專利名稱：基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于架空送電線路塔位定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)的220kv以上的電力線終勘設(shè)計(jì)時(shí)，都要求進(jìn)行塔基斷面測(cè)量。普遍的做法是使用測(cè)量型GPS接收機(jī)或全站儀來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)角點(diǎn)、樁點(diǎn)坐標(biāo)，手工記錄這些點(diǎn)的所屬類別以及特征屬性數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)再將轉(zhuǎn)角點(diǎn)和樁點(diǎn)GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為專業(yè)電力軟件格式(如道亨ORG格式)，進(jìn)而應(yīng)用相應(yīng)軟件生成塔基斷面。架設(shè)鐵塔的地方多為丘陵或高山地區(qū)，地形條件復(fù)雜，上山用全站儀測(cè)一個(gè)塔基斷面特別麻煩，至少需要三個(gè)人才能完成一個(gè)塔基斷面的測(cè)量工作，一人用棱鏡后視，一人操作全站儀，一人跑斷面，耗費(fèi)大量人力，作業(yè)效率低。而應(yīng)用GPS RTK方法進(jìn)行塔基斷面測(cè)量，應(yīng)用專門的電力之星軟件通過(guò)確定塔位中心樁、半徑即可自動(dòng)計(jì)算四個(gè)塔腳坐標(biāo)，一人上山即可完成塔基斷面測(cè)量工作，雖然減少了人力，但外業(yè)時(shí)間還是比較長(zhǎng)，沒(méi)從根本上提高作業(yè)效率。隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)采用航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行塔基斷面的測(cè)量工作，能夠在一定程度上降低人力物力、提高作業(yè)效率，但是該技術(shù)實(shí)施的作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性差，無(wú)法解決植被覆蓋的問(wèn)題，對(duì)于植被覆蓋區(qū)無(wú)能為力。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前塔基斷面測(cè)量方法中存在的作業(yè)效率低、環(huán)境適應(yīng)性差的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出了一種具有高效率、環(huán)境適應(yīng)性好的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面測(cè)量方法。本發(fā)明所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法，包括以下步驟1)利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字表面模型DSM、數(shù)字正射影像圖D0M、等高線進(jìn)行三維架空送電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而確定桿塔具體位置；2)依據(jù)不同高壓等級(jí)電塔的要求，確定塔基范圍，繪制正方形或圓形的塔基范圍；3)根據(jù)塔基斷面精度要求，自動(dòng)生成數(shù)字高程模型DEM ；4)針對(duì)塔基位置，結(jié)合數(shù)字正射影像圖D0M，應(yīng)用專門數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)字高程模型DEM的編輯，去除地表灌木、小型人工建筑物等噪聲，得到精確的數(shù)字高程模型DEM ;5)根據(jù)選定的塔型、轉(zhuǎn)角角度確定四個(gè)塔腳的方向線，根據(jù)塔基范圍確定塔腳位置，從而獲取塔腳精確坐標(biāo)；6)依據(jù)塔腳及桿塔的位置、高精度數(shù)字高程模型DEM，生成塔基斷面。所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法中的步驟I)中的確定桿塔具體位置的步驟如下1)在架空送電線路三維優(yōu)化選線系統(tǒng)中導(dǎo)入數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字表面模型DSM、數(shù)字正射影像圖D0M、等高線，依據(jù)電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行線路優(yōu)化設(shè)計(jì)；2)確定選線結(jié)果后，結(jié)合正射影像及平斷面圖進(jìn)行排桿定位，完成直線塔位的確定；3)確定所有塔位的中樁位置。
