陳 新

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第八地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000）

在傳統(tǒng)的攝影系統(tǒng)中，只能實(shí)現(xiàn)垂直角度的拍攝，而應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠結(jié)合多種不同傳感器，從垂直方向和側(cè)面進(jìn)行圖像的采集，以此達(dá)到彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程測(cè)量技術(shù)不足的目的。隨著科技的飛速發(fā)展，在電力工程項(xiàng)目當(dāng)中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已逐步取代了常規(guī)的測(cè)控技術(shù)[1]。以某電力工程項(xiàng)目為例，開(kāi)展傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在該項(xiàng)目中應(yīng)用的探究。

1 電力工程概況

以某地區(qū)電力工程項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)包含居民區(qū)、廠區(qū)、山區(qū)等，雖然電力工程占地不大，但它的輔助設(shè)備很多。例如，電廠有除塵系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、輸變電系統(tǒng)、鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)等，但這些系統(tǒng)并不是相互獨(dú)立的，為滿足城建要求，需要完成的測(cè)量面積超過(guò)30 km2[2]。該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造屬褶皺系中隆起帶的東段，沿路地貌單元以低中山和河階地為主，市區(qū)平坦的山地地勢(shì)起伏較大，因此地勢(shì)相對(duì)高差較大，地層巖性以雜填土、黃土、粉細(xì)砂為主；由于受季節(jié)降水的影響，河道受到嚴(yán)重的沖刷，交通狀況較好[3]。該電力工程縱跨大，長(zhǎng)度幾百千米，橫跨較小，左右兩側(cè)高程的精確度不高，但要求與國(guó)內(nèi)高程體系基本相符，以確保與其他測(cè)量設(shè)計(jì)專業(yè)所提供的特定點(diǎn)，如洪峰高程、重要跨越點(diǎn)高程等?；谏鲜鲭娏こ谈艣r，引入傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。表1 為電力工程中包含的建筑物測(cè)量區(qū)域以及各個(gè)測(cè)量布點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)。

表1 電力工程測(cè)量目標(biāo)列表

2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用

2.1 測(cè)量航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)與像控點(diǎn)布設(shè)

航路規(guī)劃和設(shè)計(jì)是航空攝影的一個(gè)重要方面。為此，在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，必須確保無(wú)人機(jī)操作的規(guī)范化，并制定出相應(yīng)的處理流程，實(shí)施全過(guò)程規(guī)劃管理，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，避免存在的漏洞問(wèn)題對(duì)最終測(cè)量效果造成影響。航路規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)航攝參數(shù)、航攝分區(qū)設(shè)計(jì)、航線鋪設(shè)等基礎(chǔ)要素進(jìn)行管理，保證航跡規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)施效果[4]。根據(jù)電力系統(tǒng)的基本要求，改善數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到電力工程測(cè)量任務(wù)當(dāng)中，在進(jìn)行測(cè)量航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)和像控點(diǎn)布設(shè)前，為確保測(cè)量條件，在對(duì)于無(wú)人機(jī)和測(cè)量設(shè)備選擇時(shí)，要求其各項(xiàng)性能參數(shù)符合下述要求：無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)，必須通過(guò)電腦來(lái)控制[5]。無(wú)人機(jī)設(shè)備在空中航行時(shí)巡航空速應(yīng)當(dāng)控制在90～100 km/h 范圍內(nèi)，最大飛行高度為3 000～3 500 m，最大載重為3.2 G～3.6 G，持續(xù)飛行1 個(gè)多小時(shí)。在高空中，其抗風(fēng)力應(yīng)該是12～15 m/s，而在沒(méi)有障礙的情況下，它的滑行距離應(yīng)該是50 m。測(cè)量設(shè)備的參數(shù)按照下述進(jìn)行選擇：畸變數(shù)值為1.526×10-5；圖像處理寬度為4 200 mm，長(zhǎng)度為2 800 mm。無(wú)人機(jī)的基本飛行時(shí)間是有限制的，最多不超過(guò)一個(gè)小時(shí)，因此，在規(guī)劃中需要確保設(shè)備的使用周期，保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，將所有的重要節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行最大程度的圖像處理[6]。通常，在進(jìn)行電力工程航拍作業(yè)之前，必須對(duì)飛機(jī)起飛、降落、起飛架次等基本資料進(jìn)行全面的規(guī)劃，并對(duì)航段設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行有效的銜接和管理，保證了電力項(xiàng)目的整體效益。圖1 為測(cè)量航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)圖。

圖1 測(cè)量航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)圖

按照?qǐng)D1 所示內(nèi)容，完成對(duì)航帶及航帶上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，在此基礎(chǔ)上，確定像控點(diǎn)的分布。在電力工程當(dāng)中，圖像像控點(diǎn)的設(shè)置是決定最終成像效果的關(guān)鍵因素，必須根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的布點(diǎn)，同時(shí)對(duì)地形、水系、高程等因素進(jìn)行有效的分析和評(píng)價(jià)，以防止無(wú)人機(jī)的碰撞引起的安全隱患。此外，為確保布設(shè)的正確性和科學(xué)性，通常在拍攝作業(yè)開(kāi)始之前，采用涂漆的方法來(lái)設(shè)置像控點(diǎn)標(biāo)志，形成“L”型或“+”型，以提高觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)精度。

