CN113706691A - 变电站的三维建模方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站的三维建模方法和装置。该方法包括：根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，高空测量数据包括变电站设备的多角度倾斜摄影信息；根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线；其中，低空到地面的距离小于高空到地面的距离；根据无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据和高空测量数据形成变电站的三维模型。可以保证无人机在低空飞行时的安全性，而且降低了对无人机驾驶员的驾驶技术要求，简化了操作难度，降低了人工成本。同时可以在初步三维模型的基础上进一步提高变电站的三维模型的精度，在后续应用变电站的三维模型时，可以对模型的各类功能的使用起到有效的支撑作用。

Description

变电站的三维建模方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及电网的技术领域，尤其涉及一种变电站的三维建模方法和装置。

背景技术

随着“数字中国”、“数字电网”等电网公司数字化转型工作的推进，数字孪生变电站从提出、搭建到应用，已越来越被广泛认可。数字孪生变电站，意思是指将变电站通过数字建模的方式，形成与真实物体一模一样的数字化模型。在实现这一目标的众多技术路线当中，利用倾斜摄影航测技术，采用空中三角测量解算算法，生成变电站三维实景模型的方式，相比其他的技术方案(如三维设计、激光点云采集生成模型等)，具有还原度高、效果逼真、成本造价低廉、成品生产周期短、可使用性广泛、功能拓展性强等众多优势。

目前，采用现有的倾斜摄影航测技术用于变电站三维实景建设时，通常不能满足变电站孪生模型的精度要求，在近处观察变电站三维模型内的设备时，模型非但不清晰，塌陷、变形现象严重。另外，变电站的作业环境有别于一般航测场景，变电站高压带电设备具有带电设备密集、有电导线交叉跨越、磁场干扰较大、失控或坠落引发电力事故风险高等特点，采用现有的倾斜摄影航测技术用于变电站三维实景建设时通常也不满足变电站高压带电设备的安全要求。

发明内容

本发明提供一种变电站的三维建模方法和装置，以提高模型的精度，对模型的各类功能的使用起到有效的支撑作用。

第一方面，本发明实施例提供了一种变电站的三维建模方法，包括：

根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，所述高空测量数据包括所述变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线；其中，所述低空到地面的距离小于所述高空到地面的距离；

根据所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据和所述高空测量数据形成所述变电站的三维模型。

可选地，根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型，包括：

采用空间三角测量计算方法对所述高空测量数据进行解算，确定所述变电站的初步三维模型。

可选地，在根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型之前，还包括：

实地勘察后确定所述无人机在高空的飞行高度和飞行范围；其中，所述无人机在高空的飞行高度为至少高于实地勘察确定的航测范围内的设备最高点5米，所述无人机的飞行范围为所述航测范围扩展所述无人机倾斜拍摄角度的余切函数值与所述飞行高度之积的距离后的范围；

采用安全检查无人机沿着所述飞行范围的边缘在所述高空的飞行高度上进行试飞检查；

其中，所述安全检查无人机的外形尺寸小于所述无人机的外形尺寸；

在所述试飞检查合格后，确定所述无人机在所述飞行范围内的飞行参数，并根据所述飞行高度、所述飞行范围和所述飞行参数确定所述无人机在高空的航飞路线；其中，所述飞行参数包括重叠率和“五向”飞法中五向航线的主方向。

可选地，采用安全检查无人机沿着所述飞行范围的边缘在所述高空的飞行高度上进行试飞检查，包括：

选取所述安全检查无人机；其中，所述安全检查无人机的重量小于预设重量；

根据所述飞行范围的边缘采用所述安全检查无人机进行试飞，并检测是否在预设距离内存在飞行障碍物；

若检测到所述飞行障碍物，则优化所述飞行范围。

可选地，根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线，包括：

根据所述初步三维模型中的设备最高点确定所述无人机的低空飞行高度；

根据所述初步三维模型中的设备排布方向确定所述无人机在低空的航飞方向。

可选地，在根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线之后，还包括：

采用安全检查无人机沿着所述低空的航飞路线在所述低空飞行高度水平上进行试飞检查；

其中，所述安全检查无人机的外形尺寸小于所述无人机的外形尺寸。

可选地，采用安全检查无人机沿着所述低空的航飞路线在所述低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

选取所述安全检查无人机；其中，所述安全检查无人机的重量小于预设重量；

根据所述低空的航飞路线采用所述安全检查无人机进行试飞，并检测是否在预设距离内存在飞行障碍物；

若检测到所述飞行障碍物，则优化所述低空的航飞路线。

可选地，采用安全检查无人机沿着所述低空的航飞路线在所述低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