所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法中的步驟3)中的數(shù)字高程模型DEM為應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)生成，具體步驟如下1)線路確定后，利用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確分類；2)應(yīng)用TerraModeler模塊，利用分類后的地面點(diǎn)云、選擇合適的格網(wǎng)大小自動(dòng)創(chuàng)建數(shù)字高程模型DEM。所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法中的步驟4)中的數(shù)字高程模型DEM的精細(xì)編輯為根據(jù)植被茂密區(qū)、低矮灌木區(qū)、溝坎區(qū)、地形起伏較大區(qū)域情況，應(yīng)用多種數(shù)據(jù)處理軟件綜合影像和點(diǎn)云信息生成。采用本發(fā)明的塔基斷面提取方法，對(duì)于全線路的塔基，確定塔基范圍后，在室內(nèi)即可自動(dòng)生成所有塔位的塔基斷面圖，減少對(duì)人工操作的依賴程度，因此實(shí)現(xiàn)了塔基斷面成圖的高效率作業(yè)；應(yīng)用激光雷達(dá)進(jìn)行塔基斷面測(cè)圖，對(duì)于溝壑縱橫、陡崖等地形復(fù)雜區(qū)域，根據(jù)數(shù)字地形模型實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的模擬，適用于多種地形條件，因此該塔基斷面測(cè)圖方法環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；激光雷達(dá)的地面測(cè)點(diǎn)密度大，每平方米最大可達(dá)20個(gè)激光點(diǎn)，比傳統(tǒng)測(cè)量方法采樣密度高，實(shí)現(xiàn)了塔基斷面的高精度測(cè)量。


圖I為本發(fā)明的技術(shù)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明所述的一種基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟為
(I)確定桿塔坐標(biāo)
將數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字表面模型DSM、等高線依據(jù)數(shù)字正射影像圖DOM導(dǎo)入到三維優(yōu)化選線系統(tǒng)中，結(jié)合二維影像及實(shí)時(shí)斷面、三維場(chǎng)景圖，依據(jù)線路設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行線路優(yōu)化設(shè)計(jì)。架空送電線路設(shè)計(jì)需求數(shù)據(jù)信息豐富，數(shù)據(jù)量大，應(yīng)用支持海量空間數(shù)據(jù)管理的三維優(yōu)化選線系統(tǒng)可以方便快捷的進(jìn)行上百G數(shù)據(jù)的放大、縮小、漫游等管理及應(yīng)用，在該系統(tǒng)中導(dǎo)入DEM、DSM、等高線、DOM等數(shù)據(jù)，為選線提供豐富的可參考信息。結(jié)合高分辨率二維正射影像圖(可分辨出不同等級(jí)電力線、道路、水系、建筑物等)、等高線、任意方向的斷面圖，根據(jù)線路設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行線路初步確定；通過(guò)DEM與DOM的幾何疊加得到三維真實(shí)場(chǎng)景圖，將架空輸電線路按設(shè)計(jì)高程及弧垂得到三維圖，進(jìn)行三維瀏覽，查看線路與周圍地物間的空間關(guān)系，進(jìn)行線路優(yōu)化。線路確定后，結(jié)合斷面圖及二維正射影像進(jìn)行線路預(yù)排桿，從影像圖及三維瀏覽中可查看是否有塔位，及時(shí)在室內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，完成排桿確定工作。至此，完成轉(zhuǎn)角塔及直線塔的定位工作，確定了所有鐵塔的位置信息。(2)自動(dòng)繪制塔基范圍
依據(jù)不同高壓等級(jí)電塔的要求，確定以桿塔中樁(及塔位中心)為中心，一定距離范圍的塔基范圍，如46m X 46m，5m X 5m等，形狀可為圓形或方形，并將其用隱形矢量線描述。(3)自動(dòng)生成數(shù)字高程模型DEM利用數(shù)據(jù)處理軟件，如TerraSolid軟件，該軟件基于MicroStation平臺(tái)運(yùn)行，包括TerraScan、TerraModeIer、TerraPhoto、TerraMatch 等模塊，應(yīng)用 TerraScan 模塊進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確分類。利用分類后的地面點(diǎn)云自動(dòng)創(chuàng)建數(shù)字高程模型DEM，在創(chuàng)建過(guò)程中，選擇合適的格網(wǎng)大小，如0. 5mXO. 5m, 0. 4X0. 4m等。(4)對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行精細(xì)編輯
綜合應(yīng)用TerraScan、TerraModeIer> TerraPhoto模塊進(jìn)行數(shù)字高程模型的編輯,主要參考數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖對(duì)模型進(jìn)行精細(xì)編輯。單獨(dú)應(yīng)用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，缺乏地物間的空間幾何關(guān)系，借助于正射影像、點(diǎn)云和數(shù)字地面模型可以很好的判斷地物類型，查看局部的分類錯(cuò)誤，并進(jìn)行糾正。在進(jìn)行DEM編輯的時(shí)候，尤其要注意植被茂密區(qū)、低矮灌木區(qū)、溝坎區(qū)、地形起伏 較大區(qū)域，對(duì)塔位周圍50m范圍的區(qū)域都要進(jìn)行精細(xì)編輯處理。(5)根據(jù)選定的塔型、轉(zhuǎn)角角度確定四個(gè)塔腳的方向線，其與塔基范圍相交即可得到四個(gè)塔腳的坐標(biāo)信息。(6)根據(jù)塔位中樁及四個(gè)塔腳的坐標(biāo)、高精度數(shù)字高程模型批量自動(dòng)生成塔基斷面圖。