张德凯1 谢硕2
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摘要：倾斜摄影测量和激光雷达技术在输电线路设计与定位中的应用方法、优势，结合现行规范给出来通用技术设计及作业流程。
关键词：无人机；倾斜摄影；激光雷达；电力线路设计
采用二维平面图进行电力线路设计需进行现场线路的踏勘工作， 工作量大， 而二维图面反应的信息量少，不够精确。随着近年三维实景测量技术的大
力发展，此技术不断的应用到各行各业中，社会效益显著。采用实景三维技术为电力线路设计工作者提供逼真三维实景模型，犹如身临其境，使设计人员能够更直观、全面的对整条线路进行更加准确的设计。倾斜摄影和激光雷达作为两种最新的三维测量技术越来越受到电力行业的关注。简述介绍两种技术在电力线路测量中的应用并进行分析比较，以为电力线路设计提供最优测量方案。
1三维测量技术概述
三维测量技术是一种关键的机器视觉技术,它在逆向工程、图像识别、人工智能、虚拟现实以及生物医学等方面都有着重要的应用。其中传统的接触式三维测量存在测量耗时长、弹性材料测量受限等缺点,因此无法满足工业生产的需要。条纹投影的三维测量技术是一种非接触式的方法,这种测量技术具有效率高、测量准确的优点,因此成为了三维测量领域研究的热点。本文针对条纹投影中的一些关键技术展开研究,比如基于相位匹配的多传感器三维测量系统、大视场的三维测量系统以及3D点云配准等若干关键技术,并对这些技术进行了分析和总结,本文的主 要内容如下:1.介绍了条纹投影三维测量技术的基本原理以及国内外研究现状,阐述了PMP(相位测量轮廓术)、格雷编码、摄像机成像模型,以及对获取到的3D点云数据处理的基本方法。2.由于单传感器测量范围的限制,多传感器测量系统逐渐成为获取物体完整3D面型的重要的方法。然而,传统的多传感器测量系统,它们相互之间的系统标定是分开的,整个测量系统的标定耗时长、操作复杂,不能满足现场标定的需求。针对传统方法的不足,本文提出了一种基于相位传递的多传感器测量系统,每套测量系统的标定相互关联,并且在完成整个系统标定后,每套测量系统获得的 3D点云数据无需再次配准,自动转化到统一的坐标系下,实现3D点云的全局配准。3.为了能够满足大视场三维场景的测量需求,我们设计了两套三维数据采集系统,第一套采用了一种线结构光旋转扫描的方法来获取室内环境的3D点云数据,该系统能够实现360度场景的测量,但是测量速度慢、效率低。第二套则是利用鱼眼镜头具有宽视场角和大景深的优势,来实现双目立体视觉的大视场三维测量,但是由于镜头本身的特性,基于小孔成像模型的双目立体视觉3D测量方法不再适用于鱼眼镜头模型。因此,本文提出了一种基于球面模型的双目立体视觉测量系统,将测量物体的所在的世界坐标直接地转化到单位球面坐标系,由于采用球面模型代替了平面透视投影模型,因此测量系统的 FOV(视场角)不再受限。同时,针对双目测量系统中的特征点匹配问题,本文提出了一种菱形匹配算法,极大的提高了查找的速度和测量的精度。4.在获取测量场景的三维信息后,需要对获取的多组三维点云数据进行点云配准处理。首先,通过计算相邻两帧2D图像之间的仿射变换矩阵,完成相邻两组3D点云之间的粗配准;然后,通过2D坐标确定配准对应点的搜索区域,完成精配准;最后,再次通过3D坐标对应的2D坐标来进行全局配准。实验验证,这种方法极大的提高了配准的速度,完成了多个视角3D点云数据的拼接。
2倾斜摄影技术特点与工作流程
