激光雷達在電力線路工程勘測設計中的應用

練剛

摘? 要：該文對激光雷達原理和組成等進行了簡單介紹，針對激光雷達在電力線路工程勘測設計中的應用展開了深入研究，希望可以為激光雷達在電力線路工程勘測設計中的應用起到一定的參考和幫助，提高激光雷達應用的有效性，充分發揮激光雷達的價值和作用，為電力線路工程勘測設計工作的開展打下良好基礎。

關鍵詞：激光雷達;電力線路工程;勘測設計

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

當前電力線路工程勘測設計中仍選擇傳統航空攝影測量方式，植被覆蓋區等特殊地形地質條件勘察工作難度大，很難準確獲取地面高程等參數，無法實現對植被高度的有效測量。激光雷達屬于一項重要科學技術，在實際應用中可直接穿越植被覆蓋層，系統中融合了GPS以及MU等設備，能夠實現對地形以及地貌等數據的快速有效測量，屬于一種新的工程測繪技術方法，將其應用在電力線路工程勘測設計中有著廣闊的前景，該文就此展開了研究分析。

1 電力線路工程勘測設計存在的問題

電力線路路徑的選擇以及規劃存在著非常大復雜性，在規劃時所使用的地圖數據相對較為陳舊，與實際存在較大差異，尤其隨著城區和鄉村的改造建設，選擇傳統的測量方法，設計人員測量工作的開展需要浪費較長時間，很多地區還需要利用人工方式完成測量，不僅作業效率低下，同時存在著非常大的野外工作強度。GPS技術、航空攝影測量技術等屬于當前應用較多的勘察技術，但是這些技術的使用仍無法滿足電力線路工程勘測設計在路徑規劃以及選擇等方面的實際需要。

2 激光雷達測量系統原理

2.1 激光雷達測量原理

激光雷達主要設備為激光發射器，其所產生的紅外線、紫外線等傳播速度可達3×108 m/s，激光發射器的激光照射在物體表面時會反射一部分光，接收器接收這部分光，系統計算出發射到接收所消耗的時間，所消耗時間的一半就是單程時間，也就是激光發射器光線到達物體所消耗的時間，這一時間與光速之積就是兩者之間的距離。在獲取距離后，與激光掃描儀姿態數據相結合，可獲取被測點的三維坐標。如果測點表面不規則，三維激光掃描儀的使用可直接獲取該點物體的表面圖像，機載激光雷達系統的使用使數字高程模型精度有明顯提高。

2.2 激光雷達系統組成

一般激光雷達系統主要組成包括激光器、接收器、光學系統、數據采集和存儲系統、MU、GPS等。其中激光器屬于最核心的部分，主要負責掃描地面并獲取其與測點的距離數據。激光雷達系統在實際應用中，GPS功能包括3個方面。1）提供傳感器準確位置信息，多為三維地理坐標。2）結合MU建立NS/GPS組合姿態測量裝置，測量精度有明顯提升。3）為導航顯示系統提供飛機的三維位置數據，確保自動駕駛儀領航精度，滿足高精度導航需要。姿態測量裝置在實際應用中可提供組合傳感器光學系統主光軸姿態角參數，能夠結合GPS定位數據，實現對激光掃描以及不同波段影響數據的準確定位，使數據在時空方面的一致性得到保證。

3 激光雷達測量技術在電力線路工程勘測設計中特點和優勢

3.1 應用特點

主要有5個應用特點。1）激光雷達可實時顯示被測點高程和三維坐標等信息。2）可自動輸出線路平斷面圖，顯示線路中線以及斷面等信息。3）可自動獲取線路交叉跨越高度參數。4）輸出和顯示塔基斷面圖。5）分析統計線路走廊數量、長度、面積和高度等參數。

3.2 應用優勢

應用優勢主要包括4個方面。1）可直接在高精度的三維全景環境中展開快捷優化設計，充分利用數字高程模型、數字正射影像等數據分析和計算線路路徑、農田、開挖方量、拆遷建筑等信息，制定出最優決策。2）激光雷達可直接獲取三維數據，能夠快速在圖像上展開三維量測，可滿足電力線路設計對距離方面要求，完成房高量測以及安全距離測量等工作。3）激光雷達在使用匯總可獲取DSM、DEM、DOM等信息，明確選線區域截面圖，較為方便的展開三維量測，降低野外實地勘測量。利用室內三維場景圖選線，不會與野外勘測地形地物出現較大誤差，野外作業時間有明顯縮短，選線定位設計效率更高。4）成果數字化移交，利用激光雷達巡線可獲取三維電網GIS系統，利用該系統準確把握線路走廊地物與線控空間關系，明確植被各項生長參數等。同時可模擬線路內植被生長等情況展開風險分析，也可進行線路磁場干擾和安全范圍等方面分析，提高各個電壓等級電網管理的科學性和有效性。

