航测成果辅助电力线路勘测设计的研究

朱明接，林国辉，宁国标，宋来聪，屈振华

(清远电力规划设计院有限公司，广东 清远 511500)

0 引言

近年来，随着无人机、航测遥感、计算机视觉等技术的发展，以无人机为遥感平台的低空摄影测量技术已经可以满足大比例尺地形图测绘精度要求[1]。该技术突破了传统航空摄影测量作业周期长、天气影响大、空域管制、费用成本高等因素的限制，已经在电力勘测、电力巡线、风电场选址等多种电力工程中得到广泛应用。在影像获取方面，消费级多旋翼无人机的出现，使得无人机影像数据获取变得更加便利。在影像数据处理方面，随着航测数据处理技术的发展，特别是空中三角测量技术，利用 航 测 软 件 (Inpho、ContextCapture、Pix4D、DPGird等)可以轻松地制作数字正射影像图(digital orthophoto map，DOM)、数字表面模型(digital surface model，DSM)、三维模型等丰富的航测成果[2]，让航测真正迈入大众化、平民化时代。

平断面图是输电线路设计的基础数据，也是航测应用在线路工程中的一种成果具体形式[3]。利用航测方法快速测制平断面图，传统作业方式是通过借助航测地面站来完成，整个过程比较繁琐，智能化程度不够。虽然无人机获取数据方式越来越便利，航测数据成果越来越丰富，但是如何对航测数据成果进行深入信息提取、挖掘，快速地提取所需要的信息，并智能化成图，充分发挥航测成果的应用价值，对于电力勘测设计人员而言仍是一个难题。

本文考虑电力线路勘测设计全过程，以AutoCAD为基础平台，采用VB.net和ObjectARX为二次开发语言，研究航测数据快速提取方法，实现利用已有的航测数据成果提取平面地物和高程信息，生成线路设计所需的平断面图、塔基地形图等，从而减少工作量，优化设计方案，提升电力勘测设计效率。

1 技术路线

电力线路勘测设计涉及到的航测数据成果主要包括DOM、DSM、数字高程模型(digital elevation model，DEM)和数字线划图(digital line graphic，DLG)[4]。DEM 和 DLG 需要花费大量人工进行加工得到。在电力线路勘测设计中，通常需要测量地物、中线、边线、风偏高程以及重要交叉跨越物。其中，重要交叉跨越一般需要采用全站仪现场测绘。本文研究利用DOM、DSM等航测成果，在AutoCAD平台智能化提取平面地物、中线、边线的高程信息等，并输出电力线路勘测设计所需要的电子成果图。

利用航测数据成果辅助电力线路勘测设计，以DOM、DSM、DEM等为基础数据，基于AutoCAD和ObjectARX[5]等进行二次开发，实现AutoCAD中快速插入基础数据，实现地物平面图采集、高程点采集、路径断面、边线、风偏等提取以及批量提取高程点等功能，继而生成线路平断面图，供设计人员进行排杆及路径优化，最终生成平断面图、平面图及塔基地形图等，具体的技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

2 辅助电力线路勘测设计

2.1 CAD插入影像和高程

航测成果中最常用的就是DOM和DSM。由于影像空间分辨率高，数据量大，直接插入到CAD中，会出现卡顿、内存占用大的问题。针对这些问题，先对影像进行自动分幅，并生成分幅的图框，设计人员按需框选加载影像数据，也支持指定路径加载多个文件影像数据。CAD插入影像时，需要读影像的定位文件(.tfw)，该文件包含横纵方向的分辨率，左下角的X、Y坐标。对于DSM，通过定位文件可以进行2种数据之间的定位坐标索引，直接读取该点位在DSM中的高程值。影像和高程数据加载如图2所示。

图2 影像和高程数据加载

2.2 平面图绘制

目前市场上地形图绘制软件以CASS软件为主，它是基于AutoCAD平台二次开发的地理信息系统(geographic information system，GIS)前端数据处理系统，按国家地形图成图规范设计，绘制成果图形美观，同时具备字典属性和土石方计算、图形坐标变换等各项地形图应用功能，在地形图绘制方面有着广泛的应用。本文开发的插件可以在CASS软件中加载和使用，辅助采集房屋、道路、河流、池塘、植被等地物平面图，与CASS相关软件全面兼容，有利于平面图进一步加工和深入应用，满足国家地形图规范要求。

2.3 高程点、断面、边线采集

在电力勘测设计过程中，需要采集大量高程点，包括关键地物高程点、关键地形高程点、断面点及边线点。关键地物高程，如建筑物顶部的高程，通常地面测量人员通过测量地面点加楼层数进行估计，或者全站仪不测量，而在本软件中可以直接单点采集建筑物顶部高程[6]。关键地形点，如山脊、山顶等关键地物的高程点，直接单点、线或者面的方式快速提取。在采集高程之前，软件提供影像数据和高程数据加载功能，如图3所示。加载影像和高程数据后，可以进行高程点采集，包括单点采集高程点、批量展绘高程点、读取文件提取高程(外业测绘)、提取路径坐标及提取断面边线高程点等功能。

