隨著架空輸電線路實(shí)景三維 測(cè)量應(yīng)用的逐漸深入，電網(wǎng)對(duì)輸電通道和線路三維精準(zhǔn)測(cè)量的需求越來(lái)越大。傾斜攝影和激光雷達(dá)作為兩種最新的三維測(cè)量技術(shù)越來(lái)越受到電網(wǎng)行業(yè)的關(guān)注。通過(guò)調(diào)研走訪電網(wǎng)運(yùn)檢部門(mén)和測(cè)繪行業(yè)相關(guān)專(zhuān)家，本期我們對(duì)傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)在輸電線路中的三維應(yīng)用做一個(gè)綜述和技術(shù)對(duì)比。

傾斜攝影技術(shù)

傾斜影像是指由一定傾斜角度的航攝相機(jī)所獲取的影像。傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機(jī)獲取地物信息的一種新型的航空攝影方式。

常用的傾斜攝影技術(shù)主要有三相機(jī)和五相機(jī)組合，目前主流方案采用五相機(jī)（也有少數(shù)采用雙相機(jī)或單相機(jī)的方案，但通常以采集效率降低為代價(jià)）。在一般傾斜攝影的五相機(jī)方案中，一臺(tái)獲取垂直影像，另外四臺(tái)從前后左右四個(gè)方向同時(shí)獲取地物的側(cè)視影像。

相機(jī)傾斜角度在40度到60度之間，因此可以較為完整地獲取地物側(cè)面的輪廓和紋理信息。傾斜攝影系統(tǒng)可以搭載在有人飛機(jī)或者無(wú)人機(jī)上，可以快速獲取地物三維模型且成像效果好，是大場(chǎng)景三維建模的重要選擇之一。

傾斜攝影可以獲取具有真實(shí)紋理的三維數(shù)據(jù)，適合做大范圍城市三維建模、輸電線路通道建模和一些對(duì)精度要求稍低的三維工程測(cè)量應(yīng)用。由于傾斜攝影技術(shù)采用可見(jiàn)光進(jìn)行測(cè)量，對(duì)天氣要求較高，并且對(duì)植被下的地形無(wú)能為力，對(duì)細(xì)小物體（電塔、電力線）的建模能力不足。

激光雷達(dá)技術(shù)

機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）是一種集激光掃描與定位定姿系統(tǒng)于一身的測(cè)量裝備，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑。LIDAR系統(tǒng)包括激光器和一個(gè)接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來(lái)，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測(cè)量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時(shí)間。鑒于光速是已知的，傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的三維坐標(biāo)X，Y，Z。

激光雷達(dá)有機(jī)載、車(chē)載、地面固定站、和手持等適合不同應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)備類(lèi)型，近來(lái)也有空地一體化微型激光雷達(dá)新技術(shù)產(chǎn)品的一些報(bào)道。從近年來(lái)在電網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的情況看，中大型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)通常會(huì)集成一個(gè)垂直視角的光學(xué)相機(jī)，用于同步獲取地面影像或者給激光點(diǎn)云著色以達(dá)到更好的視覺(jué)效果。激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外輸電線路應(yīng)用中嶄露頭角，獲得了認(rèn)可。

激光雷達(dá)具有穿透植被的能力，可以測(cè)量植被覆蓋下的地形。同時(shí)，激光雷達(dá)獲取的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量精度很高，適合做高精度地形測(cè)量與工程勘測(cè)、輸電線路及通道三維測(cè)量與建模、以及對(duì)精度要求很高的工程測(cè)量應(yīng)用。但激光雷達(dá)目前仍存在設(shè)備較昂貴。

技術(shù)對(duì)比綜述

通過(guò)采訪電網(wǎng)應(yīng)用和測(cè)繪行業(yè)專(zhuān)家，對(duì)兩種技術(shù)做了以下對(duì)比綜述（紅色代表占優(yōu)）：

