機載激光雷達技術在電力線路設計中的應用

趙佰棟 申學德 潘慶明 張曉雷 樊星

【摘 要】隨著社會經濟的發展與科技的進步，在地質勘測方面的技術水平在不斷的提高，機載激光雷達技術作為測量的新型技術，其在實際的應用中具備多種優點，可以滿足我國電力建設的發展需要。我國的電力建設發展的深度和廣度在不斷的增加，機載激光雷達系統是電力建設中常常應用的電力技術系統。本文對機載激光雷達系統的工作原理和組成結構進行了分析，并根據激光雷達系統的特點進行研究。

【關鍵詞】機載激光雷達系統，電力線路設計，應用

機載激光雷達的工作原理是通過主動向目標發射激光而快速獲取三維信息的，它集中體現了激光測距技術和高精度的冬天載體測量技術以及高精度的動態GPS差分定位技術等，它是母線最為先進的三維航空遙控技術。當前已經有許多個國家生產機載激光雷達設備，該技術的應用領域相當廣闊。機載激光雷達技術在電力線路的設計使用逐漸發展為增長的趨勢，在多種地質測量和電路線路設計應用中發揮著自身獨特的作用。

一、機載激光雷達系統的工作原理

當前機載激光雷達系統的生產廠家有許多，不同廠家生產的系統擁有的結構也不相同，但其主要的構成結構主要是POS系統、激光掃描儀、控制單元組成，許多機載激光雷達系統將數碼相機集成在一起，其功能廣泛，在地質勘測以及電力線路設計方面的應用水平較高，符合多個雷達系統的工作原理。

POS系統主要由全球導航系統以及慣性測量單元組成，其中GPS連同地面基站的GPS接收機實時動態測量飛行平臺的位置，通常會采用載波相位差分GPS的做法，來對單點定位技術的解算的GPS數據進行分解。

機載激光掃描儀通常會采用半導體二極管和半導體激光器的形式，其具有性能高且重復率高的功用。使用后數據處理能夠獲得測區的正攝影像，能夠達到激光的雷達點，云數據處理所提供的影像是其參考信息，其與激光點云數據具有相互補充的作用。中心控制單位通常采用導航、定位管理系統同步的方式對相關數據進行保存，通過加速測量的形式記錄角速度，并對GPS的位置進行測量，記錄激光掃描儀和數碼相機的數據。

機載激光雷達系統的工作原理是通過激光掃描儀向目標主動發射高頻率的激光，并接受反射回來的激光，通過測量來回反射的時間來計算兩點之間的距離，并結合POS系統來獲取平臺的位置和相關姿態的數據，從而計算出目標的三維坐標。

二、機載激光雷達技術特點

機載激光雷達系統的特點涵蓋了以下幾個方面：全天候24小時工作，激光雷達為主動探測，不受到光的影響；激光雷達可以穿透植被的葉冠，同時對地面點和非地面點進行測量，其激光的波長較短，獲取的數據信息更加豐富；激光雷達可以探測細小的目標物，由于波長較短，其電力線和傳統的攝影雷達不能達到；在數據信息獲取上，其獲取數據的速度非常快，數據獲取的效率也會大大的提高，同時獲取數據的精度也比其他的航測技術要高得多。應用機載激光雷達系統能夠極大的提高測量的工作效率，特別是在偏遠的山區，地形環境條件復雜，在電力線路設計上其難度較高，而機載的激光雷達系統可以對地面和非地面的點進行測量，由于激光的波長較短，在數據回收和信息獲取上可以獲得較高的數據信息。在實際的工作中，在對地面進行測量時，會出現許多細小的物體，對這些細小的物體進行探測，獲取質量高的數據信息，滿足實際發展的需要，提升數據獲取的效率。

