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        無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在特高壓輸電線路路徑優(yōu)化中的應(yīng)用研究

        2016-12-28 03:09:30丁亞洲湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院
        低碳世界 2016年24期
        關(guān)鍵詞:特高壓測(cè)繪建模

        丁亞洲(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院)

        無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在特高壓輸電線路路徑優(yōu)化中的應(yīng)用研究

        丁亞洲(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院)

        隨著時(shí)代的進(jìn)步、科技革命的產(chǎn)生,電子信息技術(shù)飛速發(fā)展,數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)成為我國(guó)工程測(cè)量的重要工具,尤其是在高壓輸電線路路徑的設(shè)計(jì)中。傾斜攝影技術(shù)是具有高科技含量的最新技術(shù),其與無人機(jī)的相互結(jié)合,更是將三維建模優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)目前已經(jīng)成為特高壓輸電線路路徑設(shè)計(jì)的主要建模工具,充分保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn),幫助測(cè)量工作順利展開。本文首先對(duì)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行概述,然后分析無人機(jī)與傾斜攝影技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì),重點(diǎn)探究其在特高壓輸電線路路徑優(yōu)化中的作用,以期今后在我國(guó)電路路徑優(yōu)化中的應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

        無人機(jī);傾斜攝影技術(shù);特高壓輸電;線路優(yōu)化

        電力是支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的因素,目前,隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng),經(jīng)濟(jì)水平快速提升,國(guó)內(nèi)電力需求急劇上升。在2011年,我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模就已經(jīng)超越美國(guó),居于世界首位,為適應(yīng)這一現(xiàn)狀,必須加緊相關(guān)電力工程的建設(shè),盡快配備相關(guān)配套設(shè)施。由于我國(guó)幅員遼闊、地形復(fù)雜,并且各地區(qū)的資源分布與地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r不匹配。±800kV直流及1000kV交流及以上等級(jí)的特高壓輸電線路能大大提升我國(guó)電網(wǎng)的輸送能力,滿足跨區(qū)用電的需求,是國(guó)家大電網(wǎng)發(fā)展的重頭戲。無人機(jī)最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,隨著數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展,以及其與傾斜攝影技術(shù)的結(jié)合,使其在特高壓線路路徑優(yōu)化中起到關(guān)鍵的建模作用。

        1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

        現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)是目前我國(guó)工程測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的技術(shù),也是最主要的技術(shù),對(duì)工程測(cè)量行業(yè)貢獻(xiàn)突出。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾多,不僅能夠提高測(cè)繪成圖精度,對(duì)不同要素進(jìn)行分析,使測(cè)繪圖多樣化、直觀化,而且能夠提升經(jīng)濟(jì)效益與產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。傾斜攝影技術(shù)是一項(xiàng)新興的數(shù)字化測(cè)繪技術(shù),相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù),它的可測(cè)量范圍更廣、可測(cè)量精度和清晰度更高,無人機(jī)傾斜攝影機(jī)技術(shù)則更加注重三維建模,有效提高測(cè)量工作效率。

        傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用,大大加快了我國(guó)工程測(cè)量行業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程,不僅使得工程測(cè)繪不再停留在傳統(tǒng)模擬測(cè)量、手繪圖紙的階段,解決了以前的棘手問題,更使得整個(gè)行業(yè)的工作效率大幅提升,產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)由計(jì)算機(jī)代為處理測(cè)量數(shù)據(jù),更為精確快捷,能夠?qū)Λ@取的位置信息進(jìn)行高精度解析,并且能夠形成數(shù)據(jù)共享的信息化機(jī)制[1]。

        無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的三維模型,是在經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)所采集位置、高度、地勢(shì)等信息綜合分析后得到的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在輸出數(shù)字測(cè)繪圖和三維模型之前,首先要錄入測(cè)量數(shù)據(jù),然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的綜合處理,最后結(jié)合地形空間數(shù)據(jù)輸出模型??偟膩碚f,這是一種由計(jì)算機(jī)輔助的、全解析的出圖方式。這種出圖方式大大提升了測(cè)量工作效率,極大地縮短了測(cè)量工期,以最經(jīng)濟(jì)的成本高效率完成測(cè)量工作(見圖1)。