近年来，倾斜摄影技术作为遥感与测绘领域中一项高新技术已得到了广泛应用。为给用户提供符合人眼视觉的直观视感，倾斜摄影技术在同一飞行平台上搭载多台传感器，从垂直、倾斜多个角度采集带有空间信息的多视真实影像，获取更加全面的地物纹理细节。
真实性。数据真实的把地物的外观、位置、高度等属性反映出来，数据的沉浸感高，对人工建模仿真度低的缺陷进行了弥补 ；高效性。通过多种飞行载体快速采集影像数据，完成全自动化三维建模； 性价比高。倾斜摄影提供的数据是可量测影像数据， 带有空间位置信息，能同时输出多种数据成果，如DSM、DOM、TDOM、DLG 等。采用多旋翼无人机搭载倾斜摄影相机对杆塔进行定点环绕拍摄，获取杆塔多角度影像数据，保证无漏洞。对线路沿线路走向 平行敷设航线，保证影像有效覆盖。空中三角测量采用 ContextCaptureCenter 软件，把相机参数、POS 数据、影像数据进行多视角影像特征点密集匹配，并进行自由网多视影像联合约束平差解算，建立立体模型完成相对定向。立体模型在空间尺度可以适度自由变形。将测定的像片控制点成果，进行转制，对已有区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系统中完成绝对定向。
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3倾斜摄影的技术优势及摄影弊端
应用无人机倾斜摄影实景三维建模技术，融合传统三维塔线模型，同平台应用分析，辅助设计单位完成电力选线、定线和详设。倾斜摄影的技术优势如下。
采用倾斜摄影生产的三维模型，可准确量测地物的坐标、宽度、高度和面积等，快速统计输电线路下的建筑物楼层数与实际面积，估算线路工程建出林木种类与分布范围，准确量测出地表林木高度， 通过优化线路路径有效避让林木密集区。设计人员可在倾斜摄影模型上直观地了解线路走廊通道内的地形地貌细节特征，在进行路径选择时，尽量避让高山大岭、重冰区、水网、崩塌、滑坡以及矿产采空区等险恶地形与恶劣地质区，以便线路的每基塔位不会出现因地形、地质因素影响立不了杆塔的问题。输电线路在与高速公路、铁路、已建输电线路等沿线的重要交叉跨越，可通过在真三维模型准确测量被跨越物的坐标、距离与高度信息，优化线路跨越位置。采用裸眼测图软件可 对倾斜模型地物、地形要素进行矢量化，模型精度满足1:500地形图测图精度。
倾斜摄影的技术弊端 ：由于飞行数据精度不够， 便容易造成杆、塔、电力线等细小物体模型精度、效果不佳，出现模型漏洞、线路缺失等情况。倾斜模型高程数据基于 DSM，无法提取 DEM，满足不了提取断面数据要求。特别需要指出的是，倾斜摄影采用的是被动式方法进行数据信息获取，不具备穿透能力。模型只能表现裸露地物，隐蔽地区不能体现。
4激光雷达技术
采用垂直起降固定翼无人机搭载激光雷达对输电线路进行数据采集，获取输电线路所有地物的三维数据。利用机载雷达内置高清数码相机进行影像数据获取，经后期处理得到具有彩色信息的点云数据。机载激光雷达点云密度大，精度高、对细小地物（杆、塔、线）可实现精细建模，层次感强，同时激光雷达采用多次回波技术、可穿透植被获取地表高程数据。
激光雷达摄影弊端 ：点云数据量大，对设计软件要求高。数据以点的形式呈现，没有模型观看不够直观。采用逆向建模技术利用激光雷达彩色点云进行逆向建模获取精修三模模型，可实现模型精细化、精度高、效果直观、操作方便。
参考文献
[1]许邦鑫 , 刘平, 张从宝 . 轻小型飞行器在输电线路选线及定位中应用研究 [ J],2016,9.
[2]李凤亮, 郑彦春 , 等. 基于精密单点定位技术的POS 辅助空三在输电线路工程中的应用研究[ J],2016,9.