判断所述初步三维模型中所述变电站设备和拟建外围建筑是否与所述航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠；

若所述变电站设备和/或所述拟建外围建筑与所述航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠，则修改所述航飞路线。

可选地，在形成所述变电站的三维模型之后，还包括：

根据所述变电站的三维模型规划所述无人机在近地的航飞路线；其中，所述近地到地面的距离小于所述低空到地面的距离；

根据所述无人机在所述近地的航飞路线获取的近地测量数据、所述高空测量数据和所述低空测量数据更新所述变电站的三维模型。

可选地，所述无人机在所述近地的航飞路线获取的近地测量数据与所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据之间的垂直重叠率大于百分之五十。

可选地，所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据时，所述无人机通过俯视角度获取低空测量数据。

第二方面，本发明实施例还提供了一种变电站的三维建模装置，包括：

初步模型确定模块，用于根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，所述高空测量数据包括所述变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

路线规划模块，用于根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线；其中，所述低空到地面的距离小于所述高空到地面的距离；

三维模型形成模块，用于根据所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据和所述高空测量数据形成所述变电站的三维模型。

本发明实施例的技术方案，在根据高空测量数据形成初步三维模型后，再根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线，不仅可以保证无人机在低空飞行时的安全性，同时可以方便简单的实现无人机在低空的航飞路线规划，使得无人机在低空航测时可以根据低空的航飞路线实现无人驾驶飞行，可以进一步地保证无人机飞行时的安全性，而且降低了对无人机驾驶员的驾驶技术要求，简化了操作难度，降低了人工成本。然后，再根据低空航飞路线获取的低空测量数据和高空测量数据形成变电站的三维模型，可以在初步三维模型的基础上进一步提高变电站的三维模型的精度，在后续应用变电站的三维模型时，可以对模型的各类功能的使用起到有效的支撑作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种变电站的三维建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种重叠率的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种低空航测和高空航测的飞行高度示意图；

图4为本发明实施例提供的一种紧急返航通道的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种无人机与非带电体的安全距离示意图；

图6为本发明实施例提供的一种无人机的航测范围和飞行范围的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种无人机“五向”飞法的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种航线的主方向的示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种变电站的三维建模方法的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种无人机在低空的航飞方向示意图；

图11为本发明实施例提供的一种无人机在低空航测时的部分倾斜摄影角度示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种变电站的三维建模方法的流程示意图；

图13为本发明实施例提供的一种无人机的高空航测、低空航测和近地航测的垂直重叠率的示意图；

图14为本发明实施例提供的一种变电站的三维建模装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种变电站的三维建模方法的流程示意图。该变电站的三维建模方法适用于采用倾斜摄影方法建立变电站的三维模型的情况，该方法可以通过变电站的三维建模装置执行。如图1所示，该方法包括：

S110、根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，高空测量数据包括变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

具体地，倾斜摄影是一种通过在飞行平台上搭载多角度的传感器，同时从一个垂直方向，四个倾斜方向等不同角度采集实物的真实影像的技术。其中，飞行平台可以是无人机。因此，多角度倾斜摄影信息可以是无人机搭载多角度的传感器在高空获取的变电站设备的影像。在获取高空测量数据后，可以对高空测量数据进行数据处理，并根据需要设置主要设备区，对高空测量数据进行裁剪和保留，建立主要设备区内的设备模型，从而形成初步三维模型。其中，主要设备区为需要进行准确度比较高的建模区域。通过设置主要设备区建立初步三维模型，可以提高初步三维模型的实用性，同时可以提升初步三维模型的美观程度，并减少建模过程中的运算量。示例性地，可将距离变电站距离较远的设备对应的高空测量数据裁剪掉，可以提升初步三维模型的美观，同时可以减少运算量。另外，由于高空测量数据是无人机距离变电站比较远时获取的影像数据，使得通过高空测量数据形成的变电站初步三维模型精度比较低。

需要说明的是，在无人机获取高空测量数据时，无人机连续拍摄的影像中，相邻的影像所覆盖的变电站区域，占单个影像拍摄变电站总区域的百分比成为重叠率。图2为本发明实施例提供的一种重叠率的示意图。如图2所示，L2为单个影像所拍摄的区域，L1为与其相邻影像重叠的部分，则此时重叠率为L1/L2。重叠率直接影响初步三维模型以及最终三维模型的精度。另外，为了提高高空航测采集结果的可用性，以及后续过程中与低空航测采集结果的配合度，高空航测可以选择阴天进行，排除太阳斜射时的阴影干扰。另外，还可以在上午10点到下午14点之间进行高空航测，进一步的减小太阳斜射时的阴影干扰。