        圖1 智慧城市建設(shè)三維模型

        21世紀(jì)是信息科技的時(shí)代,大數(shù)據(jù)、云數(shù)據(jù)等概念不斷涌現(xiàn),城市化進(jìn)程不斷加快,我國(guó)也陸續(xù)開展了近300座智慧城市建設(shè)試點(diǎn),這些都使得三維模型的市場(chǎng)需求迅速擴(kuò)大,同時(shí)也為傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展帶來新的機(jī)會(huì)。當(dāng)然,我國(guó)目前的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)還沒有達(dá)到完全成熟的地步,也意味著一定的挑戰(zhàn)。巨大的潛在建模需求就像是一片藍(lán)海,激勵(lì)著企業(yè)不斷創(chuàng)新和開拓。

        2 無人機(jī)與傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

        無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)眾多,不僅降低了建立三維模型的成本,提高了建模效率,更將所采集信息的精度提升到另一個(gè)水平,而且該系統(tǒng)的操作較為簡(jiǎn)便,對(duì)于場(chǎng)地的要求也不算太高。

        圖2 執(zhí)行傾斜攝影任務(wù)的無人機(jī)

        在特高壓輸電線路的建設(shè)過程中,必然會(huì)途徑部分房屋建筑,當(dāng)輸電線路的最佳位置無法避開房屋建筑時(shí),就會(huì)對(duì)工程房屋進(jìn)行拆遷。由于實(shí)地測(cè)量的精度存在較大誤差,而且工作量太大。因此,目前一般采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)來統(tǒng)計(jì)被拆遷房屋建筑的數(shù)量。通過三維模型的建立,不僅能夠?qū)ㄖ菍訑?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)也都能夠進(jìn)行記錄[5]。

        與傳統(tǒng)的攝影勘測(cè)技術(shù)相比,建立三維模型具有以下優(yōu)勢(shì):

        2.1 還原一個(gè)真實(shí)的世界

        與傳統(tǒng)手工三維模型和實(shí)景三維模型不同,在進(jìn)行傾斜攝影工作時(shí),無人機(jī)搭載傾斜攝影云臺(tái)在低空繞行,云臺(tái)的捕捉器十分靈敏,能夠清晰地記錄下地面的建筑,植被等的數(shù)據(jù)[2]。數(shù)據(jù)被傳入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以后,經(jīng)過專門軟件的處理,就能夠建立三維模型,將所拍攝地域的真實(shí)面貌多角度全面展現(xiàn),還原精度極高。

        2.2 使用成本降低

        圖像是最生動(dòng)直接的表心形式,三維立體模型更是給人幾乎與真實(shí)世界無差別的體驗(yàn),這就意味著它必將有更大的發(fā)展空間。利用傾斜攝影技術(shù)搜集數(shù)據(jù),建立三維模型,正在成為測(cè)繪新趨勢(shì)。成本的相對(duì)低廉,也加速了傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展,用戶門檻降低,工期被最大限度縮短,工作效率得到極大的提高。

        2.3 地質(zhì)災(zāi)害模擬

        在特高壓輸電線路的建設(shè)過程中,輸電路徑的設(shè)計(jì)是極為重要的一環(huán),為了最大限度減輕地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí),對(duì)輸電站和電網(wǎng)造成無法估量的損失,可以在路徑設(shè)計(jì)時(shí)就通過地質(zhì)災(zāi)害模擬,來進(jìn)行提前的規(guī)劃的防控。傾斜攝影技術(shù)的三位模型恰恰能夠提供在這一功能,通過遙感監(jiān)測(cè)裝置來模擬地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)。

        3 優(yōu)化特高壓輸電線路路徑

        前文已經(jīng)對(duì)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析,接下來筆者將對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在特高壓輸電線路路徑中的優(yōu)化應(yīng)用做出重點(diǎn)分析:

        3.1 測(cè)量地物之間的空間位置關(guān)系

        傾斜攝影技術(shù)不同于傳統(tǒng)的正面攝影技術(shù),能夠從不同角度對(duì)地面系統(tǒng)的物體進(jìn)行全方位拍攝,可以準(zhǔn)確的度量地面系統(tǒng)中各建筑、植被之間的距離,以及其各自的高度、長(zhǎng)度、寬度。傾斜攝影技術(shù)能夠多角度的對(duì)所拍攝系統(tǒng)的物體進(jìn)行量測(cè),通過采集不同角度的不同數(shù)據(jù),對(duì)較為復(fù)雜的物體進(jìn)行建模分析。析,利用三維模型進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害模擬,最大限度地降低輸電線路的建設(shè)損失。從另一方面來說,也能夠幫助建設(shè)人員盡量避開高密度林區(qū),減少植被的砍伐,維護(hù)自然和平。

