《架空输电线路无人机激光扫描数字航拍勘测技术规范》（征求意见稿）

1T/AOPAXXXX-2024架空输电线路无人机激光扫描数字航拍勘测技术规范本文件规定了输电工程设计过程中采用无人机平台进行激光扫描数字航拍辅助优化设计的技术要求、作业方法、作业流程、质量检查、成果提交以及应用成果辅助优化设计等。本文件适用于架空输电线路无人机激光扫描数字航拍勘测辅助优化设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T69621:5001:10001:2000地形图航空摄影规范GB/T79301:5001:10001:2000地形图航空摄影测量内业规范GB/T79311:5001:10001:2000地形图航空摄影测量外业规范GB/T159671:5001:10001:2000地形图航空摄影测量数字化测图规范GB/T17941数字测绘成果质量要求GB/T18314全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18316数字测绘成果质量检查与验收GB/T23236数字航空摄影测量空中三角测量规范GB50545110kV～750kV架空输电线路设计规范CH/Z3001无人机航摄安全作业基本要求CH/T9008.2基础地理信息数字成果1∶500、1∶1000、1∶2000数字高程模型CH/T9008.3基础地理信息数字成果1∶500、1∶1000、1∶2000数字正射影像图DL/T1482架空输电线路无人机巡检作业技术导则DL/T5138架空送电线路航空摄影测量技术规程MH/T1069无人驾驶航空器系统作业飞行技术规范Q/GDW1944输变电工程激光雷达测量技术应用导则Q/GDW11399架空输电线路无人机巡检作业安全工作规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1无人机unmannedaerialvehicle（UAV）利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。3.2机载GNSS接收机airborneGNSSreceiver3.3惯性测量单元inertialmeasurementunit（IMU）用于测定传感器在空间的瞬时姿态参数：旋偏角（Yaw）、俯仰角（Pitch）和侧滚角（Roll）。见图1。2zYawyWzPitchx图1IMU姿态角示意图3.4定位定姿系统positionorientationsystem（POS）机载GNSS接收机与惯性测量单元共同构成定位定姿系统，用于确定传感器空间位置参数与姿态参将机载GNSS天线或传感器（三维激光扫描仪或数码相机）相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影zYawyWzPitchx图1IMU姿态角示意图3.4定位定姿系统positionorientationsystem（POS）机载GNSS接收机与惯性测量单元共同构成定位定姿系统，用于确定传感器空间位置参数与姿态参将机载GNSS天线或传感器（三维激光扫描仪或数码相机）相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在以IMU测量中心为原点的像空间辅助坐标系上分解为三个坐标分量，称为偏心分量。见图2。U，代表天线或传感器相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在x轴上的偏心分量，取飞行方向为V，代表天线或传感器相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在y轴上的偏心分量，取飞行左侧方W，代表天线或传感器相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在z轴上的偏心分量，取天顶方向为Vx图2偏心分量示意图3.6视场角fieldofview（FOV）以扫描中心为顶点，最大范围的两条边缘扫描线构成的夹角，称为视场角。见图3。