機載激光雷達技術(shù)在輸電線路工程的應(yīng)用優(yōu)勢

摘 要：機載激光雷達技術(shù)應(yīng)用于輸電線路工程，可以清晰判別絕大部分地物和各類線纜高度，減少傳統(tǒng)航測的外業(yè)調(diào)繪工作量，在采集和處理地表數(shù)據(jù)方面具有傳統(tǒng)航空攝影無法比擬的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：激光雷達；線路工程

中圖分類號：TN958.58 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0127-01

1 概 述

激光雷達測量技術(shù)是空間點陣掃描技術(shù)和激光無反射棱鏡長距離快速測距技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一項新測繪技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性，采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，用于數(shù)字測圖或三維建模[1]。在輸電線路工程中，激光雷達測量技術(shù)主要是利用機載雷達或者地面三維激光掃描儀獲取線路走廊的影像及點云數(shù)據(jù)，包括高精度的DEM、DSM、DOM以及建構(gòu)筑物和樹林的形態(tài)和高度等豐富信息，并以此為基礎(chǔ)開展路徑優(yōu)化、平斷面測繪、數(shù)字三維平臺建立、三維可視化管理等輸電線路工程相關(guān)工作。在山區(qū)、植被覆蓋密集地區(qū)以及外業(yè)控制工作難以開展地區(qū)利用機載激光雷達測量技術(shù)開展相關(guān)工作，能夠提高植被覆蓋密集區(qū)域的高程精度。

2 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

激光雷達技術(shù)起源于20世紀60年代的美國，隨后加拿大、澳大利亞、瑞典、前蘇聯(lián)、法國、荷蘭和我國多個科研院所都開始了相關(guān)技術(shù)的研究[2]。近年來，武漢大學、中國測繪科學院以及廣西桂能信息工程有限公司等也在引進國外高性能機載小光斑激光雷達系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，先后開展了試驗和工程飛行。北京超高壓和張家口供電局率先將激光雷達技術(shù)應(yīng)用到電力線間距離量測[3]。廣東電網(wǎng)公司將無人直升機激光雷達應(yīng)用于陽江供電局220kV壩春線等輸電線路巡檢工作。

3 機載激光雷達技術(shù)在線路工程中的應(yīng)用

輸電線路工程利用機載激光雷達測量技術(shù)獲取線路走廊的影像及點云數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)經(jīng)過對點云數(shù)據(jù)解算、濾波等處理，并以此為基礎(chǔ)開展路徑優(yōu)化、平斷面測繪、數(shù)字三維平臺建立、三維可視化管理等相關(guān)工作。在新建輸電線路工程中，應(yīng)用激光雷達測量技術(shù)采集和處理的數(shù)據(jù)，能夠構(gòu)建直觀、真實、客觀的二、三維地理場景，用于輸電線路路徑優(yōu)化、桿塔排位以及各類測繪產(chǎn)品生產(chǎn)。對于已建電網(wǎng)線路，利用激光雷達測量技術(shù)，能夠建立高精度的線路和走廊三維模型，可為線路三維可視化管理及危險點分析提供數(shù)據(jù)支撐。

DEM數(shù)據(jù)精度對于線路工程的選線以及終勘都有重要意義，傳統(tǒng)輸電線路工程設(shè)計普遍采取高程數(shù)據(jù)主要來自于航空影像的立體像對，選線工作主要通過立體像對人工對DEM數(shù)據(jù)進行提取，一般高程誤差在限差以內(nèi)。然而在陰影部分及林區(qū)的高程信息無法準確獲得，這給選線及終勘工作帶來很多麻煩，經(jīng)常遇到因高程數(shù)據(jù)的不準確使得線路路徑不通的現(xiàn)象，不得不進行改線，嚴重影響工程進度。激光點云技術(shù)直接生成點云數(shù)據(jù)，有效解決陰影的數(shù)據(jù)準確性問題。在進行電力線路設(shè)計時，通過激光數(shù)據(jù)生成立體大場景，還原線路全路徑區(qū)域內(nèi)的地形和地物要素的信息，能準確獲取實時平斷面數(shù)據(jù)用來桿塔預(yù)排位，獲取準確的塔基地形、塔基斷面數(shù)據(jù)和已有交叉跨越數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上對線路路徑進行優(yōu)化。

