王志浩

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

抽水蓄能電站是當(dāng)前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源,加快發(fā)展抽水蓄能,是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的迫切要求,是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要支撐,是可再生能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障。在全球應(yīng)對氣候變化,我國努力實現(xiàn)“2030年前碳達峰、2060年前碳中和”目標(biāo),加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的新形勢下,抽水蓄能加快發(fā)展勢在必行。抽水蓄能電站,一般由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、廠房及尾水系統(tǒng)等部分組成,通常蓄能電站建設(shè)都是在地形起伏大的山區(qū),因此構(gòu)建三維模型還原現(xiàn)場實景對于電站規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)起到至關(guān)重要的作用。

無人機傾斜攝影三維實景建模[1]是由無人機搭載一個或多個(通常兩個或五個)數(shù)碼相機攝影系統(tǒng)來獲取多角度的地面影像,通過建模軟件對影像POS與多視影像進行處理即可完成最終三維實景模型的建立。飛馬D2000無人機基于高精度GNSS的免像控空三處理,可以有效克服蓄能電站山高林密、外業(yè)像控點布設(shè)難的特點。因此,本文以浙江某蓄能電站為應(yīng)用實踐,探討基于飛馬D2000無人機傾斜攝影在抽水蓄能電站場地布置中的應(yīng)用。

1 項目測區(qū)概況

本抽水蓄能電站項目位于浙江省金華市,電站主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。測區(qū)范圍內(nèi)高差起伏較大、植被茂密、隧洞及道路呈現(xiàn)點多面廣的特點。下水庫施工區(qū)域約3 km2,上水庫施工區(qū)域約2 km2,電站下庫區(qū)總布置見圖1。

圖1 電站下庫區(qū)總布置

2 航飛設(shè)備選擇與技術(shù)流程

根據(jù)項目的特點,本次航測的設(shè)備最終選擇了飛馬D2000搭載OP4000傾斜攝影模塊。飛馬D2000無人機集成的高精度GNSS板卡不僅能夠同時接收北斗、GPS、GLONASS雙頻觀測數(shù)據(jù),而且基于GNSS精確授時機制和持續(xù)校準(zhǔn)實現(xiàn)了亞毫秒級同步精度,其慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)能夠?qū)崟r記錄飛機的姿態(tài)信息,從而有效確保了POS原始觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。該項目因測區(qū)高差起伏大,通常情況下很難滿足不同海拔高度航攝分辨率的一致,飛馬D2000無人機具備的仿地飛行功能很好地解決了這一技術(shù)難題,飛行過程中根據(jù)測區(qū)海拔變化實時變高飛行,有效保證了航攝重疊度和分辨率的一致,從而保證了數(shù)據(jù)的精度。OP4000傾斜攝影模塊是全畫幅定制改裝相機,結(jié)合無人機管家智能航線設(shè)計,具備高質(zhì)量的側(cè)面紋理采集及高效率的作業(yè)能力;具備五相機同步曝光和逐相機打標(biāo)能力,精確獲取每個相機的精確曝光位置信息,搭配無人機管家數(shù)據(jù)處理模塊,可提供免像控高精度傾斜航攝完整軟硬件系統(tǒng)解決方案,可適配飛馬D2000、D20、V10飛行平臺。設(shè)備主要參數(shù)見表1和表2。項目航測技術(shù)流程見圖2。

表1 D2000規(guī)格參數(shù)

表2 OP4000傾斜模塊規(guī)格參數(shù)

圖2 項目航測技術(shù)流程

3 航線規(guī)劃

本次航測的測區(qū)為電站下庫區(qū)范圍,高差大、現(xiàn)場有多條高壓電線,為保證建模效果和安全因素考慮,本次航線規(guī)劃采用變高仿地飛行的方式。在仿地飛行規(guī)劃之前在智航線中先規(guī)劃分辨率為10 cm的預(yù)掃航線,生成DSM輔助航線設(shè)計,然后在無人機管家智航線中導(dǎo)入預(yù)先生成的DSM,設(shè)計地面分辨率為2.5 cm,航向、旁向重疊度均為80 %的變高航線,相對航線為266 m,航線規(guī)劃完成后就可以進行數(shù)據(jù)采集工作,本次下庫區(qū)共飛行3個架次,影像2658張。

4 數(shù)據(jù)獲取

4.1 像控點布設(shè)

本次像控點采集直接采用千尋CORS網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場布設(shè)的7個像控點[2-3]進行測定。為保證測量精度,每個像控點采集20個平滑值,共采集4測回,每測回間平面誤差小于2 cm,高程誤差小于3 cm,取4測回平均值作為像控點坐標(biāo)。

