輸配電三維量測與建模技術：傾斜攝影與激光雷達對比

最新 07-19

無人機作為重要的搭載工具可以執行多種工作，隨著與不同技術的結合能迸發出它不同的魅力。

傾斜攝影技術

傾斜影像是指由一定傾斜角度的航攝相機所獲取的影像。傾斜攝影技術是國際測繪遙感領域近年發展起來的一項高新技術，通過在同一飛行平台上搭載多台感測器，同時從垂直、傾斜等不同的角度採集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機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主要有三相機和五相機組合，目前主流方案採用五相機（也有少數採用雙相機或單相機的方案，但通常以採集效率降低為代價）。在一般傾斜攝影的五相機方案中，一台獲取垂直影像，另外四台從前後左右四個方向同時獲取地物的側視影像。相機傾斜角度在40度到60度之間，因此可以較為完整地獲取地物側面的輪廓和紋理信息。傾斜攝影系統可以搭載在有人飛機或者無人機上，可以快速獲取地物三維模型且成像效果好，是大場景三維建模的重要選擇之一。

傾斜攝影可以獲取具有真實紋理的三維數據，適合做大範圍城市三維建模、輸電線路通道建模和一些對精度要求稍低的三維工程測量應用。由於傾斜攝影技術採用可見光進行測量，對天氣要求較高，並且對植被下的地形無能為力，對細小物體（電塔、電力線）的建模能力不足。

激光雷達技術

機載激光雷達（LiDAR）是一種集激光掃描與定位定姿系統於一身的測量裝備，可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑。LIDAR系統包括激光器和一個接收系統。激光器產生並發射一束光脈衝，打在物體上並反射回來，最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈衝從發射到被反射回的傳播時間。鑒於光速是已知的，傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度，激光掃描角度，就可以準確地計算出每一個地面光斑的三維坐標X，Y，Z。激光雷達有機載、車載、地面固定站、和手持等適合不同應用場景的設備類型，近來也有空地一體化微型激光雷達新技術產品的一些報道。從近年來在電網行業應用的情況看，中大型機載激光雷達系統通常會集成一個垂直視角的光學相機，用於同步獲取地面影像或者給激光點雲著色以達到更好的視覺效果。激光雷達技術已經在國內外輸電線路應用中嶄露頭角，獲得了認可。

激光雷達具有穿透植被的能力，可以測量植被覆蓋下的地形。同時，激光雷達獲取的高精度點雲數據測量精度很高，適合做高精度地形測量與工程勘測、輸電線路及通道三維測量與建模、以及對精度要求很高的工程測量應用。但激光雷達目前仍存在設備較昂貴。

技術對比綜述

通過採訪電網應用和測繪行業專家並試驗驗證，對兩種技術做了以下對比綜述（紅色代表佔優）：

對比圖/來自星閃世圖

案例效果

在電力行業應用中，傾斜攝影已經展現出了一定的應用潛力，但目前尚未能在電力巡檢、三維測量中取得成功。下圖是某單位採用旋翼無人機搭載5鏡頭傾斜相機，在120米飛行高度採集並自動完成建模的輸電線路和變電站數據。由於傾斜攝影數據採集需要航帶重疊（60-80%），需要多次飛行才能獲取電力走廊三維數據，因此採集效率稍低。從自動化建模的效果看，廠房、道路等大場景物體建模效果非常好，但電塔、電力線等細小物體的建模效果不佳，桿塔出現扭曲，電力線丟失無法建模（如下圖所示）。

傾斜攝影桿塔與變電站建模效果：地表道路效果很好，電力設施建模效果一般

傾斜攝影電塔建模效果：桿塔可見，導線缺失，通道樹木建模效果較差

機載激光雷達技術在輸電線路巡檢中的應用已較為成熟，在國內外均有大量案例。由於測量精度高（可以達到1厘米），同時可以獲取穿透植被，也可以實現對電線和電塔等細小物體的精確測量和建模。尤其在電力巡檢和「三跨」測量等應用中展現出極大的精度優勢。下圖是某單位採用無人機搭載激光雷達系統，在120米飛行高度獲取彩色激光點雲和分類建模數據，激光點雲密度達到110點/平方米。從自動化建模的數據效果看，雖然紋理相比傾斜攝影稍低但也有不錯的可視化效果，同時線路弧垂和交叉跨越距離可以準確量測。