IMURoll3.5偏心分量leverarmsyyUIMU3T/AOPAXXXX-2024视场图3视场角示意图3.7连续运行参考站系统continuouslyoperatingreferencestationssystem（CORS）一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN）技术组成的网络，实时向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动提供经过检验的不同类型的GNSS观测值（载波相位，伪距）、各种改正数、状态信息、以及其他有关GNSS服务项目的系统。3.8精化大地水准面refinedgeoid按一定分辨率和精度确定大地水准面精确高程后的成果。3.9数字高程模型digitalelevationmodel（DEM）通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。3.10数字正射影像digitalorthophotomap（DOM）利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片，经逐个像元进行投影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。3.11数字表面模型digitalsurfacemodel（DSM）物体表面形态以数字表达的集合，是地物表面的模拟，包括植被表面、房屋的表面等，对DSM进行加工，去掉房屋、植被等信息，可以形成DEM。4总则4.1适用场景输电工程在通过沙漠、戈壁、岛礁、植被茂密等困难地区时，可优先使用无人机激光扫描航拍选线技术。4.2作业内容本文件中应用无人机激光扫描进行航拍选线作业内容包括数据采集与预处理、数据处理、像片调绘与选址选线平台建立、辅助优化设计、平断面图测绘等工作。4.3作业资质4.3.1实施无人机激光扫描航拍选线的单位应具备国家有关管理部门颁发的测绘资质。4.3.2无人机操作人员应取得民用航空驾驶多旋翼无人机执照，且参加相应无人机激光扫描作业或航拍选线作业培训。4.4软硬件要求无人机平台、载荷设备均应按相关规定进行检定，所使用的软件均应经过授权或许可。4.5坐标基准及投影转换44.5.1无人机激光扫描系统获取的数据成果平面坐标系统为WGS84坐标系统，UTM投影，高程系统为大地高。4.5.2成果数据平面坐标系统为CGCS2000坐标系统，高程系统为1985高程系统。4.5.3收集工程区域的WGS84坐标系统与CGCS2000坐标系统之间的转换参数，完成原始数据从WGS84坐标系到CGCS2000坐标系统的转换。4.5.4对于无法获取转换参数的区域，应布设、施测3个以上控制点，根据控制点在两个坐标系统的坐标值，解算两个坐标系统之间的转换参数。4.5.5收集工程区域的精化大地水准面成果，对点云数据进行高程拟合，完成从大地高到正常高的转换。无精化大地水准面成果的区域，应在测区布设、施测高程点，进行拟合转换。5数据采集与预处理5.1方案设计5.1.1资料准备在开展数据采集前应准备如下资料：——方案设计采用出版时间较近的1:1万、1:5万比例尺地形图或具有空间地理信息的遥感数据；——线路路径图应包含初步拟定的路径方案，以及线路走廊区域内现有的主要障碍物、协议区、重要交叉跨越、重要基础设施、气象分区（冰、风、雷）、污秽分布等信息；——飞行所涉及禁飞区资料。5.1.2作业分区作业设计时合理分配作业区域，要求如下：——作业分区应综合考虑无人机单架次航时、航程及作业区地形变化等因素，合理划设航摄分区；相邻作业分区应至少500m重叠；——需进行影像空三加密的情况，参照GB/T23236相关规定；——同一分区内地面高差不应大于航高的1/3。5.1.3航线设计开展航线设计时确保航线规划的合理性，应符合下列规定：——航线设计应基于无人机性能指标及搭载的激光扫描仪、数码相机的技术参数，以满足成果数据技术要求与精度要求；——飞行高度应综合考虑影像地面分辨率、点云密度和精度、激光测距能力及飞行安全等因素，同时应考虑激光安全等级；——满足成果数据的技术要求和精度要求的前提下，同一分区内各条航线可采用不同的相对航高；——无人机激光扫描数据采集宜沿架空线路可研路径进行，数据带宽不宜小于2km，线路中心线两侧各不少于1km；——数码相机的视场角宜与激光扫描仪的视场角一致；——点云数据相邻航线间旁向重叠率应不小于20%，以保证飞行姿态变化时不产生数据覆盖漏洞；——影像的航向重叠度宜满足60%～65%，旁向重叠度宜满足30%～35%；——航向起始和结束宜超出作业区至少500m；——每条航线直线飞行时间不宜大于20min；——对于面状作业区域，应垂直于测区航线加飞一条约束航线；——航线设计结束后应导出航线领航表和对应kml文件。