4 機載激光雷達應(yīng)用優(yōu)勢

（1）激光具有多次回波反射和穿透特性。機載激光雷達技術(shù)適用于植被茂密地區(qū)，可獲取較高精度的地形表面數(shù)據(jù)及樹冠、樹干、地表灌木等信息，而傳統(tǒng)航測無法克服植被影響。激光測量技術(shù)可在高山峽谷地區(qū)、限制進入地區(qū)、外業(yè)困難地區(qū)或無人區(qū)、沼澤、野生動物保護區(qū)及森林保護區(qū)、有毒廢料場所等進行勘測。

（2）準確估算樹木砍伐、農(nóng)田占用以及房屋拆遷數(shù)量。激光點云及影像數(shù)據(jù)的獲取，使得對地形地物的判讀、空間信息的量測與獲取更加準確和便捷，諸如房高、樹高以及塔高等信息可借助激光點云數(shù)據(jù)方便地自動提取，有利于在選線過程中對一些重要地物的避讓，譬如公路、村莊、規(guī)劃區(qū)、礦區(qū)等，設(shè)計人員能夠更加精確細致地進行路徑選擇，合理地選擇塔位，精細地控制工程投資。

（3）測繪成果精度高、質(zhì)量優(yōu)。機載激光雷達系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)點可達每平米幾個點，地面激光雷達系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)點可達每平米十幾個點，高密度的直接采樣數(shù)據(jù)保證了成果精度。激光雷達系統(tǒng)能同時獲取點云和數(shù)碼影像兩種數(shù)據(jù)，不同數(shù)據(jù)間可以進行匹配檢驗，在外業(yè)現(xiàn)場能夠直接確定原始成果的質(zhì)量情況。

（4）生產(chǎn)周期短、效率高。機載激光雷達因沒有外業(yè)像控點測量、空三加密的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，作業(yè)周期小于傳統(tǒng)航空攝影測量。工程人員根據(jù)大容量激光點云數(shù)據(jù)，在內(nèi)業(yè)對路徑沿線生成等高線地形圖，分析擬設(shè)計塔位塔基地形，對地形較差的塔位內(nèi)業(yè)及時更改，對耐張段所有塔位進行內(nèi)業(yè)整體評估，避免了外業(yè)中因個別塔位無法立塔而造成的全線路改線，大大提高了生產(chǎn)效率。

（5）斷面精度高。利用雷達點云數(shù)據(jù)可以快速獲取高精度斷面圖，準確度由可達到厘米級，可方便地比較設(shè)計電力線與周圍地物在空間上的關(guān)系，如交叉線路在高程上的差異、設(shè)計線路與走廊范圍內(nèi)植被的高差等。內(nèi)業(yè)能夠判斷出塔位的地形變化情況，準確判斷塔位級差數(shù)據(jù)，為外業(yè)選定塔位提供準確數(shù)據(jù)源，減輕外業(yè)人員的勞動強度。

（6）激光雷達數(shù)據(jù)信息豐富?？山⒄嫒S電網(wǎng)GIS系統(tǒng)，精確地掌握線路走廊內(nèi)地物與線路的空間關(guān)系，模擬線路走廊內(nèi)的植被作生長情況，模擬風險分析，線路磁場干擾分析，安全范圍分析。能夠快捷方便地進行各種三維量測，滿足電力線路設(shè)計對各種距離的苛刻要求，如樹高、房高量測，安全距離量測等。

5 總 結(jié)

激光雷達遙感技術(shù)的最大優(yōu)勢在于可以快速、直接并精確地探測到真實的地表及地面的高程信息，其作業(yè)更高效、數(shù)據(jù)更全面、結(jié)果更精確、內(nèi)容更豐富，在工程勘測設(shè)計、施工及運維的應(yīng)用前景及優(yōu)勢明顯。

參考文獻

[1]王 新.基于激光掃描技術(shù)的智能電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究[J].智能建筑與智慧城市，2017（7）：62～63.

[2]秦海明，等.機載激光雷達測深技術(shù)與應(yīng)用研究進展[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2016，32（8）：617.

[3]俞科杰.輸電線路三維激光雷達測量技術(shù)的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學，2015：3～5.

收稿日期：2018-11-5

作者簡介：劉力鋮（1982-），男，碩士，主要從事電網(wǎng)三維設(shè)計與研究工作。