遥感影像技术在架空输电线路中的应用

黄 彪，庄宿军，沈 翀

(华东电力设计院，上海200331)

0 引言

航空摄影测量技术在架空输电线路的应用已经非常广泛和普及，但是由于航摄成本高、周期长以及航空管制等原因造成某些区域不能航摄。用传统的工程测量方法虽然精度高，但不能满足大范围选线、优化路径以及工期的要求，这就需要采取一些新的技术和方法。进入21世纪，世界上有二十几个国家每年投入巨额资金用于发展和经营地球观测卫星，高分辨率的商业卫星进入到一个新的发展阶段。高分辨率卫星遥感影像具有空间分辨率高、定位精度较高、覆盖范围广、现势性强、获取周期短、处理的技术手段先进、获取的成本低等特点，逐步实现了市场化、商业化和产业化，为遥感影像应用于架空输电线路提供了可能［1～4］。

1 工程应用

1.1 概述

委内瑞拉某线路工程位于Cojedes地区，线路经过区域植被茂盛，通视条件较差，地形起伏较大。如果利用传统的工程测量方法需要消耗大量的人力、物力。线路经过地区多为私人农牧场，砍伐量大，政策处理难度高。另外由于当地技术条件限制，航空摄影也不具备条件。为确保线路路径合理，减少拆迁和林木砍伐，并能按期完成设计任务，本工程决定利用高分辨率卫星遥感影像进行架空输电线路的内业测量工作。

1.2 技术依据

《350 kV～750 kV架空输电线路勘测规范》、《1 000 kV架空输电线路勘测规范》中关于线路山地的限差规定为:定向点限差:平面1.5 m，高程1.0 m;检查点限差:平面2.0 m，高程2.0 m;模型连接限差:平面3.0 m，高程4.0 m。

1.3 作业流程

作业流程见图1。

图1 作业流程图

1.3.1 资料检查与分析 卫星影像在作业之前，首先对资料检查和分析。检查的主要内容包括以下几个部分。

(1)影像质量检查:影像时相较新，倾角较小;影像层次丰富、图像清晰、色调均匀、反差适中;影像中云层覆盖应小于5%，且不能覆盖重要地物，分散的云层总和不应大于15%;影像不应存在明显的噪声、斑点和坏线。

(2)漏洞检查:包括相对漏洞和绝对漏洞。

(3)视差检查:所有能构成的立体模型的上下视差检查。

(4)模型接边检查:包括轨道内和轨道间的模型接边检查。

(5)定位精度检查:利用控制点检查立体模型的定位精度。分析的主要内容包括分析影像的数据是否完整，格式是否正确。

本工程使用的遥感影像为法国2011年发射的Pleiades-1卫星，全色分辨率达到0.5 m，多光谱4波段分辨率为2 m。单景标准像幅大小为20 km2×20 km2。Pleiades卫星影像数据必须包括轨道参数RPC文件、全色和多光谱影像数据文件(JP2或TIFF格式)、影像坐标信息文件(J2W或TFW格式)，另外一般还包括索引文件、产品缩略图文件、快视图文件等。考虑到彩色影像的融合耗时较长，数据量大，并可能造成影像分辨率降低，所以在满足设计和测量精度要求的前提下，网平差、形成DEM和立体量测使用全色影像，在路径选线和优化时使用融合影像。工程采用同轨两景遥感影像构成立体像对，覆盖范围包括全测区。根据现阶段设计要求，主要是利用少量控制点进行区域网平差，并对平差结果进行分析，分析是否可满足输电线路测量要求。

1.3.2 建立工程并组区 影响影像质量和定位精度的主要原因是获取影像的过程中存在轨道漂移，即卫星瞬时偏移预定轨道，并且还存在倾斜摄影。由于卫星影像相对于航空影像像幅大，且自带初始定位参数，因此刚性较强，测区如果由多景影像组成，建议多景影像构成立体模型一起进行组区，进行模型连接后整区统一进行平差计算，这样可以消除轨道漂移等现象带来的系统差。本工程只有两景影像构成立体模型，所以不存在模型间的接边问题。