4 激光雷達在電力線路工程勘測設計中的實際應用

4.1 激光測量系統檢校

激光雷達測量系統在安裝至飛行器后，首先需要對整個系統展開檢校，獲取系統各參數情況，使數據精度得到保證，檢校工作中還需要注意對激光掃描儀以及數碼相機等檢校，嚴格按照技術手冊等要求完成。

4.2 地面GPS設基準站

激光測量系統在實際應用中還需要有地面GPS基準站，確保拍攝過程中可連續獲取與GPS同步的觀測數據，結合差分原理對GPS軌跡進行分析計算，在GPS基站布置方面，相鄰基站間距離需要控制在60 km以內。

4.3 航空攝影飛行

幾何激光測量系統檢校參數以及工程設計航帶等，明確作業飛機各項測量以及飛行等參數，同時確保影響地面采樣率以及激光點間距等參數科學合理。

4.4 數據處理

激光雷達系統所獲取的掃描數據想要轉化為可使用的勘察設計數據，還需要注意對數據的處理。

首先，建立數字化立體作業平臺，利用激光掃描測量系統獲取的DEM數據等建立測區立體模型，以此為基礎，展開線路的優化設計，利用三維立體模型可從不同角度觀察同一位置情況，將這一立體模型作為整體選線平臺，選線結構的可靠性和可信度會有明顯提升，確保線路經路徑的合理性和有效性。

其次，制作DEM和DOM，激光點數據使用專業軟件導入系統中，設置好相應的分析參數，對系統中數據進行自動分類，實現對房屋、植被等的有效區分，利用分析和對比方式，自動分類的準確率相對較低，不超過30%，以此為基礎，聯合人工干預措施，數字表面模型以及房屋等信息的準確性有明顯提升。同時聯合數碼影像以及激光數據等，可獲取更為精確的DOM。

再次，制作平斷面圖，輸電線路測量中平斷面圖屬于一項主要成果，可由立體作業平臺獲取，從DEM中自動提取中線、邊線斷面等參數，激光雷達量測系統在實際使用中所獲取的點密度大，有著非常高精確性，可同時獲取DEM和DSM等不同中線、邊線斷面數據，與真實地表更為貼合。

最后，繪制塔基地形圖，當前超高壓、特高壓輸電線路等勘察設計工作中，桿塔位高低腳已經成為一項必然發展趨勢，結構專業在塔基地形圖測量方面有著非常嚴格要求。現有條件下，線路終勘塔基地形圖的測量多數選擇工測方法進行，需要消耗非常多人力和時間，同時很難測量到位，內業處理工作量有明顯增加。在激光雷達掃描技術發展過程中，其精度有明顯增加，能夠更好地滿足塔基地形圖數據處理等自動化發展需要。

5 結語

激光雷達在電力線路工程勘測設計中有著非常明顯應用優勢，能夠滿足電力線路工程勘測設計工作開展需要。想要更好地發揮出激光雷達的優勢和作用，必須要注意系統檢校、基準站設置、數據處理等，更好地滿足電力線路工程勘察設計需要，促進我國電力行業的持續穩定發展。

參考文獻

[1]張麗軍，潘家偉，曹志勇.基于機載激光雷達技術的山區高速公路勘測設計方案探究[J].公路工程，2018，43（6）：169-173.

[2]徐天谷.信息化測繪條件下的電力勘測設計[J].建筑工程技術與設計，2017（31）：1507.

[3]劉力鋮，劉安濤.機載激光雷達技術在輸電線路工程的應用優勢[J].大科技，2018（35）：127.

[4]丁征凱.機載激光雷達數據在輸電線路終勘選線中的運用分析[J].通訊世界，2018（9）：193-194.

[5]陳科.機載激光雷達技術在水利水電工程中的應用[J].珠江水運，2018（13）：18-19.