倾斜摄影技术在配电网优化设计中的应用研究

白 桦，孔王莺

（浙江华云电力工程设计咨询有限公司，杭州 310008）

倾斜摄影技术在配电网优化设计中的应用研究

白 桦，孔王莺

（浙江华云电力工程设计咨询有限公司，杭州 310008）

配电网可视化是对配电网工程科学评价的重要基础，也是进一步对配电网进行优化设计的依据。倾斜摄影技术是近年来国际测绘领域发展起来的一项新技术，在大规模三维重建方面具有较高的成本和效率优势。通过倾斜摄影技术实现了配电网周边环境的三维建模，同时将配电网设计结果进行模型化，并将两者集成，实现了配电网及其周边环境的三维场景可视化。通过在杭州市试点应用，对提出的生产技术流程进行了验证，对模型的精度进行了评定。应用结果表明，此方法能够实现配电网设计结果与周边环境的三维可视化，能够为配电网优化设计提供依据，是一种切实可行的工程技术方法。

配电网三维可视化；倾斜摄影测量；多镜头倾斜摄影

0引言

随着“数字电力”与“智能电网”概念的提出，对配电网的优化设计，成为科学建设电力系统的重要环节。在配电网设计过程中，基础地理数据来源广，数据量大，影响和制约因素多。为了提高配电网设计的科学性，降低后期工程施工成本，需要在设计阶段评估配电网与周边环境之间的关系，发现两者之间的碰撞区，并对设计结果进行优化[1]。三维可视化可完成配电线路及走廊的真实还原，为配电网优化设计提供直观的依据，从而使配电网优化设计更加快速、高效、准确。

倾斜摄影是指由一定倾斜角的航摄相机所获取的影像[2]。倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项新技术[3]，在传统竖直航空摄影技术的基础上，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从竖直和倾斜角度对地物进行数据采集，获取地面物体更为丰富的纹理信息。在完成数据获取之后，通过倾斜影像三维建模技术，利用倾斜影像生成三维模型的过程就是倾斜摄影三维建模。以下将从倾斜摄影和三维建模2个方面展开论述，详细阐述配电网设计与优化过程中三维场景可视化的实施过程。

1 配电网周边环境的三维可视化

1.1 无人机倾斜摄影

采用多旋翼无人机倾斜摄影系统，其中飞行平台参数如表1所示，飞行器为六旋翼无人机，任务荷载参数如表2所示，航摄相机为双镜头摆动倾斜摄影相机。

表1 飞行平台参数

表2 任务荷载参数

双镜头摆动倾斜摄影相机的工作原理如图1所示，2个镜头间夹角为35°，第一次曝光位置为下视，之后则按照“后视-下视-前视-下视-后视……”的过程摆动拍摄，摆动幅度为±30°，获取航摄区内下视、前视、后视、左视以及右视共计5个角度的影像。

图1 双镜头摆动倾斜相机工作原理示意

在执行倾斜摄影任务飞行时，航向重叠度为80%，旁向重叠度为60%，航高一般按照当地建筑物的2倍设置，地面分辨率约为2～3 cm；航向覆盖须超过测区边界线2条基线以上，旁向覆盖须超过测区边界线100 m以上。对于航摄漏洞进行补拍时，推荐使用同样型号的航摄相机，并且保证补摄航线的两端皆超出漏洞之外2条基线。

1.2 三维建模

倾斜摄影三维建模以倾斜摄影数据为输入，以三维建模成果为输出，由全自动空中三角测量、三维重建、模型整饰、建模区拼接以及成果检查5个步骤组成，如图2所示。

图2 倾斜摄影三维建模流程

（1）全自动空中三角测量[4-8]。

在全自动空中三角测量过程中，软件会自动从影像中提取大量的特征点，并对特征点进行多视角同名点匹配处理，借以反向解算出每张影像的空间位置和姿态，从而完成影像的定向处理。空中三角测量处理完成以后，可以查看整条航带的飞行情况、加密点位置以及每张影像的位置和姿态信息。

（2）三维重建。

在三维重建过程中，软件首先通过稠密匹配技术，建立TIN（不规则三角网）[9-12]，对场景进行三维建模，然后根据三维模型的位置和形状从原始影像中选取最优的纹理，在完成纹理间的色调一致性改正和拼接缝消隐后，输出高真实感的三维模型数据[13-14]。

（3）模型整饰。

在模型整饰过程中，采用交互式方式修复自动三维建模过程中的错误，包括漂浮物、房屋扭曲以及水面漏洞等。

（4）建模区拼接。

受处理软件容量所限，大范围的三维建模任务需要分解为几个测区分别进行处理，在处理完成之后，需要地面控制点，对建模区进行定向，裁切掉建模区之间的公共部分，完成建模区的镶嵌处理，输出覆盖任务区的无缝场景。