2.2 基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的工程區(qū)空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是電力工程地理數(shù)據(jù)信息采集的重要環(huán)節(jié)，基于其重要性，引入傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，采用 POS 圖像數(shù)據(jù)，將投影中心點(diǎn)、像點(diǎn)及相應(yīng)位置作為一個(gè)整體，以排除存在大偏移的噪聲點(diǎn)；通過(guò)對(duì)外場(chǎng)采集到的主要控制點(diǎn)和像控點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)處理，在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了刺點(diǎn)定位，并對(duì)存在大偏差的點(diǎn)進(jìn)行了多次修正，以保證圖像邊緣的針點(diǎn)間距不超過(guò)2 cm。在具體測(cè)量時(shí)，首先需要明確無(wú)人機(jī)攝像分辨率與航高之間的關(guān)系，其表達(dá)式為：

式中：GSD為傾斜攝影分辨率；a為CCD 單像元大??；h為高度距離；f為攝像機(jī)焦距。根據(jù)上述公式可知，傾斜攝影分辨率與CCD單像元大小a和相對(duì)高度距離h為正比例關(guān)系；攝像機(jī)焦距f與傾斜攝影分辨率成反比例關(guān)系。因此，在測(cè)量過(guò)程中，改變圖像幅值或者改變有效參與操作的圖像區(qū)域，可以提高空中三角測(cè)量的準(zhǔn)確度。

2.3 基于密集匹配的地形測(cè)繪

密集匹配技術(shù)是三維重構(gòu)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它的核心是首先使用 Mean Shift 法進(jìn)行彩色分割，將每個(gè)塊分成不同的塊，使得每個(gè)塊都位于同一對(duì)象的表面，并通過(guò) SIFT、Roberts、 Canny、Edge-dog 等多種操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò) DAISY 操作符的描述，采用K-d 樹(shù)相結(jié)合的方法，采用極線限制法和導(dǎo)向法對(duì)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行改進(jìn)。圖2 為基于密集匹配構(gòu)建的三維空間。

圖2 基于密集匹配的三維空間構(gòu)建

圖2 中x為空間橫軸坐標(biāo)；y為空間縱軸坐標(biāo)；d為視差搜索范圍。在進(jìn)行密集匹配時(shí)，將視差分析轉(zhuǎn)變?yōu)? 譜分析，其表達(dá)式為：

式中：L(row,col,d)為對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相似性測(cè)度函數(shù)；DSI(d,col)為計(jì)算像素。在上述公式基礎(chǔ)上，針對(duì)每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)得到在三維空間當(dāng)中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并通過(guò)各個(gè)點(diǎn)的連接實(shí)現(xiàn)地形測(cè)繪。

2.4 三維建模與工程規(guī)劃

在完成上述操作后，還需要結(jié)合空間三維加密、區(qū)域網(wǎng)整體平差、多視圖像密集、三角網(wǎng) TIN 創(chuàng)建、白模創(chuàng)建、紋理映射自動(dòng)重構(gòu)等技術(shù)，完成對(duì)電力工程項(xiàng)目的三維模型構(gòu)建，以此更加真實(shí)地反映目標(biāo)周?chē)膶?shí)際情況?；趦A斜攝影測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮紋理信息清晰、數(shù)據(jù)量小等優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)上述電力工程項(xiàng)目進(jìn)行模型建立，明確電力工程中廠區(qū)、鐵路、居民區(qū)、管線等復(fù)雜地三維數(shù)字化體現(xiàn)。這一操作是傳統(tǒng)的攝影測(cè)量方法無(wú)法為工程測(cè)量提供的服務(wù)功能，更無(wú)法滿足用戶對(duì)三維數(shù)字設(shè)計(jì)的需要。除此之外，在應(yīng)用這一技術(shù)后構(gòu)建的三維立體模型具有高精度、高質(zhì)量、豐富紋理信息等突出特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合三維立體造型技術(shù)可以有效地改善3D 數(shù)字正向設(shè)計(jì)制圖質(zhì)量，模型當(dāng)中包含平面剖面圖、塔基地形圖、跨屋圖、路徑圖等。圖3 為三維建模成果示意圖。

圖3 電力工程項(xiàng)目三維建模成果示意圖

按照?qǐng)D3 構(gòu)建的三維模型，對(duì)該電力工程項(xiàng)目進(jìn)行合理規(guī)劃。三維快速建模技術(shù)可以為電力工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、布局等提供重要依據(jù)。電力工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)，必須保證與電力工程有關(guān)的數(shù)據(jù)的完整性、可靠性，特別是在項(xiàng)目周?chē)貐^(qū)的供電狀況和電力工程建設(shè)的基礎(chǔ)上，必須與電力工程的整體布局與分析相結(jié)合。通過(guò)對(duì)前期數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理與有效地分析，掌握電力項(xiàng)目的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，整理與研究數(shù)據(jù)的內(nèi)容。在規(guī)劃過(guò)程中還需要對(duì)電力數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，必須對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)的更新，特別是涉及電力工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題，必須通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中的有關(guān)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行分析和研究。不僅要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電網(wǎng)的負(fù)荷，還要掌握本地區(qū)電力工程的供電狀況，通過(guò)對(duì)電力工程的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行分析和整理，確保電力工程后續(xù)運(yùn)行中供電的穩(wěn)定，從而進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

