基于機載激光雷達的某電力線路工程測量實施思路研究

摘 要:本文基于筆者參與的某電力線路工程測量經驗，以LIDAR技術在該工程測量中的應用為研究對象，分析了機載激光雷達線路工程測量的模式，結合工程實例探討了具體的實施思路，詳細探討了數據處理的方式，相信對同行有所裨益。

關鍵詞:LIDAR 電力線路 優化 DEM

中圖分類號:TB22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0005-01

1 引言

機載激光雷達系統(Light Detection And Ranging，簡稱LIDAR)，也叫機載激光雷達，是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統，它集成了激光掃描儀、差分GPS系統、IMU(Inertial Measurement Unit，慣性量測單元，用以量測飛機平臺的飛行姿態)、數碼相機。在動態載波相位差分GPS系統和IMU的支持下，激光掃描系統通過激光掃描器和距離傳感器，經由微計算機對測量資料進行內部處理，顯示或存儲、輸出距離和角度等資料，并與距離傳感器獲取的數據相匹配，經過相應軟件進行一系列處理來獲取被測目標的表面形態和三維坐標數據，從而進行各種量算或建立立體模型。

2 LIDAR數據獲取的基本原理

當機載LIDAR航攝飛行時，激光掃描儀發射、接收激光束，對地面進行線狀掃描，與此同時，動態GPS系統確定傳感器的空間位置(經緯度)，IMU測量飛機的實時姿態數據，即滾動、仰俯和航偏角。由于系統的幾個部分同步工作并集成于一體，GPS和IMU的數據融合極為方便，所以經后期地面數據處理后，即可獲取地面的三維數據(圖1)。

3 機載激光雷達線路工程測量模式分析

三維激光雷達技術應用于輸電線路優化設計包括數據獲取、數據處理、優化設計等工作內容。

(1)原始數據采集:在航飛前要制訂飛行計劃，安置全球定位系統接收機、激光掃描測量、慣性測量、數碼相機等。(2)基礎數據處理:機載激光雷達測量系統在野外采集得到的數據需要進行一定的處理才能得到需要的信息。數據處理的內容包括:確定航跡、激光掃描測量數據處理、數據分類處理、坐標匹配、影像數據的定向和鑲嵌、建立三維地形模型。(3)線路工程測量:以高精度、高分辨率正射影像和激光點云數據、數字高程模型數據為基礎，采用二、三維結合方式，結合架空送電線路設計業務需求，采用多人協同設計，實現線路路徑優化設計、桿塔優化設計的一體化全流程應用。

4 工程應用實例

4.1 工程概況

針對500KV某變送電線路工程(線路長度約為130km)。除變電站附近地形為平地外，其余為山地地形。植被以稀疏灌木林為主，局部間雜茂密，交通條件一般。

4.2 激光測量系統檢校

將機載激光測量系統安裝到飛行器上后，首先必須進行系統檢校，以獲取相關參數，保證數據精度。包括激光掃描儀的檢校和數碼相機的檢校，必須按照相關技術手冊進行。

4.3 地面GPS設基準站

激光飛行時需在地面布設GPS基準站，旨在航攝期間連續獲取與機載GPS同步的觀測數據，通過事后聯合差分解算機載GPS軌跡。相鄰基站間最大間距不得超過60km。

4.4 實施航空攝影飛行

根據激光測量系統的檢校參數，結合工程設計的航帶，確定作業飛機的飛行參數及測量參數，選擇合適的影像地面采樣率、帶寬和激光點間距等參數，實施航飛過程。

4.5 數據處理

將機載激光掃描測量數據轉化為線路勘測設計數據大致要經過下列幾個步驟。

4.5.1 制作DEM、DSM和DOM

采用專業軟件，導入激光點數據，設置分析參數，進行自動分類，區別地面、房屋、植被等，經分析對比，目前自動分類準確率僅為20%～30%。在此基礎上采用人工干預方式結合影像進行精確分類，得到準確的數字高程模型和數字表面模型和房屋等信息。采用數碼影像和精度更高的激光數據，經過糾正、鑲嵌，可以獲取比傳統方法更加精確的正射影像圖(DOM)。

4.5.2 制作平斷面圖

平斷面圖是輸電線路勘測的主要成果之一。平面圖通過立體作業平臺獲取。在斷面圖繪制中，中線、邊線斷面及風偏危險點從DEM中自動提取。由于激光掃描測量系統所采集的點密度非常大，精度也較高，所含信息豐富，使得中線、邊線斷面可以同時獲取DEM和DSM 2種數據，并且更加貼近真實地表，更好地服務于計算機的自動優化排位。在本工程中，我們將常規工程測量方法獲取的數據、傳統的航測攝影測量數據和激光掃描測量數據進行了比較，證明機載激光掃描測量數據是可靠的，其斷面精度略高于普通航測斷面精度。

4.5.3 繪制塔基地形圖

從環境保護的角度考慮，在超高壓、特高壓輸電線路勘測設計中桿塔位全方位高低腿已成必然趨勢，因此結構專業對于塔基地形圖測量的要求越來越高。目前條件下線路終勘的塔基地形圖大都采用工測方法測量，占用了大量的人力和時間(50％～70％)，不僅費時費力，而且點不容易測到位，內業處理工作量也較大。隨著激光掃描測量技術的發展和成熟，精度越來越高，必將促進塔基地形圖的數據采集和處理真正實現自動化。另外，激光點精度較高，點間距約2m，在特定區域進行土方量自動平衡計算，可得準確的土方量值。

5 結論

(1)三維激光雷達技術使整個電網走廊、變電所基于三維真實場景，并與實時監測、視頻等于一體的可視化成為可能;三維激光雷達技術使已建、新建電網，以及電網相關環境所有信息快速、低成本、高精度、全面獲取成為可能，將實現電網的真正信息化。

(2)三維激光雷達技術與三維可視化技術、專家知識技術的融合，實現電網的三維可視化、智能化的仿真成為可能。

參考文獻

[1] 張祖勛，張劍清．數字攝影測量學．武漢測繪科技大學出版社，1997．

[2] 程正逢，王盛才，等.航空激光掃描測量系統在國外工程中的應用.地理空間信息，2003(3).

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