如有特殊需求，可根据实际需求对航线进行加密。5.1.4基站布设基站布设应满足以下要求：a）基站应按照下列要求布设包括以下内容：1）根据测区大小，在测区内合理布设不少于2个基站；2）测区任意位置与最近基站距离不宜超过30km，相邻两基站间距离不宜超过50km，困难地区可适当放大；3）基站点应选择已有E级以上GNSS控制点，且具备WGS84坐标。若无WGS84坐标，可采用静态采集平差获得，静态观测时间应不小于8h；5T/AOPAXXXX-20244）对基站站址进行实地选择，宜满足如下条件：开阔处，附近无电磁波干扰；站点交通、通讯条件良好，便于联络与数据传输；避免闲杂人滋扰；设立在稳定，便于保存的地点，符合GB/T18314的相关要求；b）当存在下列情况之一，可不设地面基站包括以下内容：1）作业区域50公里范围内有稳定可靠的CORS系统，且采样时间间隔满足工作要求；2）作业区域有稳定且持续工作的千寻基站，且定位精度与采样时间间隔满足工作要求；3）系统集成软件可采用PPP处理功能，且精度满足成果数据精度要求；c）地面GNSS基站同步观测要求：1）地面GNSS基站应在机载设备启动前30min开机，机载设备关闭30min后关机；2）保证地面GNSS基站采样间隔应符合规程要求；3）地面GNSS基站开机期间应进行连续观测，避免外界因素对GNSS设备的干扰；4）地面GNSS基站供电设备应保证在整个运行期间不发生中断；5）地面GNSS基站观测应符合GB/T18314的相关要求；6）观测记录格式参考附表A.4。5.1.5像控点布设原则及设计方案参照GB/T7931执行。5.2作业实施5.2.1作业准备作业开始前对时间、设备、及起降点要求如下：a）作业时间的要求：1）应根据激光扫描仪的波长选择合适的天气和时间飞行，避免积雪、低云、雾等不利气象条件对激光反射率和穿透率的影响；2）应根据天气条件，合理设置数码相机光圈、快门及ISO等参数，确保具有足够的光照度，且避免过大的阴影。应符合GB/T6962的相关要求；b）设备准备要求：1）正确稳固安装无人机及载荷设备，准确测量偏心分量，读数精确至厘米级；2）无人机激光扫描系统检校原则及检校方案参照Q/GDW1944执行；3）每架次作业前应严格按照设备厂商要求做飞前检查与飞后检查，并测试载荷设备工作状态；4）无人机激光扫描系统起飞前开机静置5分钟，落地后静置5分钟方可关机，以校准惯性测量单元；5）作业前应准备备用飞行方案。c）起降点要求：1）起降点宜选择在水泥或沥青硬化的区域，场地整洁、空旷，无人员、动物、电磁等干扰。2）起降点应净空环境良好，保证无人机起降需求。5.2.2数据采集数据采集时有关要求如下：——无人机每架次进入测区前应先“8”字飞行，出测区后应“8”字飞行后方可降落；——实际航高与设计航高高差不应超过50m；——同一作业分区内，飞行速度应保持一致；——无人机俯仰角、侧滚角一般不大于2°,最大不超过4°;——无人机转弯时，倾斜角应小于20°;——航线弯曲度不大于3%。5.2.3数据监控在采集过程中，对数据监控应包括以下内容：——飞行过程中，严格监视地面站软件，包括但不限于飞行轨迹、飞机姿态、续航能力等；——严格监视地面基站或千寻基站等剩余电量且采样数据持续可用。65.3数据预处理5.3.1POS数据处理POS数据处理应符合以下要求：——联合机载GNSS流动站及地面基准站GNSS观测数据进行差分解算，获得精密定位数据，应检查GNSS观测质量、卫星情况及解算精度，剔除质量不佳的卫星数据；——联合IMU与GNSS数据进行解算，获得无人机飞行航迹文件及影像POS列表；——采用PPP模式进行处理时，应采用精密星历。5.3.2数据解算数据解算要求如下：——基于航迹文件，联合原始点云数据和系统检校参数，进行点云数据解算，生成三维激光点云数据，输出宜采用LAS格式；——基于影像POS列表和相机参数文件，进行原始影像解算，生成快拼影像，宜采用TIF格式。5.4数据检查5.4.1数据文件检查内容：——POS数据文件是否完整、有效；——机载GNSS流动站及地面基准站GNSS观测数据文件是否完整、有效；——激光点云数据文件是否完整；——原始影像文件是否完整。