三、機載激光雷達探測的數據成果

應用機載激光雷達技術采集數據，可以獲得豐富的數據成果。通過對運輸局的過濾波進行處理，從而可以得到高精度的數據。在我國的西南邊疆地區，自然條件惡劣，交通不便，測量工作開展起來比較困難，但是采用航空測量技術能夠對地面的控制點進行控制，而森林區域則無法突破這些存在的局限性，對數據影像的處理處于一個高分辨率的狀況。通過對點云數據的分類處理和運算，能夠獲取三維的房屋、樹木等地物，通過激光點云數據對房屋進一步處理，能夠測量到樹的高度分布圖。在交通不便和自然條件惡劣的區域，激光雷達系技術能夠克服這些困難，更好的對點云數據信息進行分類處理，滿足實際的高度分布圖需要。

四、機載激光雷達在電力線路設計方面的優勢

超高壓送電線路為國家主干電網的重要組成部分，隨著國家電力建設水平的提高，建設的速度也在不斷的增加，當前對電力建設的要求主要包括以下幾個方面：線路距離長、覆蓋的范圍大；線路建設對安全可靠的要求高；工程建設的周期越來越長，線路通道在選擇上也面臨著較多的困難。在進行地質環境測量時，獲取大面積的三維地表數據，在通道狹窄的區域將地物分辨清楚。

機載激光雷達技術可以盲足當前高速發展的電網建設需要，與傳統的測量技術相比，其技術的應用具備一定的優勢。直線在數字高程模型、數字地面模型和數字正射影像等數據構建的三維全景環境中對電力線路進行優化設計，涵蓋了線路路徑、空間測量、風景帶、農田、建筑物等繞行、開挖方量自動計算和拆遷計算等，對工程量進行快速的評估。

由于機載激光雷達獲得的數據量是三維的，它能夠在地圖上對測量點進行快速的測量，滿足電力線路設計的需求，能夠對房屋的高度、樹木的高度以及安全距離進行有效的測量，同時在數據的測量時效和精度水平上都比較高，可以適應多種不同的外在地理環境。對于自然條件惡劣的區域，機載激光雷達系統的應用可以提升其應用的效率和策略，不斷的增強激光探測的效率，使電力線路的設計更加省心、省力，同時通過后期的優化設計，還可以降低電力線路施工的工程造價，為電力企業節省更多的資金。通過數據的回饋來設計電力線路，在盡量不破壞生態環境的基礎上進行設計，能夠實現可持續發展的目標，建設資源節約型的電力行業施工。

應用機載激光雷達巡線可以獲得測量的數據，利用數據能夠建立起真三維電網的GIS系統，通過三維電網系統的方式能夠掌握線路走廊內地物與線路的空間關系。設置植被的基本生長參數，可以模擬線路走廊內的植被生產情況，對模擬的風險進行分析，分析其對線路的磁場干擾和安全范圍，對不同電壓等級的電網管理更加科學高效。

與傳統的攝影測量技術相比，其具備以下幾方面的優勢：作業周期短，能夠極大程度的減少野外控制測量和野外調繪的工作；可以直接獲取目標的三維坐標，可以在數據成果中進行三維測量；電力線路優化設計的數據產品更加豐富，其精度也更高；優化線路的路徑，控制和減少房屋跨度以及房屋拆遷的數量。

五、結語

隨著社會發展水平的提升，我國的電力建設的規模也在不斷的擴大，機載激光雷達系統在電力線路設計中的應用能夠提升數據獲取的速度，豐富數據的產品，使測量的精度和效率不斷的提升，以便于更好的應用在野外作業的環境中。通過特定的三維電力選線軟件，可以通過不同視角來查看真實的三維場景圖，對于線路的空間關系，其了解將會更加明確。在對線路通道進行優化時，通過對數據的后期處理，采用激光雷達采集數據信息的形式，控制影像范圍，在電力選線工程項目中應用激光雷達技術，對后期的圖像進行優化，確保設計單位的線路設計能夠在勘測的成本內，降低工程的總投資和總消耗，提升工程的實際效益。

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