汤 坚

(广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

目前，我国输电线路的路径设计工作大部分都是在“二维”地图(地形图或数字化的地形图)上进行的，这种平面地图都是通过等高线、地物边界线或特定符号表现地形、地貌以及地物情况，其缺陷是缺乏立体感、不直观。需要有一定地图知识和经验的设计人员才能准确的判断地形和地貌的特征，使设计工作变得相当繁重冗长。传统的输电线路路径选线平台，虽然实现了在立体环境下的选线及与平断面排位的实时交互，但选线场景的创建需要先对原始的航片进行建模，然后在单个模型下选线，选线视野的局限性及原始数据复杂的处理流程影响了选线的效果和效率。随着近年航空航天摄影传感器种类的增多，各种分辨率的正射影像和DEM的获取途径也更加丰富。如何快速创建选线的立体场景，如何创建可量测、大场景的立体环境，是提高路径选线效率的需要，是适应现代社会电网快速发展的迫切需求。

1 大场景立体匹配片的创建原理

实现输电线路路径优化的技术关键是建立既具有量测功能，又具有三维可视化的立体模型，在立体模型中进行路径优化设计。利用立体匹配片原理将正射影像(DOM)和数字地面模型(DEM )有机地结合，就可以建立具有量测功能的三维可视化立体模型。

立体匹配片的原理是将DEM的高程转化为视差值，并引入正摄影像，从而产生立体效果。其最简单的办法是利用投射角为 A的平行光线法，如图1所示。这时，人造左右视差值ΔX为：ΔX＝ΔZ×tanα=k×ΔZ，其中k＝tanα。

图1 立体匹配片原理图

该人造视差值直接反映了实地高差的变化，以地面点P为例，它相对于投影面的高差为ΔZ，该点的正射投影该点的正射投影为P0，斜平行投影为P1，正射投影得到正射影像，斜平行投影得到立体匹配片。立体观测得到左右视差ΔP=P1P0。

由于斜平行投影方向平行于XZ面，所以正射影像和立体匹配片的同名点坐标仅有左右视差，而没有上下视差，这就满足了立体观测的先决条件，从而构成了理想的三维立体设计量测环境。在这样的影像对上进行立体量测，既可以保证点的正确平面位置，又可方便地解求出点的高程。

2 技术实现

立体匹配片可以实现地形的三维可视化与量测。其生成原理如上所述，把DEM转为视差值引入正射影像，对正射影像进行重采样，生成另外一张影像，即立体配对片。实现流程见图2，实现程序省略。

图2 立体匹配片生成流程图

3 大场景路径优化思路

输电线路的路径设计首要解决的问题是对区域的地形地貌、地面设施情况的把握，将正射影像和立体匹配片进行影像镶嵌，建立大场景的三维立体模型，在三维可视化环境中选线。使设计人员更容易的进行地形、地物、地貌的判读。尤其是大场景选线环境的搭建，确保设计人员对选线区域有更全局的认识。设计人员从正射影像图上确定路径平面方案，从数字高程模型DEM和影像上采集获得确定路径的平断面，然后在平断面上设计杆塔位。

具体路线方案优化的流程是：路径平面设计定线→应用DEM插值得到断面→绘制路径两旁规定范围内的平面→在平断面上排位设计→在立体模型中检查塔位，量测塔腿坡度。当导线对地安全距离不够，塔位高差过大造成上拔现象，或者线底跨越物过高造成路径无法通过，当塔腿坡度过大不宜立塔等情况时，需要回到第一步重新调整路径平面。就这样重复循环多次，直到满意为止。优化选线流程如图3：

图3 线路优化选线流程图

图4 大场景三维立体模型中的输电线路路径优化

4 实现意义

利用立体匹配片技术建立大场景三维立体模型，然后在大场景三维立体模型中进行输电线路优化设计已经显示出明显的优越性：

(1)实现了输电线路路径优化选线环境的快速创建，缩短了线路工程工期

随着测绘技术的快速发展，获取数据的手段越来越先进，正射影像可以通过卫星遥感、传统航空摄影、低空遥感等来获取，DEM的获取手段可以是工程测量、等高线数字化、航空摄影测量、卫星遥感像对等。丰富的数据获取途径，大大缩短了获取创建选线环境所需数据的时间，同时保证了获取数据的实效性，缩短了工期。

(2)实现了可量测、大场景选线环境的创建，提高了工作效率，保证了工程质量。

通过立体配对片技术将正摄影像(DOM )和数字地面模型(DEM )有机地结合，生成大场景的选线环境，并在可量测的立体环境中进行坡度分析、高程分析、剖面分析、威胁分析，确保线路设计成果真实可靠。

(3)实现了从二维静态经验选线向三维动态立体选线的转变，提高了设计深度，降低了工程造价。

大场景立体匹配片技术的应用改变目前设计中凭经验单向设计的方法，使线路设计建立在可靠的数字化模型的基础上，形成科学设计方法，大大减少人为的事务，使线路设计工作在初步设计阶段达到施工图设计深度，并全面提高线路工程施工图阶段技术经济效益。目前该技术已经成功应用在我院500kV木棉至从化输电线路中，缩短路径4.8%，可节省工程投资5%。

该技术的研究将加速输电线路勘察设计一体化、智能化的进程，将推动电网建设的快速发展。

[1]张祖勋，等.三维可视化工程设计的研究[J].武汉大学学报(信息科学版)，2002，27(4).

[2]张剑清，等.摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[3]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996.