S120、根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线；其中，低空到地面的距离小于高空到地面的距离；

具体地，低空的航飞路线为需要建模设备上的航线。图3为本发明实施例提供的一种低空航测和高空航测的飞行高度示意图。如图3所示，低空航测的飞行高度一般低于变电站内最高设备的高度。在确定初步三维模型后，可以确定变电站中的设备分布情况和变电站围墙外部分区域中的建筑物、架空线路的导线和杆塔等设施的分布情况。然后根据初步三维模型中的各种设备和设施的分布情况规划无人机在低空的航飞路线，不仅可以保证无人机在低空飞行时的安全性，同时可以方便简单的实现无人机在低空的航飞路线规划，使得无人机在低空航测时可以根据低空的航飞路线实现无人驾驶飞行，可以进一步地保证无人机飞行时的安全性，而且降低了对无人机驾驶员的驾驶技术要求，简化了操作难度，降低了人工成本。

需要说明的是，变电站围墙外部分区域出于特定需求需要纳入倾斜摄影建模的范围时，可以根据特定需求规划无人机在低空的航飞路线，满足后续的特定需求。另外，在自定义的航飞路线确定后，需要进行安全校核以及试飞检查。而且，为了保证无人机的失控风险随时可控，航飞路线须按照紧急返航通道，严格划分为两类。图4为本发明实施例提供的一种紧急返航通道的示意图。如图4所示，其中一类返航通道为“上跨型”，无人机上方不能存在任何设备或导线以便无人机可随时升空躲避障碍，该类航飞路线的无人机失控自动处置方法为升高返航；另外一类返航通道为“下穿型”，无人机下方始终保持为平整地面以便随时能降落，该类航飞路线的无人机失控自动处置方法为原地降落。在自动航线起飞前，应设置并检查不同类型的失控返航行为，包括返航高度、返航点等参数。而且，自动航线应设置安全验证点，用以检验模型上的航飞路线与实际执行时的位置误差。起飞后，先飞往安全验证点，进行安全验证，如果发生问题，须中断航飞路线任务，检查原因，排除故障后方可继续。

需要说明的是，在其他实施例中，还可以根据需要提高时间的利用率。示例性的，先采用较低的重叠率先进行第一次高空航测，例如可以在早晨8点开始高空航测。在第一次高空航测时，可以只拍摄俯视影像，有利于降低建立初步三维模型的计算量。此过程大约1-2小时，然后到10点左右，再根据无人机在高空的航飞路线进行第二次高空航测。由于无人机可以自动采集摄影信息，此时可以直接利用初步三维模型进行规划低空的航飞路线，同时通过试飞检查，从而可以直接进行低空航测。

无人机航测时，需要保证无人机在飞行时与飞行障碍物(包括一切物体和人)的安全距离。示例性地，图5为本发明实施例提供的一种无人机与非带电体的安全距离示意图。如图5所示，无人机在飞行时与非带电体(构架、避雷针、建筑物等)的安全距离应在3米以上，包括：无人机与非带电体的水平距离不小于3米，无人机与非带电体的垂直距离不小于3米。同时，无人机航测时，需要保证无人机与带电体的安全距离：按电压等级，当带电体的电压等级为500kV时，无人机与带电体的安全距离不小于5米，当带电体的电压等级为220kV时，无人机与带电体的安全距离不小于3米。当带电体不携带这些等级的电压时，按带电体最大可能携带的全电压之上一个电压等级考虑。

需要说明的是，变电站内还包括用于带电体绝缘的部件，由于该部件与带电体直接接触，在电场效应的影响下，该部件上会分布部分运行电压，因此可以将该部件作为带电体，其与无人机的安全距离与带电体的安全距离等效设置。示例性地，变电站内包括带电体和用于支撑带电体的底座，底座的座身整体接地。在底座和带电体之间包括撑开底座的绝缘体，绝缘体与带电体接触。绝缘体在电场效应的作用下，会分布有部分运行电压，因此该绝缘体可以作为带电体。另外，当带电体为导线时，变电站还包括悬挂导线的构架，在构架和导线之间还设置有绝缘体，该绝缘体在电场效应的作用下可以作为带电体。

S130、根据无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据和高空测量数据形成变电站的三维模型。

具体地，低空测量数据可以为无人机在低空的航飞路线上飞行时获取的变电站的真实影像。低空到地面的距离比高空到地面的距离小，在无人机航测变电站时，可以缩小无人机与变电站设备中的距离，从而提高无人机拍摄变电站的清晰度。在后续过程中，根据无人机拍摄的比较清晰的变电站影像和高空测量数据同时用于三维建模，最终形成变电站的三维模型，可以在初步三维模型的基础上进一步提高变电站的三维模型的精度，在后续应用变电站的三维模型时，可以对模型的各类功能的使用起到有效的支撑作用。