        圖3 傾斜攝影量測(cè)

        3.3 降低測(cè)繪成本,提升經(jīng)濟(jì)效益

        無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的應(yīng)用,現(xiàn)代數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)可以將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行資源共享,同時(shí)在資源的保存與傳送方面的成本也相對(duì)低廉。在傳統(tǒng)的三維模型建立技術(shù)中,一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,可能導(dǎo)致整份測(cè)繪圖都會(huì)作廢,而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的多角度信息量測(cè),很好的規(guī)避了這一缺陷。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合使用,使其在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠進(jìn)行較為方便的改動(dòng),避免冗余的過程加大工作人員的工作量,提升輸電線路建設(shè)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

        4 結(jié)語

        隨著信息時(shí)代的到來,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,無人機(jī)的使用逐漸從軍事領(lǐng)域衍生到部分民用領(lǐng)域,無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)得到飛速發(fā)展。對(duì)于新時(shí)代的我們來說,電是必不可少的,不僅工業(yè)用電量需求加劇,民用電量需求也在不斷上升,電力的高效輸送已經(jīng)成為亟待解決的問題,必須加快電網(wǎng)設(shè)施的建設(shè)。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)正是因?yàn)槿S模型的高精度建立,而被廣泛應(yīng)用到特高壓輸電線路的路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)中。

        [1]郭耀煌.分析無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在輸電線路工程中的應(yīng)用[J].地球,2015(5):126,373.

        [2]夏 誠(chéng).淺析無人直升機(jī)在特高壓輸電線路應(yīng)用中的安全風(fēng)險(xiǎn)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2015(23):44~45.

        [3]楊成順,楊 忠,葛 樂,等.基于多旋翼無人機(jī)的輸電線路智能巡檢系統(tǒng)[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,27(4):358~362.

        [4]董選昌,曲烽瑞,張記權(quán),等.基于傾斜攝影對(duì)輸電架空線走廊三維重建關(guān)鍵設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2016(12):13~14.

        [5]王 偉,黃雯雯,鎮(zhèn) 姣,等.Pictometry傾斜攝影技術(shù)及其在3維城市建模中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息,2011,34(3):181~183.

        傳統(tǒng)模擬測(cè)繪技術(shù)多采用手工建立模型或者實(shí)體三維模型的方式,測(cè)繪圖的成圖精度存在一定誤差,而傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)能夠?qū)⑦@種誤差降到最低,大大提高了模型的建立精度。傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)能夠通過特殊技術(shù)對(duì)所測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行三維選取并快速進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ),在工程測(cè)量的第一步就保證測(cè)量精度。此外,在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高精度處理模式能夠最大限度降低計(jì)算誤差,進(jìn)一步保證三維測(cè)繪的最終成體精度。

        3.2 模型直觀,精確分析地表植被間的關(guān)系

        在進(jìn)行工程測(cè)量時(shí),涉及到的要素頗多,通過采用傾斜攝影測(cè)繪技術(shù),能夠針對(duì)不同地表狀況,選取不同要素進(jìn)行分析,搜集全面的信息,進(jìn)而產(chǎn)生最能符合要求的數(shù)字測(cè)繪圖,建立直觀的三維模型,將測(cè)繪對(duì)象主要的外貌及形象進(jìn)行最大程度的再現(xiàn),讓工程測(cè)量的工作人員能夠更加清晰地了解測(cè)繪對(duì)象。

        通過傾斜攝影技術(shù)的三維模型,能夠清晰地觀測(cè)到地面植被的情況,技術(shù)人員可以通過對(duì)植被高度、距離等數(shù)據(jù)的分

        TM75

        A

        2095-2066(2016)24-0101-02

        2016-8-15

        丁亞洲(1983-),男,高級(jí)工程師,碩士研究生,主要從事攝影測(cè)量與遙感、GIS相關(guān)技術(shù)在工程中的應(yīng)用研究工作。

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