機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在輸電線路工程的應(yīng)用優(yōu)勢

摘 要：機(jī)載激光雷達(dá)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(dá)；線路工程

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

1 概 述

激光雷達(dá)測量技術(shù)是空間點(diǎn)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(xiàng)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(dá)測量技術(shù)主要是利用機(jī)載雷達(dá)或者地面三維激光掃描儀獲取線路走廊的影像及點(diǎn)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(jī)載激光雷達(dá)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(dá)技術(shù)起源于20世紀(jì)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(gè)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(xué)、中國測繪科學(xué)院以及廣西桂能信息工程有限公司等也在引進(jìn)國外高性能機(jī)載小光斑激光雷達(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，先后開展了試驗(yàn)和工程飛行。北京超高壓和張家口供電局率先將激光雷達(dá)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(jī)激光雷達(dá)應(yīng)用于陽江供電局220kV壩春線等輸電線路巡檢工作。

3 機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在線路工程中的應(yīng)用

輸電線路工程利用機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)獲取線路走廊的影像及點(diǎn)云數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)經(jīng)過對點(diǎn)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(dá)測量技術(shù)采集和處理的數(shù)據(jù)，能夠構(gòu)建直觀、真實(shí)、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(dá)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(xiǎn)點(diǎn)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(jì)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)確使得線路路徑不通的現(xiàn)象，不得不進(jìn)行改線，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。激光點(diǎn)云技術(shù)直接生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，有效解決陰影的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性問題。在進(jìn)行電力線路設(shè)計(jì)時(shí)，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(zhǔn)確獲取實(shí)時(shí)平斷面數(shù)據(jù)用來?xiàng)U塔預(yù)排位，獲取準(zhǔn)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(jìn)行優(yōu)化。

4 機(jī)載激光雷達(dá)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）激光具有多次回波反射和穿透特性。機(jī)載激光雷達(dá)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(jìn)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(hù)區(qū)及森林保護(hù)區(qū)、有毒廢料場所等進(jìn)行勘測。

（2）準(zhǔn)確估算樹木砍伐、農(nóng)田占用以及房屋拆遷數(shù)量。激光點(diǎn)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(zhǔn)確和便捷，諸如房高、樹高以及塔高等信息可借助激光點(diǎn)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(jì)人員能夠更加精確細(xì)致地進(jìn)行路徑選擇，合理地選擇塔位，精細(xì)地控制工程投資。

（3）測繪成果精度高、質(zhì)量優(yōu)。機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)可達(dá)每平米幾個(gè)點(diǎn)，地面激光雷達(dá)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)可達(dá)每平米十幾個(gè)點(diǎn)，高密度的直接采樣數(shù)據(jù)保證了成果精度。激光雷達(dá)系統(tǒng)能同時(shí)獲取點(diǎn)云和數(shù)碼影像兩種數(shù)據(jù)，不同數(shù)據(jù)間可以進(jìn)行匹配檢驗(yàn)，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(jī)載激光雷達(dá)因沒有外業(yè)像控點(diǎn)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(diǎn)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(jì)塔位塔基地形，對地形較差的塔位內(nèi)業(yè)及時(shí)更改，對耐張段所有塔位進(jìn)行內(nèi)業(yè)整體評估，避免了外業(yè)中因個(gè)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(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以快速獲取高精度斷面圖，準(zhǔn)確度由可達(dá)到厘米級，可方便地比較設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǔn)確判斷塔位級差數(shù)據(jù)，為外業(yè)選定塔位提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)源，減輕外業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

（6）激光雷達(dá)數(shù)據(jù)信息豐富。可建立真三維電網(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(fēng)險(xiǎn)分析，線路磁場干擾分析，安全范圍分析。能夠快捷方便地進(jìn)行各種三維量測，滿足電力線路設(shè)計(jì)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(dá)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(shí)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(jì)、施工及運(yùn)維的應(yīng)用前景及優(yōu)勢明顯。

參考文獻(xiàn)

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

[2]秦海明，等.機(jī)載激光雷達(dá)測深技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)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(dá)測量技術(shù)的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，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(jì)與研究工作。