5.4.2点云数据检查内容包括：——点云覆盖是否满足航线设计要求；——航带重叠度是否满足要求，有无漏洞；——同架次相邻航线及不同架次间航线拼接误差是否满足要求。航带拼接误差与相应比例尺的限差要求见附表A.3；——点云密度是否满足要求。见附表A.1；——点云精度是否满足要求。5.4.3影像数据检查的内容包括：——原始影像是否漏拍；——原始影像是否清晰，亮度适中；——影像覆盖是否满足航线设计要求；——影像重叠度是否满足航线设计要求，有无漏洞；——快拼影像是否有明暗不均、云雾遮挡等不利现象；——对于影像需进行空三加密的工程，获取影像应满足GB/T6962或DL/T5138中对影像的要求。5.4.4若数据检查结果不能满足要求，应进行调整，必要时进行补飞或重飞。5.4.5补飞或重飞航线的两端宜超出补飞范围外500米，并应满足设计比例尺的重叠度要求。5.5数据成果数据采集的成果应包含以下内容：——设备检校相关资料；——原始POS数据；——机载GNSS流动站及地面基准站GNSS观测数据；——航迹文件；——三维激光点云数据；——原始影像、快拼影像及影像POS列表等。6数据处理6.1一般规定7T/AOPAXXXX-20246.1.1根据需求确定数据成果DEM、DSM、DOM、点云数据的分块方式、数据格式。6.1.2根据需求确定分类点云类别，例如地面、植被、建筑物、杆塔、导线等。6.1.3根据需求确定数据成果DOM的地面分辨率及DEM的格网大小。6.2基础数据在进行数据处理前，应准备以下基础数据：——三维激光点云数据、原始影像、影像POS列表、航迹文件、设备检校相关文件等；——像控点数据，用于精度检核及系统误差消除；——坐标转换参数；——其他相关数据。线路通道处于平原等地势高低起伏较小区域、任务航线与起降点地面控制站间通视条件良好时，防山火巡视作业宜采用单机作业模式。6.3点云数据处理6.3.1噪声点滤除：将明显高于或低于整体数据的点或点群（噪声点）进行滤除。6.3.2自动分类：基于激光点云反映的地形地物特性（反射强度、回波次数、地物形状等）利用算法或算法组合对激光点云数据自动分类，宜分为地面点和非地面点。6.3.3人工交互分类编辑：分类点云数据必须经过人机交互检查，纠正自动算法的分类误差，确保地面完整、连续、准确、可靠。可辅助使用光照、三维浏览、显示模式、影像对照等方法来提高检查的准确6.3.4非地面点宜分为建筑物、树木、水系、输电线路、铁路、其他等六类，如有特殊需求，可根据实际需求增加分类项。6.3.5激光点云数据坐标转换宜在分类完成后进行。中继无人机或地面中继站应与任务机操控员应保持通信畅通，应确保在续航时间内任务机安全返航降落。6.4DEM制作与检查6.4.1DEM制作：基于分类的地面点数据生产DEM，技术要求如下：——DEM格网间距和精度应符合本导则成果数据精度要求；——成果应反映完整地形，不得出现插值漏洞；——图幅接边地形过渡自然，接边误差应符合GB/T17941规范要求；——DEM成果宜采用Geotiff格式。6.4.2DEM检查主要内容如下：——地面点数据的准确性；——DEM覆盖范围、格网间距的准确性；——DEM接边误差应符合设计需求；——DEM高程精度应符合设计需求，见附表A.2；——DEM成果相对于野外控制点的高程中误差应符合GB/T18316、CH/T9008.2的相关要求。6.5DSM制作与检查6.5.1DSM制作：基于噪声点滤除后的点云数据生产DSM，技术要求如下：——DSM格网间距和精度应符合本导则成果数据精度要求；——成果应反映完整地形，不得出现插值漏洞；——图幅接边地形过渡自然，接边误差应符合GB/T17941规范要求；——DSM成果宜采用Geotiff格式。6.5.2DSM检查主要内容如下：——点云数据的准确性；——DSM数据覆盖范围、格网尺寸的准确性；——DSM接边误差应符合设计需求；——DSM高程精度应符合设计需求；——DSM数据成果应符合GB/T18316的相关要求。6.6DOM制作与检查86.6.1利用分类得到的地面点激光点云数据对数码影像进行自动微分纠正，生成DOM成果，技术要求如下：——DOM影像分辨率和精度应符合本导则成果数据精度要求；——影像无明显拼接偏差；——影像清晰，反差适中，色调正常；——图幅接边过渡自然，接边误差应符合GB/T17941规范要求；——DOM成果宜采用Geotiff格式。