需要说明的是，高空测量数据和低空测量数据可以在同一次解算中运算，以提高三维模型的精度。无人机在高空或低空进行航测时，在起飞前应做好各项检查，调试、校验好无人机及相机、镜头等设备，尤其是RTK信号检查。RTK信号为实时差分定位(Real-timekinematic，RTK)信号，是一种在GPS定位技术的基础上，能够将实时定位提高到厘米级精度的定位方法。无人机的RTK定位技术，先由某一RTK基准站对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，实时地发送给无人机；无人机的GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过RTK天线，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出无人机的固定解三维坐标及其精度。在无人机航测时，需要全程留意RTK信号是否丢失固定解。当RTK信号丢失固定解时，则无人机拍摄到的影像未带有RTK固定解信息，无法参与空中三角测量方法的解算，同时无人机的飞行因定位不准而存在一定的安全隐患。

在上述技术方案的基础上，根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型，包括：

采用空间三角测量方法对高空测量数据进行解算，确定变电站的初步三维模型。

具体地，空中三角测量方法是指在测绘中使用立体摄影测量的方法，利用连续拍摄的具有一定重叠率的航摄影像，依据少量控制点，建立某区域内同实际相应的模型，从而获取像控点的平面坐标和高程的过程。在高空测量数据经过影像特征点捕捉，空间三角测量方法进行解算后，再经一系列算法可以形成点云，然后根据点云形成初步三维模型。

需要说明的是，本实施例中通过无人机在高空航测时获取的高空测量数据的数据量大，通过空中三角测量方法在形成初步三维模型时无需设置控制点即可保证初步三维模型的精度，降低了空中三角测量方法的计算量。

在上述各技术方案的基础上，在根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型之前，还包括：

实地勘察后确定无人机在高空的飞行高度和飞行范围；其中，无人机在高空的飞行高度为至少高于实地勘察确定的航测范围内的设备最高点5米，无人机的飞行范围为航测范围扩展无人机倾斜拍摄角度的余切函数值与飞行高度之积的距离后的范围；

具体地，无人机在航测作业前，应做好变电站内设备的实地、高空勘察工作。在实地勘察时，可以根据变电站的基本情况确定航测范围和无人机在高空的飞行高度和飞行范围。其中，实地勘察确定的航测范围应至少包括变电站围墙以内的所有面积。无人机的飞行高度一般选择高于实地勘察确定的航测范围内的设备最高点5米左右。当此高度未躲过航飞路线上建筑物最高点时，则需以躲过航飞路线上建筑物最高点的高度为准。另外，航测范围一般为变电站围墙以内的所有区域，加上变电站拟建外围。其中，变电站的拟建外围可以是位于变电站围墙外20米范围内的构(建)筑物、架空线路的导线、杆塔，以及其他可能会成为无人机飞行障碍，或出于特定需求需要纳入倾斜摄影建模的范围。在实地勘察后，可以根据无人机的飞行高度和航测范围确定无人机的飞行范围。图6为本发明实施例提供的一种无人机的航测范围和飞行范围的示意图。如图6所示，无人机的飞行范围可以在航测范围的基础上向外扩大距离为l的边围，其中l＝cotα·h，α为无人机飞行时的倾斜角度，h为无人机的飞行高度。

需要说明的是，在高空勘察时，在确定无人机高空航测的飞行高度后，可以将无人机上的镜头水平朝前，操作起飞至高空的飞行高度后，环绕航测范围区域巡视一周，确认该飞行高度内确实无高于此高度的构(建)筑物，方可开展高空航测作业。

采用安全检查无人机沿着飞行范围的边缘在高空的飞行高度上进行试飞检查；其中，安全检查无人机的外形尺寸小于无人机的外形尺寸；

具体地，在进行试飞检查时，可以采用专用的安全检查无人机进行试飞，安全检查无人机可以不是倾斜摄影作业的飞机，示例性的，可以为多旋翼无人机。安全检查无人机的外形尺寸小于无人机的外形尺寸，可以降低安全检查无人机在失控坠落时对变电站内的设备造成安全风险的概率。例如，可以设置安全检查无人机的外形尺寸可以显著小于无人机的外形尺寸，使得安全检查无人机在失控坠落时将几乎不对变电站内的设备造成安全风险。其中，外形尺寸可以包括无人机的长度、宽度和厚度等。示例性的，安全检查无人机的最大机身长度不大于500mm。其中，当安全检查无人机为多旋翼无人机时，最大机身长度则指的是轴距。

