利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，属于输 电线路勘测设计施工图阶段终勘定位技术领域。
【背景技术】
[0002] 在丘陵、山区等地形起伏较大的地区进行输电线路勘测设计时，需要进行塔基断 面测量工作，对于220kV及以上输电线路测量一般要求测量比例尺为1: 200或1: 300的塔基 断面图。过去，一般是通过GPS及全站仪等全野外数字测图的方法获得塔基断面数据，利用 道亨软件生成相应比例尺的塔基断面图。这种方法获得的塔基断面精度一般都能满足线路 设计的要求，但劳动强度太大、需要砍伐大量林木等植被效率非常低下。
[0003]近年来，随着机载激光雷达等新兴测绘技术的发展，由于这些技术具有较强的植 被穿透性，从而使得获取较高精度的DEM成为可能。但在植被茂密的区域，其测图精度仍然 不能达到上述塔基断面测量要求的精度。
[0004] 塔基断面测量中对塔基中心到塔腿基础外边缘范围的精度要求较高，而对剩余部 分的塔基断面精度要求相对要弱一些。另一方面，塔基附件测量范围的植被一般具有相似 性即DEM(数字高程模型）误差具有一定的相似性，通过Kalman滤波算法对塔基断面进行修 正可以提尚塔基断面的精度。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用DEM(数字高程模型）与 外业数据修正生成塔基断面的方法，满足工程精度要求的同时减轻塔基断面测量的劳动强 度、提高工作效率。
[0006] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0007] -种利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，其特征是，包括如 下步骤：
[0008] 1)采用机载激光雷达建立大场景三维立体模型进行输电线路优化选线，获得线路 塔位的坐标；
[0009] 2)确定各塔基的测量范围、各塔根开值，绘制4条腿或8条腿方向的塔基断面，计算 各塔腿位置坐标和测量范围边界处各塔腿方向的坐标；
[0010] 3)根据步骤2)中的坐标，利用ArcGIS技术根据航空摄影测量或机载激光雷达技术 生成的数字高程模型批量生成各塔基断面数据；
[0011] 4)测量实地各塔中心至塔腿方向的地形断面数据；
[0012] 5)步骤4)中的数据与数字高程模型批量生成的数据进行多项式拟合，利用Kalman 滤波算法计算多项式拟合参数，生成剩余部分的塔基断面数据。
[0013] 卡尔曼滤波的数学模型包括状态方程(动态方程)和观测方程两部分，其离散化的 形式为：
[0014]
，式中：?k,k-i为k-1到k时刻的系统一步转移矩阵； rk.k-i为系统噪声矩阵；Ωη为k-Ι时刻的系统噪声;Bk为k时刻系统的量测矩阵；Ak为k时 刻系统的观测噪声;Xk为k时刻的系统待估状态向量;Lk为k时刻系统的观测值。
[0015]前述的利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，其特征是，所述 步骤3)中利用ArcGIS二次开发技术对数字高程模型自动提取塔基断面数据，设置塔基断面 测量的采样间隔，获取塔基断面各方向线的各采样间隔对应的高程，计算各塔基方向各采 样间隔点到塔中心的距离和高差获得塔基断面数据，生成塔基断面图。
[0016]本发明所达到的有益效果:针对已有精度较高的DEM的山区等输电线路工程，通过 测量少量的外业测量工作即能完成塔基断面测量工作，确保工程质量的同时减轻了测绘人 员的劳动强度，提高了外业终勘的工作效率。
【附图说明】
[0017]图1是本发明流程不意图；
[0018]图2是直线塔基断面测量示意图；
[0019]图3是转角塔基断面测量示意图；
[0020]图4是Kalman滤波算法预测效果图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0022] 如图1所示，本发明所述的利用DEM与外业数据修正生成塔基断面的方法的具体步 骤：
[0023]步骤1)采用LiDAR等技术建立大场景三维立体模型进行输电线路优化选线，根据 三维立体模型生成的道亨架空线路平断面图进行杆塔排位，根据杆塔排位成果获得杆塔对 应的里程和高程计算线路塔位的坐标。
[0024] 步骤2)不同等级的输电线塔腿根开的大小是不一样的，一般等级越高、塔腿根开 越大，为确保设计和施工安全塔基断面测量一般要求除了测量塔基中心至塔腿根开之外还 要沿塔腿方向进行一定的延长测量。
