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摄影测量在电力线路选线中的应用.doc

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摄影 测量 电力 线路 中的 应用
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1龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目:摄影测量在电力线路选线中的应用资源工程学院摄影测量在电力线路选线中的应用【摘要】:传统的输电线路选线一般使用地形图,其简单的几何图形加注记的形式不能真实的反应输电线路沿线的地形地貌。利用遥感技术、数字摄影测量技术可以快速获取选线区域的数字高程模型和影像数据。本文以龙岩—漳州 500kv 输电线路工程为例通过应用航空摄影测量技术,图像数字处理技术、图像增强技术、高精度 DEM 生成和影像复合等工序,为设计人员提供了的选线资料。【关键字】:摄影测量 输电线路 海拉瓦技术2目录1.绪论 .................................................................................................................................................51.1 前言 ......................................................................................................................................51.2 传统输电线路的选线 ..........................................................................................................51.2.1 输电线路 ...................................................................................................................51.2.2 输电线路的特点 .......................................................................................................51.2.3 传统的选线技术的弊端 ...........................................................................................51.3 航空摄影测量应用现状 ......................................................................................................51.3.1 航空摄影测量简介 ...................................................................................................51.3.2 航空摄影测量应用现状 ...........................................................................................51.3.3 航测技术的优点 .......................................................................................................531.4 航空摄影测量引入电力线路选线的意义 ..........................................................................62 航空摄影测量的工作原理及精度分析 .........................................................................................62.1 海拉瓦技术 ..........................................................................................................................62.2 航空摄影测量 ......................................................................................................................62.3 航测技术绘制平断面时的高程误差及精度分析 ..............................................................63 工程实例 .........................................................................................................................................73.1 