設(shè)計(jì)人員選定所有的塔位信息，即可一鍵完成所有鐵塔的塔基斷面的繪制工作，極大地提高了塔基斷面測(cè)量工作效率。采用本發(fā)明的塔基斷面提取方法，對(duì)于全線路的塔基，確定塔基范圍后，在室內(nèi)即可自動(dòng)生成所有塔位的塔基斷面圖，減少對(duì)人工操作的依賴程度，因此實(shí)現(xiàn)了塔基斷面成圖的高效率作業(yè)；應(yīng)用激光雷達(dá)進(jìn)行塔基斷面測(cè)圖，對(duì)于溝壑縱橫、陡崖等地形復(fù)雜區(qū)域，根據(jù)數(shù)字地形模型實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的模擬，適用于多種地形條件，因此該塔基斷面測(cè)圖方法環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；激光雷達(dá)的地面測(cè)點(diǎn)密度大，每平方米最大可達(dá)20個(gè)激光點(diǎn)，比傳統(tǒng)測(cè)量方法采樣密度高，實(shí)現(xiàn)了塔基斷面的高精度測(cè)量。
權(quán)利要求
1.基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 .1)利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字表面模型DSM、數(shù)字正射影像圖DOM、等高線進(jìn)行三維架空送電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而確定桿塔具體位置； .2)依據(jù)不同高壓等級(jí)電塔的要求，確定塔基范圍，繪制正方形或圓形的塔基范圍； .3)根據(jù)塔基斷面精度要求，自動(dòng)生成數(shù)字高程模型DEM； .4)針對(duì)塔基位置，結(jié)合數(shù)字正射影像圖DOM，應(yīng)用點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)字高程模型DEM的編輯，去除地表灌木、小型人工建筑物噪聲，得到精確的數(shù)字高程模型DEM ； . 5)根據(jù)選定的塔型、轉(zhuǎn)角角度確定四個(gè)塔腳的方向線，根據(jù)塔基范圍確定塔腳位置，從而獲取塔腳精確坐標(biāo)； . 6)依據(jù)塔腳及桿塔的位置、高精度數(shù)字高程模型DEM，批量生成塔基斷面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法，其特征在于，所述步驟I)中的確定桿塔具體位置的步驟如下 .1)在架空送電線路三維優(yōu)化選線系統(tǒng)中導(dǎo)入數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字表面模型DSM、數(shù)字正射影像圖DOM、等高線，依據(jù)電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行線路優(yōu)化設(shè)計(jì)； . 2)確定選線結(jié)果后，結(jié)合正射影像及平斷面圖進(jìn)行排桿定位，完成直線塔位的確定； .3)確定所有塔位的中樁位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法，其特征在于，所述步驟3)中的數(shù)字高程模型DEM為應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)生成，具體步驟如下 .1)線路確定后，利用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確分類； .2)應(yīng)用TerraModeler模塊，利用分類后的地面點(diǎn)云、選擇合適的格網(wǎng)大小自動(dòng)創(chuàng)建數(shù)字高程模型DEM。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法，其特征在于，所述步驟4)中的數(shù)字高程模型DEM的精細(xì)編輯為根據(jù)植被茂密區(qū)、低矮灌木區(qū)、溝坎區(qū)、地形起伏較大區(qū)域情況，應(yīng)用多種數(shù)據(jù)處理軟件綜合影像和點(diǎn)云信息生成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的塔基斷面提取方法，包括以下步驟通過(guò)線路優(yōu)化設(shè)計(jì)及排桿定位確定桿塔坐標(biāo)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求自動(dòng)生成指定的塔基范圍；自動(dòng)生成數(shù)字高程模型DEM；結(jié)合高分辨率正射影像及點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字高程模型的編輯；根據(jù)塔基范圍、塔型、轉(zhuǎn)角角度等確定塔腳方向線和塔腳坐標(biāo)；批量自動(dòng)生成塔基斷面圖。本發(fā)明方法在室內(nèi)即可完成全線的塔基斷面測(cè)量工作，代替人工外場(chǎng)作業(yè)測(cè)量，極大降低了野外工作量，尤其是丘陵和高山地區(qū)，大大提高了作業(yè)效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)G01C7/00GK102706323SQ20121015372
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者竇延娟, 范應(yīng)全, 董文武 申請(qǐng)人:四川省科學(xué)城久利科技實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司