置誤差均滿足1 m的限差要求。

根據(jù)工程應(yīng)用情況,反映出:①采用該技術(shù)進(jìn)行送電工程優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的,作業(yè)效率得到提高,其中選定線階段提高效率5倍以上。②減輕了外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度,平斷面測(cè)量?jī)H關(guān)注斷面測(cè)量和交叉跨越測(cè)量,其他工作可以內(nèi)業(yè)完成。③以正射影像路徑圖作為調(diào)繪依據(jù)方便直觀而且不易漏測(cè)地物要素,提高了工程質(zhì)量。

不足之處及需要改進(jìn)的地方:①不規(guī)則區(qū)域DEM和DOM匹配解算較慢,嚴(yán)重制約了內(nèi)業(yè)作業(yè)進(jìn)度。②DOM影像分辨率為0.3 m,較大區(qū)域數(shù)據(jù)量太大,不易后續(xù)計(jì)算及作業(yè)。③現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪區(qū)應(yīng)關(guān)注大片林地時(shí),中間可能包括不同類型的經(jīng)濟(jì)林木,標(biāo)住不清會(huì)影響到后續(xù)作業(yè)塔位的調(diào)整。

4 結(jié)語

(1)應(yīng)用二調(diào)已有DOM及DEM數(shù)據(jù),通過共線方程原理恢復(fù)生成大場(chǎng)景三維立體模型,從而進(jìn)行架空送電線路路徑優(yōu)選、測(cè)量平斷面圖及三維漫游等,并通過外業(yè)終勘定位進(jìn)行線性擬合是一種勘測(cè)設(shè)計(jì)新作業(yè)模式,可以提高工作效率和技術(shù)水平,而且工程造價(jià)遠(yuǎn)低于常規(guī)航測(cè)作業(yè)技術(shù)手段,具有很高的應(yīng)用和推廣價(jià)值,現(xiàn)在已在大量工程中得到了推廣應(yīng)用,都取得了較好的效果。

(2)注意事項(xiàng):①在設(shè)計(jì)DOM和DEM收集范圍時(shí)應(yīng)注意接頭部分應(yīng)包括一定重合區(qū)域且線路路徑離范圍邊緣距離應(yīng)大于500 m;裁剪時(shí)嚴(yán)格按坐標(biāo)進(jìn)行并確保二者嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。②收集沿線兩側(cè) GPSC級(jí)網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)保證每10 km左右1點(diǎn)且距離線路路徑小于5 km。③沿線調(diào)繪時(shí)應(yīng)注意將變化信息標(biāo)注于正射影像路徑圖中,測(cè)量斷面點(diǎn)間距應(yīng)控制在100 m內(nèi),所有交叉跨越應(yīng)實(shí)際測(cè)量。

[1] 常增亮,余敦棠.遙感影像技術(shù)在電力勘測(cè)與選線中的應(yīng)用[J].地理信息世界,2009,4(2):88-89.

[2] 蔣欣,陳鷹.DOM與DEM數(shù)據(jù)的管理和三維可視化[J].測(cè)繪科學(xué),2002,12(3):45-47.

[3] 適普軟件有限公司.全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)Virtuo Zo3.3使用手冊(cè)[S].2003.

[4] 程正蓬,王圣祖.送電線路航測(cè)GPS高程的線性擬合[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2003,6(4),35-38.

Surveying and Designing of Electric Power Engineering Transmission by Using the Second Land Surveying Datas in Shandong Province

CHANG Zengliang1,DU Zulun2
(1.Shandong Electric Power Engineering and Consulting Institute,Shandong Jinan 250013,China;2.Laiw u Iron Limited Corpo ration,Shandong Laiw u 271100,China)

According to DOM and DEM datas of the second land survey in Shandong province,using the principle of epipolar colinearity equation,the large scene 3D stereo model were generated.Then choosing the best paths of overhead transmission line,measuring plane and cross sections,crossing field datas acquisition,profile datas accurate fitting,and 3D roaming and so on.The measured 4D standard datas will be applied in the w hole process of overhead transmission engineering surveying and designing.Based on factural application,app lying methods and attention matters during the operation are put forward as well.

Epipolar colinearity equation;the large scene three-dimensional stereo model;power transmission project;survey and design;land survey;Shandong province

P412.27

B

2010-06-02;

2010-07-22;編輯:陶衛(wèi)衛(wèi)

常增亮(1971—),男,山東嘉祥人,高級(jí)工程師,主要從事電力勘測(cè)技術(shù)管理工作;E-mail:kcczl@163.com。