可选地，采用安全检查无人机沿着低空的航飞路线在低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

选取安全检查无人机；其中，安全检查无人机的重量小于预设重量；

具体地，安全检查无人机的重量尽可能的轻，机身尽可能的小，以减少意外坠落时造成的破坏，同时降低安全检查无人机处在两相带电体之间时，触发相间短路的可能性。例如，预设重量可以为《轻小型民用无人机飞行动态数据管理规定》(民航规〔2019〕64号)中规定的轻型无人机的重量标准，即：空机重量不超过4千克，最大起飞重量不超过7千克。

根据飞行范围的边缘采用安全检查无人机进行试飞，并检测是否在预设距离内存在飞行障碍物；

具体地，在进行高空试飞检查时，安全检查无人机利用配置的前、后、左、右、上、下6个方向的障碍测距装置，沿着飞行范围的边缘在高空的飞行高度上进行试飞检查，并检查飞行范围内以及飞行范围外在安全距离要求预设距离以内的区域是否存在飞行障碍物。其中，预设距离可以为根据安全性需求预先设置的距离。示例性地，预设距离可以为2米。

若检测到飞行障碍物，则优化飞行范围。

具体地，当检查到障碍物时进行甄别预警，并在距离小于安全距离时改为悬停飞行，并适应性的修改飞行范围，将相应的航线进行优化改变，使其以远离障碍物的方向进行最小偏移，直至满足安全距离位置。

在试飞检查合格后，确定无人机在飞行范围内的飞行参数，并根据飞行高度、飞行范围和飞行参数确定无人机在高空的航飞路线；其中，飞行参数包括重叠率和“五向”飞法中五向航线的主方向。

具体地，无人机的飞行参数可以在无人机获取高空测量数据之前进行设置，以保证获取的高空测量数据的准确性。示例性地，在高空航测时，可以设置无人机采用“五向”飞法为主。图7为本发明实施例提供的一种无人机“五向”飞法的示意图。如图7所示，“五向”飞法即以正摄方式，以及朝五个方向倾斜的方式，同时获取变电站设备的多角度信息。另外，可以设置无人机在航测拍摄影像时的旁向重叠率和航向重叠率，以保证高空测量数据构建初步三维模型的精度。示例性地，无人机在航测拍摄影像时的旁向重叠率可以为70％左右，在无人机在航测拍摄影像时的航向重叠率可以为80％左右。还可以设置无人机的镜头焦距、倾斜摄影角度和五向航线的主方向。示例性地，所使用的镜头焦距可以在35mm以上，倾斜摄影角度可以为-45°～-70°。另外，图8为本发明实施例提供的一种航线的主方向的示意图。如图8所示，五向航线的主方向可以与变电站内设备的排布方向错开45°，这样可以使部分设备在靠建筑物或隔墙侧，拥有较大暴露面。

需要说明的是，建立初步三维模型时，对初步三维模型的精度要求不高，只需采用“五向”飞法中的俯视正影像进行解算即可，减少了建立初步三维模型时的运算量。

图9为本发明实施例提供的另一种变电站的三维建模方法的流程示意图。

如图9所示，该方法包括：

S210、根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，高空测量数据包括变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

S220、根据初步三维模型中的设备最高点确定无人机的低空飞行高度；

其中，无人机在低空航测时，无人机的飞行高度一般选择高于主初步三维模型中的设备最高点5米左右。当此高度未躲过航飞路线上建筑物最高点时，则需以安全优先原则为准。

S230、根据初步三维模型中的设备排布方向确定无人机在低空的航飞方向。

其中，图10为本发明实施例提供的一种无人机在低空的航飞方向示意图。如图10所示，主要设备区中的设备排布方向大致与导线延伸方向相同，通过主要设备区中的设备排布方向确定无人机在低空的航飞方向，可以使得无人机按照导线的延伸方向飞行，弥补高空航测时所未拍摄到的更多角度。另外，无人机在低空航飞时的倾斜摄影角度可以与高空航测时的倾斜摄影角度相同，可以为-45°～-70°。图11为本发明实施例提供的一种无人机在低空航测时的部分倾斜摄影角度示意图。如图11所示，当部分设备临近建筑物墙面和防火墙等，则应可以增加至-60°～-80°。