工程概况 .............................................................................................................................73.2 航空摄影 ..............................................................................................................................73.3 外控与调绘 ..........................................................................................................................73.3.1 制作镶嵌图 ...............................................................................................................73.3.2 像片控制点的布设 ...................................................................................................73.3.3 像片控制点的刺点 ...................................................................................................73.3.4 调绘 ...........................................................................................................................83.3.5 外控 ...........................................................................................................................83.4 航测内业处理与室内选线 ................................................................................................104 工程路径优化实例 .......................................................................................................................114.1 避让设施,减少赔偿 ........................................................................................................114.2 避重跨轻,减少动迁 ........................................................................................................115 效益分析 .......................................................................................................................................126 结束语 ...........................................................................................................................................127 致谢语 ...........................................................................................................................................13参考文献 ..........................................................................................................................................131.绪论1.1 前言输电线路是电力系统重要的组成部分发电厂发出的电需要通过输电线路才能最终到达所需的用户手中,输电线路的电压等级越高电能在线路的传输过程中的损耗越小,高压电线通常都是架设在钢架铁塔上。高压线路路径设计的是否合理直接影响工程的进度,建设成本。在设计线路路径时要综合考虑各方面的因素,尽量避免大规模的拆迁,尽量少占耕地。所以在线路的设计上线路的路径应尽量使用直线,减少转角塔的使用,因为转角塔的塔基处理的成本比直线塔高出很多,而且在架设钢结构塔的钢材使用量也大大增加。在地质方面也要选取地质条件良好的地方,避开地质条件复杂的地区,避免不必要的人工处理来减少不必要的成本,同时减少施工难度,加快工程进度。