由于在山區(qū)作業(yè),像控點布設(shè)過程中充分考慮地形變化的影響,確保測區(qū)山坡、山谷均有點位覆蓋。并且對識別度較高的地物采集部分點位作為模型精度的檢查點,針對方便的道路等位置像控點優(yōu)先采用斑馬線標(biāo)志或者“L”形噴漆的內(nèi)角進行測量,在不便識別的山坡、灌木等區(qū)域采用“十”字膠帶布設(shè)像控。

4.2 數(shù)據(jù)采集

利用飛馬無人機管家智飛行軟件打開智航線規(guī)劃好的測區(qū)任務(wù),連接電臺和飛機,登錄千尋CORS網(wǎng)絡(luò),檢查對應(yīng)的設(shè)置即可點擊飛行,飛機將按照預(yù)設(shè)的航線進行數(shù)據(jù)采集。無人機在起飛前要確保起降場地的空曠,仔細(xì)檢查地面站、飛行平臺、電池電量等。飛機降落之后把飛機的POS數(shù)據(jù)和航拍的照片進行拷貝,檢查數(shù)據(jù)的完整性。

5 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

5.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先,需要對下載的機載POS數(shù)據(jù)利用無人機管家內(nèi)部的智理圖中的GPS處理功能把飛機的POS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Renix格式;然后,利用GPS解算功能下載基準(zhǔn)站文件;隨后,進行融合PPK差分后處理,進而得到精準(zhǔn)的POS坐標(biāo)信息。利用快速圖像整理工具將照片和POS一一對應(yīng),去除冗余影像,視外業(yè)拍攝的照片情況選擇對原始影像進行勻光、勻色、亮度增強等。

5.2 影像數(shù)據(jù)處理

本次航測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用瞰景Smart3D進行處理,導(dǎo)入影像照片2658張,檢查POS信息與圖像一一對應(yīng),相機參數(shù)正確后,即可對影像提交第一次空三運算。瞰景Smart3D通過對多視角影像提取同名像點,軟件自動匹配同名點,根據(jù)同名點求解出每個影像的位置和姿態(tài)?？杖馑銟?biāo)定照片之后即可導(dǎo)入外業(yè)采集的像控點再利用像控點約束平差空三結(jié)果,每個像控點需要刺至少4～5張照片,并且盡可能保障像控點的視角在照片的中間。

當(dāng)空三精度合格后,重新提交任務(wù)進行重建三維實景模型[4],根據(jù)電腦配置選取瓦塊大小,根據(jù)項目要求選擇精度進行處理。瓦塊大小要根據(jù)實際電腦配置進行選擇,填寫合適的數(shù)值使得運行效率達到最佳,選取需要成圖的瓦塊或?qū)敕秶匀コ舳嘤嗟某蓤D面積,減少不必要的工作。待軟件把所有的瓦塊都處理完成,即可瀏覽三維模型。

表3 檢查點精度

由表3可見傾斜模型的精度滿足《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》(CH/T 9015-2012)中規(guī)定的要求。

6 蓄能電站布置套合與場地布置優(yōu)化應(yīng)用

生成的傾斜模型OSGB數(shù)據(jù)格式可以支持多平臺的數(shù)據(jù)共享,結(jié)合電站總體布置的平面圖,可以直觀地分析場地布置的合理性、臨時施工道路的坡度等信息。相比傳統(tǒng)的地形圖在整體布置上傾斜模型具有直觀、精準(zhǔn)、方便修改優(yōu)化的優(yōu)勢,同時傾斜模型具有高程信息可以計算場地的填挖方量、進而實現(xiàn)土方的平衡[5],實踐應(yīng)用見圖3場地土方平衡分析。在設(shè)計規(guī)劃階段可以利用傾斜模型對電站臨時生產(chǎn)設(shè)施用地做整體布置;在施工準(zhǔn)備階段因多數(shù)場地布置屬于一般項目中的總價承包項目,合理優(yōu)化場地布置方案能夠降本增效。

圖3 場地土方平衡分析

通過本次生產(chǎn)的傾斜模型在浙江某蓄能電站上融合設(shè)計規(guī)劃階段的場地布置圖,施工單位對業(yè)主交付的9塊臨時設(shè)施場地布置進行了場平的優(yōu)化調(diào)整,對部分場地位置進行調(diào)整,大大節(jié)約了成本。

7 結(jié)論

本工程把飛馬D2000無人機生成的傾斜模型較好地與蓄能電站場地布置有效地結(jié)合。通過項目應(yīng)用實踐,證明了飛馬D2000無人機在高差起伏大的山區(qū)作業(yè)的優(yōu)勢,作業(yè)效率大大提高,生產(chǎn)的傾斜模型精度滿足《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》(CH/T 9015-2012)中規(guī)定的要求,并且可以輔助優(yōu)化蓄能電站場地布置,為蓄能電站參建各方提供技術(shù)借鑒。