利用数字高程模型与外业数据修正生成塔基断面的方法

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。

说明书

技术领域

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

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。

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。

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高塔基断面的精度。

发明内容

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。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

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；

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。

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：

$\left(\begin{array}{c}{X}_k={\Phi }_{k,k-1}{X}_{k-1}+{\Gamma }_{k,k-1}{\Omega }_{k-1}\\ L_k=B_k{X}_k+{\Delta }_k\end{array}\right),$式中：Φ_k,k-1为k-1到k时刻的系统一步转移矩 阵；Γ_k,k-1为系统噪声矩阵；Ω_k-1为k-1时刻的系统噪声；B_k为k时刻系统的量测 矩阵；Δ_k为k时刻系统的观测噪声；X_k为k时刻的系统待估状态向量；L_k为k时 刻系统的观测值。

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。

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

图1是本发明流程示意图；

图2是直线塔基断面测量示意图；

图3是转角塔基断面测量示意图；

图4是Kalman滤波算法预测效果图。

具体实施方式

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。

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：

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。

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。

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、CD及 AD方向。

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(ORG)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。

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：

(1)现场实测塔基数据(实线)；

(2)DEM数据(虚线)；

(3)Kalman滤波数据(点划线)。

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。

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。