传统的选线方法是首先需要搜集相关的资料,进行线路可行性的研究,在较小比例尺如 1:50000 的地形图上进行初步的选线,设计出路径的大致走向,再派相关专业的人员进行实地的勘测,不断的修改,使得设计的路径符合相关电压等级输电线路路径的要求。41.2 传统输电线路的选线1.2.1 输电线路输电线路是电力系统重要的组成部分,它将发电厂、变电站、配电设备和电力用户结合成一个有机的整体。1.2.2 输电线路的特点由于高压输电线路电压等级较高对周边环境的影响较大,所以路线的路径大部分都在森林覆盖率较高的山区,交通不便,地质情况复杂。1.2.3 传统的选线技术的弊端传统的选线的方法通常是在较旧的地形图上进行初步的选线,而这些地形图通常都是上个世纪 70、80 年代的甚至更早的,地形地貌早就发生了较大的变化,已经不能真实的反映出该地的地形地貌,进行初步的选线后还要派相关专业的人员进行线路的实地勘察,优化线路的路径,避开一些地质条件复杂的地区,确保输电线路的安全。这样不但费时费力,还增加了建设的成本。1.3 航空摄影测量应用现状1.3.1 航空摄影测量简介航空摄影测量学(简称航测)有着悠久的历史从 19 世纪至今空中摄影的仪器也不断的改进。从最早的用气球搭载摄影机拍摄到后来在飞机上搭载摄影机进行摄影,在第一次世界大战期间,航空摄影成了军事侦察的重要手段,1924 年彩色胶片的出现,使得航空摄影记录的地面目标信息更为丰富。1.3.2 航空摄影测量应用现状摄影测量应该是一门相对年轻的学科,由于它利用计算机替代“人眼”,使得数字摄影测量无论在理论上还是其实践都将得到迅速发展。它将在三维可视化、地理信息数据更新、数字近景摄影测量等方面得到广泛的应用与发展。我国在 60 年代将它引进到输电线路的设计阶段1.3.3 航测技术的优点(1)有利于缩短设计时间,加快工程进度,降低工程造价,提高工程效益,优化工程路径。由于输电线路的电压等级通常都是 500kv 或者更高,所以优化线路路径至关重要,这样不但可以降低工程造价,还能减少施工难度。(2)减少外业人员的野外工作时间,降低劳动强度,使大部分的工作从野外移到室内。1.4 航空摄影测量引入电力线路选线的意义在以往电网输电工程建设中,设计人员是通过从国土部门收集的地形图或测量人员提供的地形图,进行图上的初选,由于这些地形图通常都是上个时间 70、80 年代绘制的甚至更早的,实地的地形、地貌都发生了巨大的变化。已经不能真实的反映当前的地形地貌,而地形图都是二维的,高程都是用等高线来表示的,高程的误差较大,而线路设计对高程精度的要求较高,所以需要测量人员进行实地的勘测,来对高程进行修测。我国现用的小比例尺的地形图大都是七、八十年代或更早测绘的,因而无法反映出当前地形、地物的状况。部分电子版地形图虽然精度较高,但由于这些电子地形图没能及时更新,反映的地形地貌通常与实地有较大出入,这些地形图只能作为选线的参考,提供大致的范围。航测技术的应用,与传统的勘测有了很大的不同,它的作业流程突破了传统的勘测流程。航测图片与传统的纸质地形图相比,它所反映的地形地貌更加的丰富。这些丰富的地形地貌使得设计人员能更好的进行线路的选线尽量避开人员密集的村庄,土地肥沃的耕地,还有一些文物保护单位。52 航空摄影测量的工作原理及精度分析2.1 海拉瓦技术海拉瓦全数字化摄影系统是目前世界上一种先进的地理测量技术,它借助卫星、飞机、GPS(全球定位系统)等高科技手段,通过高精度的扫描仪和计算机信息处理系统,将各种影像资料生成正射影像图、数字地面模型和具有立体图效果的三维景观图,并以标准格式输出输像和数字信息。 该系统的意义在于帮助工程设计人员尽可能减少传统方式的实地测量、定位信息的误差,同时勘测、设计人员不必到气候等自然条件恶劣的地区或山区翻山越岭获取技术信息等,大大降低劳动强度,工作人员主要在卫星、飞机、GPS 等设施工作的前提下,在计算机旁借助海拉瓦系统生成的图像、三维景观图一目了然地掌握工程实地的情况,完成一系列工程设计。目前该技术已在三峡工程中得以应用。2.2 航空摄影测量航 空 摄 影 测 量 要 根 据 航 测 图 的 用 处 选 取 适 当 的 比 例 尺 , 航 测 比 例 尺 以 成 图 的 比 例尺 、 摄 影 测 量 内 业 成 图 方 法 和 成 图 精 度 等 因 素 来 考 虑 选 取 , 为 了 便 于 立 体 测 图 及 航 线间 的 接 边 , 除 了 航 摄 像 片 要 覆 盖 整 个 测 区 外 , 还 要 求 像 片 间 有 一 定 的 重 叠 。 单 张 像片 测 图 的 基 本 原 理 是 中 心 投 影 的 透 视 变 换 , 立 体 测 图 的 基 本 原 理 是 投 影 过 程 的 几 何 反 转 。航 空 摄 影 测 量 的 作 业 分 外 业 和 内 业 。2.3 航测技术绘制平断面时的高程误差及精度分析航测成图时,绘制的平面图误差很小,完全能满足测量规范的要求,而断面图的误差较大,需要采取办法进行修正及优化。航测成图的系统误差主要来自航摄像片变形、航摄物镜的畸变差、大气折光差和地球曲率四种误差。这些误差应当通过改正像点移位的方法加以消除,在全数字化摄影测量系统条件下改正系统误差是极为容易的。通常在航测成图时,较为重视的改正项目只是航摄像片变形改正,其它三项系统误差改正一般是被忽略的。其中航摄物镜的畸变差,如果差值较小,对航测成图的高程精度影响很小,是可以忽略的。如果差值较大,并足以影响航测成图精度的。此外,内业工作人员在量测和绘制平断面时也会对高程精度产生影响。在航飞时候,部分地区被云层遮挡,像片上产生阴影。在林木密集地区,内业人员很难判断出地面,所以这时候绘制的断面就产生了高程误差。