在工程参数设置时，一定要准确设置与工程所在地相符的坐标系统参数，否则在后续控制点预测工作中会出现控制点偏移而导致无法量测。

1.3.3 自由网平差 建立工程并组区后，对像对进行连接点选取，连接点选取的主要作用在于加强景与景之间的连接并消除模型的上下视差。连接点个数不能少于4个且应均匀分布，一般选取5个以上，并根据地形情况适当增加点数。连接点的精度要求是:一般应小于0.2个像素，最大不应大于0.5个像素，中误差最大不应大于0.4个像素。连接点选取完后，一般选择RPC参数加多项式变换的方法进行自由网平差，通过自由网平差计算能够较好地解决模型和轨道(航线)间的拼接差问题，提高影像的定位精度。本测区自由网平差后，完全消除模型的上下视差，连接点的像素中误差为0.22像素。

1.3.4 区域网平差 自由网平差后，为使立体模型的精度达到规范的要求，必须加入控制点进行区域网平差。由于遥感影像的像幅较大，刚性较强，且初始定位精度较高，一般在测区四角和中间采用五点法或九点法进行布设，也可根据测区大小、形状和地形起伏及高差，也可适当增加控制点数量，并布设一定数量的检查点用于区域网平差的成果检查。本测区只有一个立体模型，共布设15个控制点，在测区四角和中心布设5个控制点作为定向点，其余10个控制点作为检查点。由于本工程只有一个模型，所以不存在模型接边问题。平差计算余差结果见表1、表2。

表1 5个定向点余差统计

表2 10个检查点余差统计

由统计结果可以看出，5个定向点和10个检查点的余差完全满足规范关于山地线路的测量精度要求。

1.3.5 三维选线和优化路径 完成区域网平差后，生成核线影像、DEM和正射影像。为方便在遥感影像中进行三维立体选线，使用适普公司开发的电力线路设计辅助系统Virtuozo ELE，根据DEM和正射影像图生成虚拟的立体模型或直接使用拼接的立体模型(含有多个立体模型)。在立体模型下可以同时设计多个线路方案，对每个线路方案的转角数量和线路长度进行比较，如果已经对沿线房屋进行了测量，还可以对不同方案的拆迁量进行统计，并自动形成概略断面图用于排塔位，以选择最佳线路路径方案。

1.3.6 立体模型测图 完成选线和优化路径后，就可以进行平断面的测量工作。使用该软件可以根据线路走向和DEM自动生成断面线，形成概略平断面图;也可以人工采集断面线和平面点，形成初设和施工图阶段所需的平断面图。由于受影像分辨率的限制，立体测图时，影像可以量测房屋、道路、林木范围、河流和鱼塘等地物，交叉跨越可以辨别铁塔，其他低等级的杆型、林木的种类、高度及胸径需要在调绘阶段调绘或现场定线、定位阶段进行补测。

2 结论

通过以上作业流程，以及对数字空三成果的检查和精度比对，可以得到以下结论:Pleiades卫星全色0.5 m分辨率的影像使用不少于5个控制点进行数字空中三角测量，可以大幅提高卫星影像的定位精度，满足《350～750 kV架空输电线路勘测规范》、《1 000 kV架空输电线路勘测规范》中关于山地线路的测量精度要求。另外由于遥感影像刚性较强，存在的误差基本是系统差，平面和高程的误差方向基本是同向的，因此线路定位阶段可以对平断面图进行补测和校核，通过现场实测的直线桩、转角桩，交叉跨越测量成果及其他修测的成果加入到航测平断面图中进行编辑修改，以满足设计要求。

随着科学技术的不断发展进步，全色影像分辨率达0.25 m的遥感卫星正在研制发射，相信在不久的将来，更高分辨率遥感影像应用在各种地形条件下的输电线路测量成为一个发展方向。

［1］ GB 50548-2010.330 kV～750 kV架空输电线路勘测规范［S］.

［2］ GB 50741-2011.1 000 kV架空输电线路勘测规范［S］.

［3］ 关元秀，程晓阳.高分辨率卫星影像处理指南［M］.北京:科学出版社，2008.

［4］ 张祖勋.数字摄影测量研究30年［M］.武汉:武汉大学出版社，2007.