另外，低空的航飞路线可以根据初步三维模型中设备的连接间隔划分为多个子航飞路线，每个子航飞路线可以为每一设备的连接间隔。通过多个子航飞路线的连接，可以确定无人机低空的航飞路线。而且，在根据初步三维模型规划低空的航飞路线后，可以设置无人机沿低空的航飞路线航飞时进行手动或自动拍摄影像的功能，并针对低空的航飞路线上的电力设备进行重要细节的拍摄，同时使得低空测量数据与高空测量数据的重叠率大于50％，从而提高低空测量数据的准确性。

需要说明的是，在无人机进行低空航测之前，需要进行安全验证。示例性地，可以先在初步三维模型上选取特定的标记物(一般在高空航测前，先在地面标定)，使航飞路线的第一点飞至该处点位，将标定物至于无人机镜头中央点进行拍摄，然后实际执行航飞路线，在所得的拍摄结果中，观察标定物与影像中心点的偏差。若实际点与标定点位误差超过20cm，则不符合精度要求。

另外，在根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线之后，还包括：

采用安全检查无人机沿着低空的航飞路线在低空飞行高度水平上进行试飞检查；其中，安全检查无人机的外形尺寸小于无人机的外形尺寸。

具体地，在无人机的低空试飞检查时，同样可以采用专用的安全检查无人机进行试飞，安全检查无人机可以不是倾斜摄影作业的飞机，示例性的，可以为多旋翼无人机。安全检查无人机的外形尺寸小于无人机的外形尺寸，可以降低安全检查无人机在失控坠落时对变电站内的设备造成安全风险的概率。例如，可以设置安全检查无人机的外形尺寸可以显著小于无人机的外形尺寸，使得安全检查无人机在失控坠落时将几乎不对变电站内的设备造成安全风险。其中，外形尺寸可以包括无人机的最大机身长度、宽度和厚度等。示例性的，安全检查无人机的最大机身长度不大于500mm。其中，当安全检查无人机为多旋翼无人机时，最大机身长度则指的是轴距。

可选地，采用安全检查无人机沿着低空的航飞路线在低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

选取安全检查无人机；其中，安全检查无人机的重量小于预设重量；

具体地，安全检查无人机的重量尽可能的轻，机身尽可能的小，以减少意外坠落时造成的破坏，同时降低安全检查无人机处在两相带电体之间时，触发相间短路的可能性。例如，预设重量可以为《轻小型民用无人机飞行动态数据管理规定》(民航规〔2019〕64号)中规定的轻型无人机的重量标准，即：空机重量不超过4千克，最大起飞重量不超过7千克。

根据低空的航飞路线采用安全检查无人机进行试飞，并检测是否在预设距离内存在飞行障碍物；

具体地，安全检查无人机利用配置的前、后、左、右、上、下6个方向的障碍测距装置。在进行低空试飞检查时，可以先将低空的航飞路线加载到专用的安全检查无人机，然后启动该安全检查无人机，使其在低空的航飞路线上进行试飞，并检查低空的航飞路线上在安全距离要求的预设距离内是否存在飞行障碍物。其中，预设距离可以为根据安全性需求预先设置的距离。示例性地，预设距离可以为2米。

若检测到飞行障碍物，则优化低空的航飞路线。

具体地，当检查到障碍物时进行甄别预警，并在距离小于安全距离时改为悬停飞行，并将相应的航线进行优化改变，使其以远离障碍物的方向进行最小偏移，直至满足安全距离位置。

在上述各实施例的基础上，采用安全检查无人机沿着低空的航飞路线在低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

判断初步三维模型中变电站设备和拟建外围建筑是否与航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠；

其中，在确定低空的航飞路线后，可以根据航飞路线和初步三维模型判断航飞路线上是否有影响无人机安全飞行的变电站设备和拟建外围建筑等。无人机与非带电体和带电体之间需要保持安全距离，当无人机在航飞路线上航测时，与非带电体和带电体之间的距离小于安全距离时，则判断有变电站设备和拟建外围建筑与航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠。当无人机与非带电体和带电体之间的距离大于或等于安全距离时，则判断没有变电站设备和拟建外围建筑与航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠。

若变电站设备和/或拟建外围建筑与航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠，则修改航飞路线。其中，当变电站设备和/或拟建外围建筑与航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠时，依据安全优先原则，需要把航飞路线的安全范围内的变电站设备和/或拟建外围建筑纳入安全设备区，可以将航飞路线的安全范围内的变电站设备和/或拟建外围建筑进行建模，规划至初步三维模型内，并对航飞路线重新规划，以保证飞行安全性。

S240、根据无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据和高空测量数据形成变电站的三维模型。

在上述各技术方案的基础上，无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据时，无人机通过俯视角度获取低空测量数据。

