探究電力線路工程中LIDAR技術(shù)中的應(yīng)用

摘 要：原來的電力線路工程施工技術(shù)設(shè)計(jì)的恰到好處，所得到的成品精度十分小，加上現(xiàn)場(chǎng)工作量十分巨大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，有利于勘測(cè)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)于工程造價(jià)的減少十分不利。本文的研究對(duì)象是LIDAR在電力線路質(zhì)量上的應(yīng)用，結(jié)合具體實(shí)例，證明了LIDAR技術(shù)在電力線設(shè)計(jì)中的可行性，使其得到可滿足其設(shè)計(jì)需求的精度，可以很方便地對(duì)電力工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電力線路；LIDAR技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0105-02

前 言

通過LIDAR技術(shù)可以獲得許多表面數(shù)據(jù)。激光可以穿透地面上的植被，并且數(shù)字高程模型可以在地面植被和地面物體的數(shù)據(jù)被去除之后生成。成正射影像需要利用DEM數(shù)據(jù)和差分GPS所獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行正射影像校正而形成。對(duì)于地面、道路植被等信息還可以被分類提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。LIDAR技術(shù)不需要對(duì)航測(cè)的外部控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，只需要少量的野外測(cè)繪以及地面的控制點(diǎn)就可以使用LIDAR技術(shù)。LIDAR技術(shù)可以獲取地面目標(biāo)等數(shù)據(jù)，也可以對(duì)交叉跨越的道路、房屋、獨(dú)立的陸上物體等數(shù)據(jù)進(jìn)行直接提取。

1 傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

在原有的電力線路工程的運(yùn)用中，采用了工程測(cè)量和航空攝影測(cè)量。地面信息通過工程的方法進(jìn)行測(cè)量可以得到較高的精度，但由于現(xiàn)場(chǎng)工作量大、測(cè)量周期長(zhǎng)，勘測(cè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)很難進(jìn)行結(jié)合。然而，電力線路工程勘測(cè)的實(shí)施不但要有大量的GPS外部控制點(diǎn)，還要在野外進(jìn)行大模塊的測(cè)繪工作。航測(cè)在役時(shí)間長(zhǎng)，勘察設(shè)計(jì)成本高，工期長(zhǎng)。此外，對(duì)植被的隱蔽區(qū)域進(jìn)行傳統(tǒng)方式的航空攝影測(cè)量時(shí)，測(cè)量的高度精度非常低，這影響了電氣專業(yè)人員精確排列。原有的測(cè)量方式都不能對(duì)基底進(jìn)行精確的層析成像。因此，通過原有的航空攝影方式進(jìn)行電力線路勘測(cè)時(shí)，所得到的測(cè)量產(chǎn)品精度小，內(nèi)外部工作量大，勘察設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，對(duì)于勘測(cè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化性能十分不利，不利于工程投資的減少。

LIDAR技術(shù)具有效率高、精度高等特點(diǎn)。LIDAR技術(shù)的高程點(diǎn)密度很高，可以對(duì)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的采集。通過一定的數(shù)據(jù)處理可以自動(dòng)或者半自動(dòng)的將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)相轉(zhuǎn)換，所以其工作效率很高。陰影與陽光不會(huì)影響激光脈沖，導(dǎo)航高度也不會(huì)限制仰角精度，如此一來就會(huì)達(dá)到很好的精度。不過LIDAR技術(shù)還有很多不完善的地方，航飛的寬度窄的話會(huì)造成成本高、效率低。在植被繁茂的情況下，其精度也較低，其處理方式較復(fù)雜，如果想更好地利用該技術(shù)，就必須將此技術(shù)進(jìn)一步的提高。

2 LIDAR技術(shù)應(yīng)用方法及流程探討

對(duì)電力線路工程進(jìn)行勘測(cè)通過LIDAR技術(shù)會(huì)方便很多。LIDAR技術(shù)具有勘測(cè)設(shè)計(jì)施工周期短，勘測(cè)設(shè)計(jì)成本低的優(yōu)點(diǎn)。再利用LIDAR技術(shù)進(jìn)行勘測(cè)時(shí)僅僅需要少量的GPS控制點(diǎn)。LIDAR技術(shù)在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過穿透植被，并對(duì)隱藏區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。通過LIDAR技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，會(huì)產(chǎn)生正射影像。然后產(chǎn)生具有電力線路的三維數(shù)字地面模型圖，便于線路路徑選擇。在線路路徑得以保證后，可產(chǎn)生線路平面故障圖，再現(xiàn)基斷故障圖，可進(jìn)行一次性設(shè)計(jì)勘測(cè)，大大縮短勘測(cè)設(shè)計(jì)周期，降低勘測(cè)成本。

2.1 LIDAR技術(shù)外業(yè)航飛

首先，應(yīng)該合理地分配基站點(diǎn)，以確保在飛行過程中至少30km內(nèi)有一個(gè)基站?；拘枰挥谝粋€(gè)開放、容易到達(dá)的地方，去除草木、房屋等阻擋衛(wèi)星的信號(hào)，在其四周去除電子干擾源。為了未來的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，基站必須要先行做好高程與坐標(biāo)的接觸。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意導(dǎo)航帶應(yīng)具有一定的重疊度，LIDAR技術(shù)應(yīng)選擇以下數(shù)據(jù)，如激光波長(zhǎng)、脈沖回波記錄模式等。