内业工作人员由于视觉习惯和视觉疲劳的原因,也会在绘制断面时造成误差。在地物类别变化的地方如沟坎边、河流边等地方绘制的高程精度也较低。3 工程实例3.1 工程概况本工程为新建单、双回路混合线路,电压等级为交流 500kV。线路建设地点为福建省龙岩市所属的新罗区、永定县,漳州市所属的南靖县、芗城区、龙海市,线路起自龙岩500kV 变电站,止于漳州 500kV 变电站。路径方案全长原方案为 143.5 km ,实际定位时,局部地段由于地形原因进行了改线,最终定位长度为 135.8km。其中龙岩定位组长度为43.6 km,途径新罗区、永定县;南靖定位组长度为 45.4km,途径新罗区适中镇、奎洋镇,南靖县和溪镇、金山镇、龙山镇;漳州定位组长度为 46.8 km,途径南靖县龙山镇、漳州市芗城区、龙海市。沿线地形起伏大,植被茂盛,主要有松树、杉树、杂树、果树等,沿线经过地区有大量龙眼、香蕉、柑橘、菠萝等果园。途经部分经济发达地区,交叉跨越较多。根据沿线城镇6的规划、经过的林场等情况,为了不妨碍城镇建设、减少破坏森林覆盖,路径都尽可能作了避让,并尽量避开民房。由于终勘定位和航飞在时间上存在一定间隔,线路经过的部分地区为经济发达地区,航片上的地物地貌和实际情况会有少量的变化,如:新开的采石场、大车路及新建的房屋等。在实际的定位过程中,根据现场实际情况,在某些地段对线路路径进行改线,作了相应的微调。由于沿线村民阻挠、城镇规划临时变动等原因,终勘定位完成后,还存在改线的可能。综合考虑本工程线路途经地带,测区困难类别为:Ⅳ.5 类。3.2 航空摄影(1)依照路径初设审查结果进行航空摄影,采用单航线摄影方式进行。当有比选方案时,主方案与比选方案均采用单航线摄影方式分别进行摄影。(2)航段(带)划分。在 1:50000 地形图上,按转角段划分航线,各航线段内,每一个转角点距离像片边缘,均应大于 3cm。根据本工程情况,一共分为 13 个航带。(3)采用 23cm×23cm 像幅的航摄仪,宽角镜头,主距 fk=152.0±3.0mm 。航空摄影比例尺选用 1:12000~1:15000。(4)航空摄影的飞行质量应满足:航摄像片倾角不大于 2°,最大不大于 4° ;航摄像片旋偏角不大于 6°,最大不大于 10°;航摄像片的航向重叠应为 60%~65%,个别最大不得大于 75%,最小不得小于 56%;航线的弯曲度不得大于 3%;航摄后路径中心线偏离像片边缘应大于 3cm。3.3 外控与调绘3.3.1 制作镶嵌图在实施外控和调绘工作前,应先做好镶嵌图。制作像片像嵌图时,切割线应通过拼接误差小、色调基本一致的地方,避免通过重要的地物,不允许沿线状地物切割。然后将推荐路径展绘在镶嵌图上,并标注村庄、河流等主要地物名称及北方向。3.3.2 像片控制点的布设选择的像片控制点点位目标影像应清晰,易于判刺和立体量测。当目标与其它像片条件发生矛盾时,应着重考虑目标条件。尽量考虑布设平高控制点,当受地形地物条件限制时,也可分别布设平面控制点和高程控制点。像片控制点应满足距离像片边缘应大于 1.5cm,离开方向线的距离应大于 4.5cm;距离像片上的各类标志应大于 1mm。像控点点名以 HN 加数字构成。3.3.3 像片控制点的刺点像片与实地进行认真地比对与判断,像片控制点在实地选定之后,应在像片准确上标定其位置。用细针在像片上刺直径小于 0.1mm 的小孔,以此表示像片控制点在像片上的精确位置。同时还要标上点号名称。每个野外控制点一般只需在一张像片上刺孔,因此,在所有像片中,选出影像最清晰的一张作为刺点像片。控制片的刺点应在刺点片正面整饰,航线公用像片控制点应在相邻航线基本片上转标,并应注出刺点航线号和像片号。控制片反面的整饰应以相应的符号标出控制点的点位,并绘出点位略图,加注简要的点位说明,注记点名、点号及比高等,点位略图的比例尺应大于像片比例尺一倍以上,宜采用描绘像片影像并配合必要的地图线划符号相结合的方法来表示。在没有明显地物的山地,可绘出等高线地貌略图或断面图来表示。点之记应绘制在2.5cm 的正方形内,并配简要的说明文字,描述点位的明确位置。描述平面位置时,以像片编号字头方向为上,使用上下左右说明,影像应使用灰度来说明(如黑、灰、白等) ,不使用现场的庄稼名称。高程应注明取自何处(如:是坎上还是坎下,是围墙拐角处的地面7还是墙顶) 。使用铅笔或黑色墨水笔描绘,绘制地形线划图应与像片方向相同。像片控制点应标注在镶嵌图上,标注刺点片号。当使用航带公用点时,必须标注航带号。单航线布点时,至少每 5 条基线布设一对控制点,每条航带的控制点数不少于 6 个。在两条航线的结合处必须布置公共外控点。航线间共用的外控点应在相邻航线的外控片上转标,并应注出刺点航线号和像片号。为了航测内业数据处理方便,在所有刺点完成后,应制作刺点对照表,注明每一个点所刺的航片号、所在的航带以及点标识。3.3.4 调绘交叉跨越的电力线应在像片上标明电压等级和杆(塔)型,并标出杆高;对电压超过10kV(包括 10kV)的电力线,应刺出每个杆(塔)的位置;对电压超过 35kV(包括35kV)的电力线,若对本工程线路的交叉跨越有重大影响的,应现场实测出跨越点相邻两杆的杆高、地线高、档距及跨越点的线高。对交叉跨越的通讯线、架空电缆、架空光缆应在像片上给出其类型、等级、杆型、杆高。对交叉跨越的地下电缆、地下光缆应在像片上给出其类别及位置。对交叉跨越的架空索道、架空水渠等物应在像片上给出其位置及高度,河流应标出名称及流向。对交叉跨越的公路和铁路应标名称及跨越点的里程。对沿线走廊范围内的经济作物应在像片上标出范围、类别名称及高度。3.3.5 外控线路路径走向,每隔间距不超过 5km 应布设一个基准点。