具体地，无人机通过俯视角度获取低空测量数据，可以避免无人机拍摄到天空背景，从而可以避免干扰后期解算过程中对同名点的获取，保证了三维模型的精度。

在形成三维模型后，因其他需求需要对模型的部分区域进一步提高精确度时，可以进一步地增加无人机低空航测的数据。图12为本发明实施例提供的另一种变电站的三维建模方法的流程示意图。如图12所示，该方法包括：

S310、根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，高空测量数据包括变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

S320、根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线；其中，低空到地面的距离小于高空到地面的距离；

S330、根据无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据和高空测量数据形成变电站的三维模型。

S340、根据变电站的三维模型规划无人机在近地的航飞路线；其中，近地到地面的距离小于低空到地面的距离；

具体地，在形成三维模型后，可以根据其他需求增加无人机在近地的航测。近地的航飞路线为具体细节的补测航线。示例性地，当主变等设备具有重要附属件，由于位置靠近地面，通过高空航测和低空航测难以近距离覆盖，此时可以增加无人机的近地航测，以增加主变等设备的重要附属件的清晰度，进而进一步地提高三维模型的精度。或者，当部分设备的双重编号牌需要在三维模型中清晰呈现时，同样需要增加无人机的近地航测，以增加双重编号牌在三维模型中的清晰度，进而提高三维模型的精度。其中，在高空测量数据、低空测量数据和近地测量数据可以在同一次解算中运算，以保证三维模型的精度。在规划无人机在近地的航飞路线时，可以根据三维模型中变电站的设备分布情况和变电站围墙外部分区域中的建筑物、架空线路的导线和杆塔等设施的分布情况，确定无人机在近地的航飞方向和航飞高度等参数，以保证无人机在近地飞行时的安全性。

需要说明的是，对准设备双重编号进行近地航测时，可以增强设备双重编号的字体显示效果。但具有双重编号的设备往外设置在密集设备区，在近地航测时应注意安全优先的原则。同时，在近地航测时，不能离目标设备太近，以保证航测的安全性。而且，在根据变电站的三维模型规划近地的航飞路线后，可以设置无人机沿近地的航飞路线航飞时进行手动或自动拍摄影像的功能，并针对近地的航飞路线上的电力设备进行重要细节的拍摄，同时使得近地测量数据与高空测量数据或低空测量数据的重叠率大于50％，从而提高近地测量数据的准确性。

S350、根据无人机在近地的航飞路线获取的近地测量数据、高空测量数据和低空测量数据更新变电站的三维模型。

具体地，近地测量数据可以为无人机在近地的航飞路线上飞行时获取的变电站的真实影像。近地到地面的距离小于低空到地面的距离，在无人机航测变电站时，可以缩小无人机与变电站设备中的距离，进一步提高无人机拍摄变电站的清晰度。在后续过程中，根据无人机拍摄的比较清晰的变电站影像和高空测量数据以及低空测量数据同时用于形成三维建模，可以比现有的倾斜摄影航测技术更进一步提高变电站的三维模型的精度，满足其他各种需求。

可选地，无人机在近地的航飞路线获取的近地测量数据与无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据之间的垂直重叠率大于百分之五十。

具体地，图13为本发明实施例提供的一种无人机的高空航测、低空航测和近地航测的垂直重叠率的示意图。如图13所示，在无人机进行近地航测时，尽量考虑与低空航测之间的垂直重叠率，以保证近地测量数据用于形成三维模型时的精度。示例性地，近地测量数据与低空测量数据之间的垂直重叠率大于50％。

另外，在无人机进行近地航测时，还可以同时考虑与低空航测和高空航测之间的垂直重叠率，进一步地保证近地测量数据用于形成三维模型时的精度。示例性地，高空测量数据与近地测量数据和低空测量数据均具有大于50％的重叠率。

本发明实施例还提供一种变电站的三维建模装置。图14为本发明实施例提供的一种变电站的三维建模装置的结构示意图。如图14所示，该装置包括：

初步模型确定模块10，用于根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，高空测量数据包括变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

路线规划模块20，用于根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线；其中，低空到地面的距离小于高空到地面的距离；

三维模型形成模块30，用于根据无人机在低空的航飞路线获取的低空测量数据和高空测量数据形成变电站的三维模型。

本发明实施例的技术方案，通过路线规划模块根据初步三维模型规划无人机在低空的航飞路线，不仅可以保证无人机在低空飞行时的安全性，同时可以方便简单的实现无人机在低空的航飞路线规划，使得无人机在低空航测时可以根据低空的航飞路线实现无人驾驶飞行，可以进一步地保证无人机飞行时的安全性，而且降低了对无人机驾驶员的技术要求，简化了操作难度，降低了人工成本。而且，三维模型形成模块根据无人机拍摄的低空测量数据和高空测量数据同时用于三维建模，更新初步三维模型，可以在初步三维模型的基础上进一步提高变电站的三维模型的精度，在后续应用变电站的三维模型时，可以对模型的各类功能的使用起到有效的支撑作用。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种变电站的三维建模方法，其特征在于，包括：