图3 高程点采集功能

提取高程过程中，考虑到DSM中有植被覆盖的情况，DSM的高程值并非地面高程值，需要减去植被高度，软件提供减去植被高的快捷命令，提示输出减高值，在提取高程时，从DSM获取高程时自动减去植被高，再将高程点加入CAD软件中。如果不需要减高，直接输入“0”即可。

断面高程提取，直接按线路路径设置采集间隔，批量采集高程点，完成中线高程提取[7]。对于边线、风偏，按特定的线段采集高程点，或者直接按线路路径在两边一定的距离采集高程点，如图4所示。

图4 自动提取断面高程数据

2.4 自动生成平断面图

根据提取的中线、边线、风偏等高程数据，输出到文本，并结合提供的电力杆塔(转角)坐标数据，软件自动整理平断面数据。如提供的线路杆塔转角点号及坐标为GJ1、GJ2……GJ11，软件程序计算以GJ1～GJ2为中线，两侧各一定宽度范围构建矩形区域，将该区域的坐标点数据归纳到GJ1～GJ2，依此，整理逐个线路耐张段之间的断面数据，并将整理好的数据输出到一个文本(.txt)，如图5所示。

图5 平断面数据格式

将数据整理成文档格式，并不能满足设计排杆的要求。通过对道亨平断面格式的解译，软件自动转换道亨平断面图格式以及自动绘制成CAD格式，结合平面地物的数据，软件直接完成平断面的自动生成，如图6所示，即为软件自动生成的平断面图。

图6 平断面图(CAD格式)

2.5 自动生成塔基地形图

绘制塔基断面图一般过程是读入塔位测量文本数据、计算塔位转角度、将测量地理坐标转换为塔位局部坐标、构建三角网、内插计算相应断面高程点坐标、绘制塔基断面线、插入标准图框、赋予CASS属性等，此过程人工工作量大，步骤繁琐。本文研究自成批量生成塔基地形图的方法，具体思路如下。

1)将杆塔位坐标按塔位顺序形成塔位坐标文本文件，转角塔采用“J”等自定义特殊字符编号。

2)读入塔位坐标文件，根据用户输入的转角编号字母判断转角塔与直线塔。

3)根据读入的塔位坐标，自动计算转角坐标。

4)根据塔位编号与坐标，自动读入测量或DEM提取的塔位数据，依据转角度和塔位中心坐标，计算测量坐标与塔基局部坐标系转换四参数，并根据四参数将测量坐标转换为塔位局部坐标系。

5)利用ObjectARX构建高程点块，将塔位局部坐标系下的高程展绘。

6)根据局部坐标系点构建三角网，将三角网各边根据1∶200地形图等高距分割，并连接绘制等高线。

7)根据地物编号，绘制常见地物。绘制过程中，将高程点、等高线、地物等赋予相应的CASS属性。

8)根据用户所选图框类型，插入相应的标准图框块，绘制相应的文本信息。

经过以上步骤，一幅塔基地形图绘制基本完成。为了实现批量生成塔基地形图，还需要输入转角ID编号，填写CASS制图人员和相应的日期，选择输电线路塔位坐标文件和塔基测量数据所在路径，选择修改塔基成果输出路径等。完毕后，点击批量生成，实现塔基地形图的快速批量绘制，自动生成的塔基地形图如图7所示。

图7 程序自动绘制的单个塔基地形图成果

3 结语

本文针对传统电力勘测设计方法存在效率低、设备专业化和人员经验要求高等问题，提出了航测成果(DOM、DSM、DEM等)辅助电力线路勘测设计的方法，阐述了航测成果辅助电力勘测设计的全过程，让不具备航测经验的设计人员、测量人员均可以方便地利用AutoCAD软件完成地物平面信息、高程信息的快速提取，勘测阶段快速完成塔基地形图和平断面图的测绘。同时，本文方法颠覆了传统先测绘再排杆的作业模式，设计人员可在完成勘测前的平断面信息提取、排杆选线，待线路走向确定后，再让勘测人员去现场勘测核实，大大减少改线的概率，提升勘测设计的工作效率；对已有的航测成果进行加工应用，可为线路设计单位节省大笔航测工作站软硬件设备的费用，提高线路设计单位的效益；对于线路可研、初设、终勘等阶段所使用无人机航测成果数据，本文方法节省外业费用，提高工作效率，提升电力线路设计的经济效益。