6.6.2DOM检查主要内容如下：——DOM覆盖范围、影像地面分辨率的准确性；——影像是否清晰，色调是否均匀；——DOM接边误差应符合设计需求；——DOM平面精度应符合设计需求，见附表A.2；——DOM成果相对于野外控制点的平面中误差应符合GB/T18316、CH/T9008.3的相关要求。6.7成果提交——DEM数据；——DSM数据；——DOM数据；——激光点云分类成果；——技术报告；——其他相关文档。7线路走廊调绘与选线平台建立7.1线路走廊调绘7.1.1路径走廊航测的外业调绘工作，宜结合正射影像图和分类点云数据进行，采用室内判读、野外调绘及仪器实测相结合的方式进行。调绘范围为线路路径中心线左右各300m。7.1.2室内判读应采用影像识别、点云判读等方法，对难以准确判读的微地物、微地貌等，应到现场进行调绘。对于交叉跨越、平行接近、新增地物和变化地形，宜采用仪器进行复测核实。7.1.3外业调绘必须判读准确、描绘清楚、图式符号运用恰当、位置正确、各种注记准确无误、清晰易读。地物、地貌的类别和性质，应现场确定。7.1.4对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（塔）高；对35kV及以上电压等级的电力线，应通过点云数据量测或实测出路径附近的杆（塔）高。根据设计要求，必要时测量线路路径跨越电力线的弧垂点高度。7.1.5对交叉跨越的通讯线、架空电缆、架空光缆应在像片上标注类型、等级、杆型、杆高。7.1.6对交叉跨越的地下电缆、地下光缆和地下管线应在正射影像图上标注类别及位置。7.1.7对交叉跨越的架空索道、架空水渠等地物应在正射影像图上标注位置及高度。7.1.8对交叉跨越的公路和铁路应标注名称、通向及跨越点里程；对交叉跨越的江河应标注名称、通向及流向。7.1.9对沿线走廊范围内的经济作物和森林应在正射影像图上标出范围、类别及高度。7.1.10外业调绘的正射影像图应由调绘者签署姓名和日期。7.2选线平台建立7.2.1利用数据预处理获取的影像外方位元素，进行空中三角测量，建立立体模型，应符合GB/T7930和GB/T23236中的规定。7.2.2将外业调绘的成果进行内业转绘，形成矢量数据，并进行复核与修正。对不同信息进行转绘时，宜进行分色、分层等处理，以便查询、编辑和入库。7.2.3将DEM数据和激光点云分类数据导入选线平台，生成等高线文件（含等高线注记）。7.2.4利用DOM数据、等高线、公里格网线和调绘信息数据等，制作正射影像地形图。7.2.5利用立体模型、DEM数据、DOM数据、调绘信息等构建可视化的三维选线设计平台。9T/AOPAXXXX-20248辅助优化设计8.1一般规定8.1.1辅助优化设计一般是配合设计人员，在三维选线平台共同完成线路的优化设计，电气设计内容参照GB50545执行。8.1.2辅助优化设计的过程包括：a）将初步设计路径展绘至正射影像地形图上，进行初步调整；b）在三维选线平台合理调整和优化路径，进行转角塔初排位，确定线路路径的可行性；c）输出转角坐标成果表、正射影像路径图及简易断面图等成果。8.2线路优化8.2.1在正射影像地形图上展绘线路路径，依据设计人员综合评判意见，调整线路走向和转角塔的位置。8.2.2精确调整路径，利用DEM数据进行直线塔排位，结合立体模型和DEM数据查看塔位地形，逐基确定杆塔位置。8.2.3统计线路长度、转角数量、角度和房屋拆迁量；可利用激光点云分类数据进行林区统计。8.2.4将正射影像、线路路径、转角标识、公里格网、调绘成果、等高线等信息叠加，生成正射影像路径图；应完整标识正射影像路径图图幅信息，包括工程名称、比例尺、航摄时间等。8.3成果资料辅助优化设计提交的成果资料包括：a）空三加密成果，包括相机文件、解算报告、加密点文件等；b）正射影像路径图，包括正射影像、等高线、线路路径、转角标识、调绘成果、地名注记、公里格网、图幅信息等；c）房屋分布图；d）塔位坐标成果表；e）路径优化报告。9平断面图测绘9.1一般规定9.1.1获取转角塔坐标后应进行平、断面图测绘，具体要求参照GB/T15967执行。9.1.2平、断面图横向比例尺宜为1:5000，纵向比例尺宜为1:500。750kV及以下输电线路平面图带宽应为中心线两侧各50m，750kV以上输电线路平面图带宽应为中心线两侧各75m。9.1.3利用