白 樺，孔王鶯

（浙江華云電力工程設(shè)計咨詢有限公司，杭州 310008）

傾斜攝影技術(shù)在配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中的應用研究

白 樺，孔王鶯

（浙江華云電力工程設(shè)計咨詢有限公司，杭州 310008）

配電網(wǎng)可視化是對配電網(wǎng)工程科學評價的重要基礎(chǔ)，也是進一步對配電網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)。傾斜攝影技術(shù)是近年來國際測繪領(lǐng)域發(fā)展起來的一項新技術(shù)，在大規(guī)模三維重建方面具有較高的成本和效率優(yōu)勢。通過傾斜攝影技術(shù)實現(xiàn)了配電網(wǎng)周邊環(huán)境的三維建模，同時將配電網(wǎng)設(shè)計結(jié)果進行模型化，并將兩者集成，實現(xiàn)了配電網(wǎng)及其周邊環(huán)境的三維場景可視化。通過在杭州市試點應用，對提出的生產(chǎn)技術(shù)流程進行了驗證，對模型的精度進行了評定。應用結(jié)果表明，此方法能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)計結(jié)果與周邊環(huán)境的三維可視化，能夠為配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)，是一種切實可行的工程技術(shù)方法。

配電網(wǎng)三維可視化；傾斜攝影測量；多鏡頭傾斜攝影

0引言

隨著“數(shù)字電力”與“智能電網(wǎng)”概念的提出，對配電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，成為科學建設(shè)電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。在配電網(wǎng)設(shè)計過程中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來源廣，數(shù)據(jù)量大，影響和制約因素多。為了提高配電網(wǎng)設(shè)計的科學性，降低后期工程施工成本，需要在設(shè)計階段評估配電網(wǎng)與周邊環(huán)境之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者之間的碰撞區(qū)，并對設(shè)計結(jié)果進行優(yōu)化[1]。三維可視化可完成配電線路及走廊的真實還原，為配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計提供直觀的依據(jù)，從而使配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計更加快速、高效、準確。

傾斜攝影是指由一定傾斜角的航攝相機所獲取的影像[2]。傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項新技術(shù)[3]，在傳統(tǒng)豎直航空攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從豎直和傾斜角度對地物進行數(shù)據(jù)采集，獲取地面物體更為豐富的紋理信息。在完成數(shù)據(jù)獲取之后，通過傾斜影像三維建模技術(shù)，利用傾斜影像生成三維模型的過程就是傾斜攝影三維建模。以下將從傾斜攝影和三維建模2個方面展開論述，詳細闡述配電網(wǎng)設(shè)計與優(yōu)化過程中三維場景可視化的實施過程。

1 配電網(wǎng)周邊環(huán)境的三維可視化

1.1 無人機傾斜攝影

采用多旋翼無人機傾斜攝影系統(tǒng)，其中飛行平臺參數(shù)如表1所示，飛行器為六旋翼無人機，任務荷載參數(shù)如表2所示，航攝相機為雙鏡頭擺動傾斜攝影相機。

表1 飛行平臺參數(shù)

表2 任務荷載參數(shù)

雙鏡頭擺動傾斜攝影相機的工作原理如圖1所示，2個鏡頭間夾角為35°，第一次曝光位置為下視，之后則按照“后視-下視-前視-下視-后視……”的過程擺動拍攝，擺動幅度為±30°，獲取航攝區(qū)內(nèi)下視、前視、后視、左視以及右視共計5個角度的影像。

圖1 雙鏡頭擺動傾斜相機工作原理示意

在執(zhí)行傾斜攝影任務飛行時，航向重疊度為80%，旁向重疊度為60%，航高一般按照當?shù)亟ㄖ锏?倍設(shè)置，地面分辨率約為2～3 cm；航向覆蓋須超過測區(qū)邊界線2條基線以上，旁向覆蓋須超過測區(qū)邊界線100 m以上。對于航攝漏洞進行補拍時，推薦使用同樣型號的航攝相機，并且保證補攝航線的兩端皆超出漏洞之外2條基線。

1.2 三維建模

傾斜攝影三維建模以傾斜攝影數(shù)據(jù)為輸入，以三維建模成果為輸出，由全自動空中三角測量、三維重建、模型整飾、建模區(qū)拼接以及成果檢查5個步驟組成，如圖2所示。

圖2 傾斜攝影三維建模流程

（1）全自動空中三角測量[4-8]。

在全自動空中三角測量過程中，軟件會自動從影像中提取大量的特征點，并對特征點進行多視角同名點匹配處理，借以反向解算出每張影像的空間位置和姿態(tài)，從而完成影像的定向處理?？罩腥菧y量處理完成以后，可以查看整條航帶的飛行情況、加密點位置以及每張影像的位置和姿態(tài)信息。