（5）成果检查。

在成果检查过程中，采用交互式方式对三维建模成果进行检查，包括图面检查和精度检查两个方面。图面检查主要用于检查三维建模场景中是否存在明显的变形、是否存在漂浮物和空洞等；精度检查主要用于检查三维场景的几何精度，多采用地面检查点的方式来进行。

2 试点应用及结果分析

为了验证该方法的有效性，在杭州市内选择了3个试点应用区，总面积为9.8 km2。实验区以平地为主，高程起伏较小，建筑物密集，交叉跨越情况较多，具有典型的配电网环境特征。试点区分布如图3所示。

图3 试点区分布示意

按照1.1节所述的倾斜摄影方式，地面分辨率采用2 cm，航向重叠度采用80%，旁向重叠度采用60%，航高为150 m，对3个试点区进行倾斜摄影，共获取影像39 359张，约339 GB。按照1.2节所述的三维建模流程，使用由10台服务器组成的集群系统，对3个试点区进行三维建模处理，成果如图4所示。

图4 三维建模成果示意

在图4（a）中，三维场景中的地物部分为自动建模结果，电力线及电线杆为配电网设计结果模型化的结果。从三维场景可以看出，配电网及其周边环境可视化效果良好，清晰地展示了配电网与周边环境的关系，房屋、植被以及道路等典型地物都得到了很好的体现，对于配电网的优化设计起到了很好的支撑作用。图4（b）采用TIN的方式对展示了三维场景的内部几何结构，从中可以看出，倾斜三维建模方法，能够真实的还原地面场景的三维结构，不仅仅实现了场景的三维可视化，同时具备地物测量的能力，是倾斜三维建模技术区别于其他虚拟现实技术的典型特征。

3 结语

基于无人机倾斜摄影技术，对无人机倾斜摄影和倾斜摄影三维建模两个方面展开研究，提出了无人机倾斜摄影过程中应遵循的技术指标，并对倾斜摄影三维建模流程进行了详细论述，实现了配电网环境的三维可视化。通过试点应用对提出的方法进行了验证，并将配电网设计结果与周边环境进行集成，直观地表达了配电网与地物间的关系，为配电网优化设计提供了参考依据，具有较高的实用价值。

[1]C EVERITT.Projective texture mapping[J].Nvidia Technical Report，2008.

[2]王伟，黄雯雯，镇姣.Pictometry倾斜摄影技术及其在3维城市建模中的应用[J].测绘与空间地理信息，2011，34（3）∶181-183.

[3]龚坚刚.基于GoogleEarth的输电线路GIS系统研究[J].浙江电力，2010，29（10）∶18-20.

[4]应明春，徐世泽.复杂地形不同电压等级架空线交跨的故障防范[J].浙江电力，2010，29（8）∶57-60.

[5]吴波.自适应三角形约束下的立体影像可靠匹配方法[D].武汉：武汉大学，2006.

[6]王竞雪.移动高程平而约束的多视影像可靠匹配方法[D].葫芦岛：辽宁工程技术大学，2010.

[7]张云生.自适应三角形约束的多基元多视影像匹配方法[D].武汉：武汉大学，2011.

[8]HT KIM，BK SANG，JS GO.Building 3D Geospatial Information Using Airborne Multi-Looking Digital Camera System[J].Journal of Convergence Information Technology，2010.

[9]E KWAK.Automatic 3D Building Model Generation by Integrating LiDAR and Aerial Images Using a Hybrid Approach[J].Remote Sensingengineering，2013.

[10]A HABIB，E KWAK，M ALDURGHAM.Model-based automatic 3d building model generation by integrating Li-DAR and aerial images[J].Durgham，2011.

[11]EKWAK，MALDURGHAM，AHABIB.Automatic3d Building Model Generation from LIDAR and Image Data Using Sequential Minimum Bounding Rectangle[J].ISPRS-International Archives of the Photogram，2012.

[12]EP BALTSAVIAS.A comparison between photogrammetry and laser scanning[J].Isprs Journal of Photogrammetryamp;Remote Sensing，1999.

[13]ZHANG C.Towards an operational system for automated updating of road databases by integration of imagery and geodata[J].Isprs Journal of Photogrammetryamp;Remote Sensing，2004.

[14]GL BESNERAIS，M SANFOURCHE，F CHAMPAGNAT.Dense height map estimation from oblique aerial image se quences[J].Computer Visionamp;Image Understanding，2008.

[15]JY SONG，BK LEE.Generation of the Building Layer of Large-scale Digital Map Using Multi-Oblique Images[J].Journal of the Korean Society of Surveying Geodesy Photogrammetryamp;Cartography，2011.

[16]DA MASTIN.Statistical methods for 2D-3D registration of optical and LIDAR images[J].Massachusetts Institute of Technology，2009.

2017-09-22

白 桦（1980），男，高级工程师，从事配电网规划和设计工作。

（本文编辑：陆 莹）

以人为本 忠诚企业 奉献社会

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