2.2 LIDAR數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理

首先，去除異常點(diǎn)。LIDAR數(shù)據(jù)中的一些數(shù)據(jù)顯然是不合理的。例如，多次反射后返回的數(shù)據(jù)、飛行物體反射的數(shù)據(jù)等。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，GPS接收并計(jì)算WGS84的坐標(biāo)。為了將坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通常需要聯(lián)合測(cè)量三個(gè)以上的54控制點(diǎn)并進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。高程系統(tǒng)通常與平面坐標(biāo)相結(jié)合，將地球高度轉(zhuǎn)換為正常高度。此外，還有多個(gè)飛行帶，這些飛行帶必須具有重疊度（10～20%）。按照一定的順序?qū)⒉煌w行帶的LIDAR原始數(shù)據(jù)整合成一個(gè)整體。

對(duì)LIDAR數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波是對(duì)目前來說關(guān)于內(nèi)部處理中最重要的步驟。目前，芬蘭公司的Terra固體商業(yè)軟件可以用來過濾LIDAR數(shù)據(jù)。Terra Stand在微站平臺(tái)上運(yùn)行，并通過對(duì)瑞典Axelson等人所提出的提取算法分類的使用，包括諸如Terra Scan、Terra Modeler和Terra Photo（用于過程）的模塊。這個(gè)軟件的處理系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)算是比較成熟的，但對(duì)于雜亂的建筑物，需要進(jìn)行人工處理。該軟件對(duì)于機(jī)載激光的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，分層地面數(shù)據(jù)和地面目標(biāo)數(shù)據(jù)，然后對(duì)于機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫拼接（在這種情況下，消除系統(tǒng)誤差和導(dǎo)航帶之間的隨機(jī)誤差），從而產(chǎn)生DEM數(shù)據(jù)，并分層，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。然后，生成正射影像數(shù)據(jù)，并將現(xiàn)有的協(xié)商區(qū)域、與電力線路徑相關(guān)的構(gòu)造等其他相關(guān)數(shù)據(jù)輸入相結(jié)合。

2.3 電力線路路徑優(yōu)化

電氣專業(yè)人員通過在結(jié)構(gòu)、測(cè)量等方面的配合下主要負(fù)責(zé)對(duì)電力線路的選線和優(yōu)化。在由LIDAR技術(shù)數(shù)據(jù)生成的正射影像中，設(shè)計(jì)者可以在圖形上看到整個(gè)世界的真實(shí)情況，并且可以對(duì)于很多不利因素可以很簡(jiǎn)單的就會(huì)避免，并從而得到較為合理的路線。由于LIDAR技術(shù)可以更精確地測(cè)量隱藏區(qū)以及塔位的高度，所以設(shè)計(jì)者需要通過對(duì)塔位的具體情況進(jìn)行具體的分析才可以選擇合適的路徑。在設(shè)計(jì)中，可以實(shí)現(xiàn)線和線位的組合。

2.4 確定線路桿塔位置

在基本確定線路的路徑之后，可以產(chǎn)生相應(yīng)的平面故障圖。Helava以及中國(guó)的系統(tǒng)都可以很完美地完成這些功能。又因?yàn)長(zhǎng)IDAR技術(shù)可以對(duì)植被起到穿透作用，所以對(duì)于地面和地面目標(biāo)的高程模型準(zhǔn)確率相對(duì)較高，生成的平面斷層圖相對(duì)準(zhǔn)確，因此線路設(shè)計(jì)者可以更加正確的確定下桿塔的地理位置。

2.5 生成塔基斷面圖及三維立體模型

在桿塔位置確定后，可以產(chǎn)生更精確的基礎(chǔ)故障圖。設(shè)計(jì)者可以檢查每個(gè)塔的地理?xiàng)l件，如果桿塔的位置不合理還要盡快的進(jìn)行調(diào)整。要是實(shí)在找不到桿塔的位置，也可以對(duì)路線進(jìn)行調(diào)整。然后，可以建立具有塔架位置的路線路徑的三維模型。等在桿塔位置與路線確定后就可以進(jìn)行外業(yè)定位放樣，在此階段不論出現(xiàn)任何問題都需要及時(shí)反饋給工作人員。

3 LIDAR技術(shù)的誤差分析

在LIDAR系統(tǒng)的改進(jìn)和校正之后，GPS定位精度、激光測(cè)距等可以共同決定LIDAR技術(shù)的定位精度。系統(tǒng)中任何傳感器精度的降低都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)定位精度的降低。

當(dāng)飛行高度小于600m，地面斜率小于30°時(shí)，GPS的定位精度對(duì)測(cè)距誤差的貢獻(xiàn)要高于LIDAR的姿態(tài)測(cè)量精度。飛行的高度與地面坡度越高，姿態(tài)測(cè)量精度對(duì)測(cè)距誤差的貢獻(xiàn)也越來越大。因此，需要提高GPS的定位精度才能實(shí)現(xiàn)低空飛行，若想實(shí)現(xiàn)高空飛行就需要有很高的姿態(tài)測(cè)量裝置。

在高壓線工程中，利用4臺(tái)GPS 5700進(jìn)行航飛試驗(yàn)，通過Terra固體商用軟件可以對(duì)LIDAR的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。并通過對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精確的分析，分析結(jié)果如表1所示。

4 結(jié)束語

電力工程選線優(yōu)化，效率高，操作方便。LIDAR技術(shù)所產(chǎn)生的三維場(chǎng)景可以漫游，并從多個(gè)角度進(jìn)行觀察。設(shè)計(jì)者可以更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)，更準(zhǔn)確、方便地判斷地面目標(biāo)和空間位置，更好地避開重要地面目標(biāo)，對(duì)航路以及桿塔進(jìn)行更加合理地選擇。在電力線路工程中利用LIDAR技術(shù)可以更好的對(duì)其進(jìn)行勘測(cè)設(shè)計(jì)，不僅大大縮減了工作周期，還對(duì)高程測(cè)量的精度大大提高。

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收稿日期：2018-8-14