（2）三維重建。

在三維重建過程中，軟件首先通過稠密匹配技術(shù)，建立TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)）[9-12]，對場景進行三維建模，然后根據(jù)三維模型的位置和形狀從原始影像中選取最優(yōu)的紋理，在完成紋理間的色調(diào)一致性改正和拼接縫消隱后，輸出高真實感的三維模型數(shù)據(jù)[13-14]。

（3）模型整飾。

在模型整飾過程中，采用交互式方式修復自動三維建模過程中的錯誤，包括漂浮物、房屋扭曲以及水面漏洞等。

（4）建模區(qū)拼接。

受處理軟件容量所限，大范圍的三維建模任務需要分解為幾個測區(qū)分別進行處理，在處理完成之后，需要地面控制點，對建模區(qū)進行定向，裁切掉建模區(qū)之間的公共部分，完成建模區(qū)的鑲嵌處理，輸出覆蓋任務區(qū)的無縫場景。

（5）成果檢查。

在成果檢查過程中，采用交互式方式對三維建模成果進行檢查，包括圖面檢查和精度檢查兩個方面。圖面檢查主要用于檢查三維建模場景中是否存在明顯的變形、是否存在漂浮物和空洞等；精度檢查主要用于檢查三維場景的幾何精度，多采用地面檢查點的方式來進行。

2 試點應用及結(jié)果分析

為了驗證該方法的有效性，在杭州市內(nèi)選擇了3個試點應用區(qū)，總面積為9.8 km2。實驗區(qū)以平地為主，高程起伏較小，建筑物密集，交叉跨越情況較多，具有典型的配電網(wǎng)環(huán)境特征。試點區(qū)分布如圖3所示。

圖3 試點區(qū)分布示意

按照1.1節(jié)所述的傾斜攝影方式，地面分辨率采用2 cm，航向重疊度采用80%，旁向重疊度采用60%，航高為150 m，對3個試點區(qū)進行傾斜攝影，共獲取影像39 359張，約339 GB。按照1.2節(jié)所述的三維建模流程，使用由10臺服務器組成的集群系統(tǒng)，對3個試點區(qū)進行三維建模處理，成果如圖4所示。

圖4 三維建模成果示意

在圖4（a）中，三維場景中的地物部分為自動建模結(jié)果，電力線及電線桿為配電網(wǎng)設(shè)計結(jié)果模型化的結(jié)果。從三維場景可以看出，配電網(wǎng)及其周邊環(huán)境可視化效果良好，清晰地展示了配電網(wǎng)與周邊環(huán)境的關(guān)系，房屋、植被以及道路等典型地物都得到了很好的體現(xiàn)，對于配電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計起到了很好的支撐作用。圖4（b）采用TIN的方式對展示了三維場景的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)，從中可以看出，傾斜三維建模方法，能夠真實的還原地面場景的三維結(jié)構(gòu)，不僅僅實現(xiàn)了場景的三維可視化，同時具備地物測量的能力，是傾斜三維建模技術(shù)區(qū)別于其他虛擬現(xiàn)實技術(shù)的典型特征。

3 結(jié)語

基于無人機傾斜攝影技術(shù)，對無人機傾斜攝影和傾斜攝影三維建模兩個方面展開研究，提出了無人機傾斜攝影過程中應遵循的技術(shù)指標，并對傾斜攝影三維建模流程進行了詳細論述，實現(xiàn)了配電網(wǎng)環(huán)境的三維可視化。通過試點應用對提出的方法進行了驗證，并將配電網(wǎng)設(shè)計結(jié)果與周邊環(huán)境進行集成，直觀地表達了配電網(wǎng)與地物間的關(guān)系，為配電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)，具有較高的實用價值。

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2017-09-22

白 樺（1980），男，高級工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計工作。

（本文編輯：陸 瑩）

以人為本 忠誠企業(yè) 奉獻社會

Research on the Application of Oblique Photography in the Optimization Design of Distribution Networks

BAI Hua，KONG Wangying
（Zhejiang Huayun Electric Power Engineering Designamp;Consultation Co.， Ltd.， Hangzhou 310008， China）

The distribution network visualization is an important basis for the scientific evaluation of distribution network engineering and also the basis for optimization design of distribution networks.Oblique photography is a new technology which has developed in the field of international surveying and mapping in recent years，and has high cost and efficiency advantages in large-scale 3D reconstruction.Oblique photography technology enables 3D modeling of distribution networks surroundings and modeling of distribution networks design;besides,it integrates the two above to realize 3D visualization of the distribution networks and the surroundings.Through the pilot application in Hangzhou， the production technology flow is verified， and the accuracy of the model is evaluated.Application results show that the method is practicable and feasible in realizing 3D visualization of the distribution networks design results and the surroundings and providing basis for distribution networks optimization and design.

3D visualization of distribution networks；oblique photogrammetry； multi-lens oblique photography

10.19585/j.zjdl.201711005

1007-1881（2017）11-0030-04

TM727

B