[0025] 此外，如图2、图3所示直线塔和转角塔的塔基测量方向，其中转角塔的塔基断面方 向为线路转角角平分线为前进方向。另一方面地形起伏变化较大的区域还要测量多个方向 的塔基断面。主要包括4条腿方向和8条腿方向，其中4条腿方向为A、B、C、D方向，8条腿方向 除上述4条腿外还包括AB、BC、⑶及AD方向。
[0026]步骤3)根据上述各方向，利用ArcGIS等二次开发技术对DEM各塔基方向上按照设 定的采样间隔进行高程提取，计算各塔基方向各采样间隔点到塔中心的距离和高差获得塔 基断面数据，将塔基断面数据按照道亨塔基断面图(0RG)格式生成塔基断面图，由道亨软件 输出DWG格式的塔基断面图。
[0027]步骤4)按比例打印DEM自动生成的塔基断面图，在实地测量过程中对其进行比较， 实测塔中心至塔腿基础外边缘的塔基断面数据，观察塔基现场的植被情况并分析DEM与实 测数据的误差，若误差较小或呈现线性分布，则Kalman滤波算法预测分修正剩余部分的塔 基断面数据，与实测的塔基断面数据合并到道亨塔基断面图中完成整个塔基断面图的绘制 工作。Kalman滤波修正算法应用如下，以山区线路某一基塔位A方向为例，塔基断面测量实 测至30米，采用的对比数据包括：
[0028] (1)现场实测塔基数据(实线）；
[0029] (2)DEM 数据(虚线）；
[0030] (3)Kalman滤波数据(点划线）。
[0031]最终对比效果图见图4。对比（1)、（2)数据可以看出，DEM数据与实测数据有较大差 值，原因是山区林木遮挡严重，地表灌木覆盖层厚度大，所以DEM数据不能很好的反应实际 地形地貌。对比（1)、（3)数据，Kalman滤波算法在观测数据处理中滤掉各种随机干扰，得到 真正的规律，然后利用这种规律作出外推预报。滤波值更加接近相对真实值，预报精度较 高，能够满足工程需要。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，其特征是，包括如下步骤： 1) 采用航空摄影测量或机载激光雷达等测绘技术建立大场景三维立体模型，进行输电 线路优化选线，获得线路塔位的坐标； 2) 确定各塔基的测量范围、各塔根开值，绘制4条腿或8条腿方向的塔基断面，计算各塔 腿位置坐标和测量范围边界处各塔腿方向的坐标； 3) 根据步骤2)中的坐标，利用ArcGIS二次开发技术根据航空摄影测量或机载激光雷达 技术生成的数字高程模型批量生成各塔基断面数据； 4) 测量实地各塔中心至塔腿方向的地形断面数据； 5) 步骤4)中的数据与数字高程模型批量生成的数据作为初始值，利用Kalman滤波算 法，预报生成剩余部分的塔基断面数据。2. 根据权利要求1所述的利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，其 特征是，所述步骤3)中利用ArcGIS二次开发技术对数字高程模型自动提取塔基断面数据， 设置塔基断面测量的采样间隔，获取塔基断面各方向线的各采样间隔对应的高程，计算各 塔基方向各采样间隔点到塔中心的距离和高差获得塔基断面数据，生成塔基断面图。3. 根据权利要求1所述的利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，其 特征是，所述步骤5)中采用Kalman滤波算法。
【专利摘要】本发明公开了一种利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法，其特征是，包括如下步骤：1)采用航空摄影测量、机载激光雷达等测绘新技术建立大场景三维立体模型获得线路塔位的坐标；2)绘制塔基断面计算各塔腿位置坐标和测量范围边界处各塔腿方向的坐标；3)利用ArcGIS二次开发技术根据数字高程模型批量生成各塔基断面数据；4)测量实地各塔中心至塔腿方向的地形断面数据；5)利用Kalman滤波算法，生成剩余部分的塔基断面数据。本发明所达到的有益效果：针对已有精度较高的DEM的山区等输电线路工程，通过测量少量的外业测量工作即能完成塔基断面测量工作，确保工程质量的同时减轻了测绘人员的劳动强度，提高了外业终勘的工作效率。
【IPC分类】G01C7/00
【公开号】CN105466391
【申请号】CN201510797262
【发明人】陈正宇, 秦榛, 徐君民, 李欣, 王骢, 伍根
【申请人】中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月18日