基准点应选在地势较高、上方无遮挡的开阔地方;一般使用水泥护桩、铁标芯或在永久建筑物上做标记。基准点最好设在航带以内且交通便利的地方,刺点并绘点之记,在镶嵌图上标注其位置。当基准点不能布设在航带内时,应将其点位标注在 1:10000 或 1:50000 地形图上。线路两端与中间,每隔 30 公里左右联测 1~2 个已知国家高等级控制点,本工程一共联测 10 个福建省 C 级 GPS 控制点482P、518P、457P 、A047、519P、IS24 、520P、521P、 535P、550P,作为 WGS84 坐标转换为地方格网坐标的起算数据,进行约束平差。GPS 控制网分采用两次构网,分片平差。网图采用边点混合连接式连接,图形呈封闭状。GPS 网由非同步独立观测边构成若干个闭合环。本工程最后形成的两次控制网如下:8图 3-1图 3-2采用 GPS 快速静态方式进行控制测量与联系测量。采用南方公司提供的两台套静态双频 S080 型 GPS 接收机和四台套静态单频 9600 型 GPS 接收机进行联合作业,作业过程严格按规范要求施测。GPS 网平差与坐标计算本线路工程平面坐标采用 1954 年北京坐标系,中央子午线 117°,高程采用 1985 年国家高程基准。各种高程点、平高控制点的高程采用国家测绘局大地测量数据处理中心提供9的拟大地水准面计算软件进行计算。所有平面坐标由南方公司提供的 GPS 数据处理软件包GPSPro 计算后,进行二维约束平差。基线处理图 3-1 以福建省 C(三)级 GPS 控制点 482P 为起点进行基线解算,1 个福建省 C(三) 级 GPS控制点 518P 进行检核, 检核结果 ΔX=+0.001m. ΔY=+0.000m.精度达到规范的要求。图 3-2 应用福建省 C(三)级 GPS 控制点 518P 为起点进行基线解算,1 个福建省 C(三)级 GPS 控制点 521P 进行检核 , 检核结果 ΔX=-0.001m. ΔY=-0.001m。 利用这些控制点坐标,进行基线结算完后,所有基线与均值之差均未超过限差 0.05 米,符合规范要求。平差计算图 3-1 经过预分析可知,控制网内一共 77 个点,242 条基线,组成 272 个闭合环,由于事先已经收集到六个点作为控制点,在 WGS84 椭球上进行内部约束网的平差,输出平差报告。图 3-2 经过预分析可知,控制网内一共 38 个点,114 条基线,组成 119 个闭合环, 由于事先已经收集到六个点作为控制点,在 WGS84 椭球上进行内部约束网的平差,输出平差报告。坐标系统进行投影和转换线路两端与中间,每隔 15 公里左右联测 1~2 个已知国家高等级控制点,本工程图 3-1联测 482P、518P、457P 、A047、519P、IS24 六个福建省 GPS C 级点;图 4-2 联测518P﹑519P﹑520P ﹑521P﹑535P﹑550P 六个点福建省 GPS C 级点,作为 WGS84 坐标转换为地方格网坐标的起算数据,进行经典三维法转换,投影到北京 54 椭球下,中央子午线为 117 度。投影变换完成后,对残差根据距离加权分配后输出。3.4 航测内业处理与室内选线(1)采用 Helawa(海拉瓦)全数字摄影测量工作站进行航测内业资料的处理,生成各像对或各航段立体模型、DEM ,并进行匹配编辑。本步骤的精度直接影响生成的平断面数据的精度,在做空中三角测量的时候,航测内业人员和航测外业人员通力合作,对外业控制点转刺尽可能提高精度,生成的立体模型和 DEM 也具有比较高的精度。(2)采用根据路径初设审查结果,结合实地具体的地形地貌、房屋分布等情况,由线路设计人员和航测内业处理人员在全数字航测系统海拉瓦上进行线路路径优化选择,在考虑经济效益(路径长度短) 、社会效益(民房搬迁少、树木砍伐少)和施工难度(交通便利)之间得到一个最优化的方案,获得到各转角塔位坐标。(3)利用生成的立体模型和选线完成后得到的转角塔位坐标,在 JX4 系统上进行手工剖断面,也可以利用匹配好的 DEM 和选线完成后得到的转角塔位坐标在 VirtuoZo、JX4系统上自动生成断面数据,然后进行手工修正和测绘平面图。不论是那种方法,测图人员应集中精神观测,适当的裁减植被的高度,并把调绘的成果体现在生成的平断面图上。本工程采取全线手工剖平断面的方法,生成的平断面图的航测高程和外业工测方法校核的高程部分结果如下表:10现场桩号 工测高程(米) 航测高程(米) 高程互差(米)JB14 421.95 422.66 -0.71ZB40 420.47 419.58 0.89ZB40+1 418.97 417.96 1.01ZB41-1 435.17 436.26 -1.09ZB41 429.85 432.19 -2.34ZB42-1 435.20 436.27 -1.07ZB42 435.73 436.39 -0.66JB15 464.45 471.20 -6.75ZB43-1 559.67 561.57 -1.90表 4-3由上表结合现场的地形地貌可以看出在植被不是很高大,可以看得见地面的桩位高程互差都在±2.0 米以下,但是在 ZB41 和 JB15 等在山上,树高影响航测内业人员正确判断地面实际高程,就会出现高程互差偏大的情况。所以在线路定位的时候要注意对危险的平断面点及风偏点进行校核,根据校核的数据,对平断面进行线性优化。(4)进行并生成全线平断面图供设计专业进行杆塔排位,同时生成线路正射影像路径地形图。4 工程路径优化实例表 5-1
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