根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，所述高空测量数据包括所述变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线；其中，所述低空到地面的距离小于所述高空到地面的距离；

根据所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据和所述高空测量数据形成所述变电站的三维模型。

2.根据权利要求1所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型，包括：

采用空间三角测量计算方法对所述高空测量数据进行解算，确定所述变电站的初步三维模型。

3.根据权利要求2所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，在根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型之前，还包括：

实地勘察后确定所述无人机在高空的飞行高度和飞行范围；其中，所述无人机在高空的飞行高度为至少高于实地勘察确定的航测范围内的设备最高点5米，所述无人机的飞行范围为所述航测范围扩展所述无人机倾斜拍摄角度的余切函数值与所述飞行高度之积的距离后的范围；

采用安全检查无人机沿着所述飞行范围的边缘在所述高空的飞行高度上进行试飞检查；其中，所述安全检查无人机的外形尺寸小于所述无人机的外形尺寸；

在所述试飞检查合格后，确定所述无人机在所述飞行范围内的飞行参数，并根据所述飞行高度、所述飞行范围和所述飞行参数确定所述无人机在高空的航飞路线；其中，所述飞行参数包括重叠率和“五向”飞法中五向航线的主方向。

4.根据权利要求3所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，采用安全检查无人机沿着所述飞行范围的边缘在所述高空的飞行高度上进行试飞检查，包括：

选取所述安全检查无人机；其中，所述安全检查无人机的重量小于预设重量；

根据所述飞行范围的边缘采用所述安全检查无人机进行试飞，并检测是否在预设距离内存在飞行障碍物；

若检测到所述飞行障碍物，则优化所述飞行范围。

5.根据权利要求1所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线，包括：

根据所述初步三维模型中的设备最高点确定所述无人机的低空飞行高度；

根据所述初步三维模型中的设备排布方向确定所述无人机在低空的航飞方向。

6.根据权利要求5所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，在根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线之后，还包括：

采用安全检查无人机沿着所述低空的航飞路线在所述低空飞行高度水平上进行试飞检查；

其中，所述安全检查无人机的外形尺寸小于所述无人机的外形尺寸。

7.根据权利要求6所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，采用安全检查无人机沿着所述低空的航飞路线在所述低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

选取所述安全检查无人机；其中，所述安全检查无人机的重量小于预设重量；

根据所述低空的航飞路线采用所述安全检查无人机进行试飞，并检测是否在预设距离内存在飞行障碍物；

若检测到所述飞行障碍物，则优化所述低空的航飞路线。

8.根据权利要求6所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，采用安全检查无人机沿着所述低空的航飞路线在所述低空飞行高度水平上进行试飞检查，包括：

判断所述初步三维模型中所述变电站设备和拟建外围建筑是否与所述航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠；

若所述变电站设备和/或所述拟建外围建筑与所述航飞路线的安全范围形成至少部分空间交叠，则修改所述航飞路线。

9.根据权利要求1所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，在形成所述变电站的三维模型之后，还包括：

根据所述变电站的三维模型规划所述无人机在近地的航飞路线；其中，所述近地到地面的距离小于所述低空到地面的距离；

根据所述无人机在所述近地的航飞路线获取的近地测量数据、所述高空测量数据和所述低空测量数据更新所述变电站的三维模型。

10.根据权利要求9所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，所述无人机在所述近地的航飞路线获取的近地测量数据与所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据之间的垂直重叠率大于百分之五十。

11.根据权利要求1所述的变电站的三维建模方法，其特征在于，所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据时，所述无人机通过俯视角度获取低空测量数据。

12.一种变电站的三维建模装置，其特征在于，包括：

初步模型确定模块，用于根据无人机在高空的航飞路线获取的高空测量数据确定变电站的初步三维模型；其中，所述高空测量数据包括所述变电站设备的多角度倾斜摄影信息；

路线规划模块，用于根据所述初步三维模型规划所述无人机在低空的航飞路线；其中，所述低空到地面的距离小于所述高空到地面的距离；

三维模型形成模块，用于根据所述无人机在所述低空的航飞路线获取的低空测量数据和所述高空测量数据形成所述变电站的三维模型。

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