3 應(yīng)用效果分析

針對(duì)上述所選擇的電力工程項(xiàng)目，在按照上述方式完成對(duì)其測(cè)量后，為驗(yàn)證測(cè)量效果，將高程誤差和測(cè)量時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)比上述測(cè)量結(jié)果與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在相似電力工程測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)。為方便論述，將利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)完成的測(cè)量任務(wù)作為試驗(yàn)組，將利用傳統(tǒng)技術(shù)的測(cè)量任務(wù)作為對(duì)照組。通過(guò)對(duì)比測(cè)量結(jié)果的高程誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種方法測(cè)量精度的對(duì)比，通過(guò)對(duì)比測(cè)量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種方法測(cè)量效率的對(duì)比。

3.1 高程誤差對(duì)比

隨機(jī)選擇5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，獲取各個(gè)測(cè)點(diǎn)高程的實(shí)地測(cè)量結(jié)果，將實(shí)測(cè)結(jié)果與測(cè)量結(jié)果對(duì)比。為方便論述，將5 個(gè)測(cè)點(diǎn)分別編號(hào)為MP-01、MP-02、MP-03、MP-04 MP-05。利用下述公式，計(jì)算得出高程測(cè)量誤差：

式中：λ為高程測(cè)量誤差；iW為某一測(cè)點(diǎn)i的實(shí)際高程數(shù)值；W'i為利用實(shí)驗(yàn)組或?qū)φ战M測(cè)量方法測(cè)量得出的高程數(shù)值。將上述5 個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量誤差λ值進(jìn)行計(jì)算，并繪制成表2 所示。

表2 試驗(yàn)組與對(duì)照組高程測(cè)量誤差對(duì)比

對(duì)表2 中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：實(shí)驗(yàn)組方法對(duì)5 個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)量，得到定位測(cè)量誤差均在允許誤差范圍內(nèi)，而對(duì)照組方法對(duì)5個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)量，得到的定位測(cè)量誤差僅MP-04 測(cè)點(diǎn)在誤差范圍內(nèi)，其余各個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量誤差均超過(guò)允許范圍。由此可以得出，兩種方法比較，引入傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的方法測(cè)量精度更高。

3.2 測(cè)量時(shí)間對(duì)比

對(duì)兩種方法的測(cè)量時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，將測(cè)量時(shí)間定義為確定測(cè)點(diǎn)并利用試驗(yàn)組或?qū)φ战M方法測(cè)量開(kāi)始到得出測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)間。仍然以上述5 個(gè)測(cè)點(diǎn)為例，將測(cè)量時(shí)間數(shù)據(jù)記錄如表3 所示。

表3 試驗(yàn)組與對(duì)照組測(cè)量時(shí)間對(duì)比

結(jié)合表3 數(shù)據(jù)分析得出，試驗(yàn)組測(cè)量時(shí)間明顯高于對(duì)照組測(cè)量時(shí)間，說(shuō)明試驗(yàn)組測(cè)量效率更高。綜合兩組對(duì)比指標(biāo)分析得出，試驗(yàn)組方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠在保證測(cè)量精度的同時(shí)，提高測(cè)量效率，為電力工程后續(xù)各項(xiàng)工作任務(wù)的開(kāi)展提供更有利的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升電力工程整體質(zhì)量水平。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文上述論述，在引入傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力工程測(cè)量的優(yōu)化。在按照上述應(yīng)用邏輯將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到其他相似電力工程項(xiàng)目當(dāng)中，為確保航帶規(guī)劃設(shè)計(jì)、相控布設(shè)等能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求，還需要結(jié)合電力工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。本文上述研究總結(jié)如下。

（1）本文從變形監(jiān)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理理論等幾個(gè)方面論述了變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，并針對(duì)目前電力工程項(xiàng)目當(dāng)中變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理存在的問(wèn)題，提出了一種全新的電力工程測(cè)量方法。

（2）在引入傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力工程區(qū)域空中三角測(cè)量，將傳統(tǒng)二維測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榱巳S立體測(cè)量，提高測(cè)量維度的同時(shí)，為電力工程項(xiàng)目后續(xù)各項(xiàng)工作的開(kāi)展提供更加有利的數(shù)據(jù)信息資料。

（3）結(jié)合應(yīng)用實(shí)例分析的方式，從測(cè)量高程誤差和測(cè)量時(shí)間兩個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)本文測(cè)量方法測(cè)量精度和測(cè)量效率的驗(yàn)證。

在今后的研究中，為進(jìn)一步提高傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用適應(yīng)性，還將對(duì)影響測(cè)量精度的因素進(jìn)行更深入分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其在電力工程項(xiàng)目中應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，為電力工程發(fā)展提供條件。