案例效果

1)在電力行業(yè)應(yīng)用中，傾斜攝影已經(jīng)展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力，但目前尚未能在電力巡檢、三維測(cè)量中取得成功。下圖是某單位采用旋翼無(wú)人機(jī)搭載5鏡頭傾斜相機(jī)，在120米飛行高度采集并自動(dòng)完成建模的輸電線路和變電站數(shù)據(jù)。

由于傾斜攝影數(shù)據(jù)采集需要航帶重疊（60-80%），需要多次飛行才能獲取電力走廊三維數(shù)據(jù)，因此采集效率稍低。從自動(dòng)化建模的效果看，廠房、道路等大場(chǎng)景物體建模效果非常好，但電塔、電力線等細(xì)小物體的建模效果不佳，桿塔出現(xiàn)扭曲，電力線丟失無(wú)法建模（如下圖所示）。

圖1 傾斜攝影桿塔與變電站建模效果：地表道路效果很好，電力設(shè)施建模效果一般

圖2 傾斜攝影電塔建模效果：桿塔可見(jiàn)，導(dǎo)線缺失，通道樹(shù)木建模效果較差

圖3 傾斜攝影電塔建模局部放大效果：塔材缺失/扭曲，絕緣子導(dǎo)線等細(xì)小部件不可見(jiàn)

2)機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用已較為成熟，在國(guó)內(nèi)外均有大量案例。由于測(cè)量精度高（可以達(dá)到1厘米），同時(shí)可以獲取穿透植被，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電線和電塔等細(xì)小物體的精確測(cè)量和建模。尤其在電力巡檢和“三跨”測(cè)量等應(yīng)用中展現(xiàn)出極大的精度優(yōu)勢(shì)。

下圖是某單位采用無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)，在120米飛行高度獲取彩色激光點(diǎn)云和分類(lèi)建模數(shù)據(jù)，激光點(diǎn)云密度達(dá)到110點(diǎn)/平方米。從自動(dòng)化建模的數(shù)據(jù)效果看，雖然紋理相比傾斜攝影稍低但也有不錯(cuò)的可視化效果，同時(shí)線路弧垂和交叉跨越距離可以準(zhǔn)備量測(cè)。

圖4激光雷達(dá)獲取的電力走廊彩色分類(lèi)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)：通道、電塔、導(dǎo)線清晰可見(jiàn)

圖5 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)電塔局部放大效果：桿塔結(jié)構(gòu)清晰、絕緣子導(dǎo)線可見(jiàn)

圖6 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中不同電壓等級(jí)線路交叉跨越距離的測(cè)量：精確到厘米的跨越距離測(cè)量

應(yīng)用展望

傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)作為三維空間數(shù)據(jù)獲取的新手段，在電網(wǎng)行業(yè)的各種應(yīng)用中有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。結(jié)合對(duì)行業(yè)專(zhuān)家的調(diào)研和訪談，結(jié)論如下： 

1、激光雷達(dá)技術(shù)在測(cè)量精度和電力設(shè)施建模中具有明顯優(yōu)勢(shì)，非常適合電力巡檢和“三跨”測(cè)量等典型電網(wǎng)應(yīng)用。激光雷達(dá)設(shè)備價(jià)格也越來(lái)越低，結(jié)合相機(jī)也可以來(lái)獲取高真實(shí)感可視化效果；

2、傾斜攝影技術(shù)在設(shè)備和三維可視化效果方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但數(shù)據(jù)處理耗時(shí)長(zhǎng)成本高，同時(shí)在電塔和電力線建模和測(cè)量精度方面具有缺陷，在數(shù)據(jù)處理中需要大量人工介入才可以應(yīng)用到電力設(shè)施精準(zhǔn)三維建模和測(cè)量中；

3、傾斜攝影與激光雷達(dá)在技術(shù)上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，未來(lái)兩種技術(shù)融合應(yīng)用是一個(gè)發(fā)展方向。但目前尚未見(jiàn)到成熟的結(jié)合方案，還需要大量的基礎(chǔ)研究才能真正實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)的融合統(tǒng)一，在輸電線路三維實(shí)景應(yīng)用中取長(zhǎng)補(bǔ)短。