激光雷達在電力線路工程勘測設計中的應用

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引言

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。

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3×108m/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 激光雷達測量技術在電力線路工程勘測設計中優勢

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。

3 激光雷達在電力線路工程勘測設計中的實際應用

3.1 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60km以內。

3.2 數據處理 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。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。

3.3 激光雷達系統三維可視化管理 在工程驗收中,為了對整個線路的運行狀況進行掌控與分析,將由三維激光雷達系統所獲取到的數據信息經由相關軟件數據處理后,生成數字高程模型與數字正射影像,進而整個得到輸電線路走廊的三維地形圖,如圖1所示。由激光點云對桿塔和導線及線路走廊地表的建筑物如房屋、樹木等建筑進行三維建模,從而可方便地進行桿塔精細化驗收工作,對鐵塔本體部位進行拍照巡視,得到三維照片,如圖2所示,再通過分析照片查找缺陷。此方法保證數據的精確性,又能減少數據處理的工作量,對于輸電線路運行維護與驗收工作具有較強的指導作用。

圖1 線路走廊示意圖歐

圖2 鐵塔激光點云數據

3.4 三維激光雷達系統對地形地貌的檢測 激光雷達是利用多次回波技術穿透樹木植被以達到測量樹木高度的目的,這為輸電線路驗收工作中樹木的測量與管理帶來了有效手段。在驗收過程中若需對地物與電線之間距離進行管理校正,則可在軟件程序中設置相應閾值條件,一旦出現地物與導線的交跨距離不符合要求,系統會自動發出警報。相應的,系統會輸出探測得到的危險點平斷面圖、危險點統計報表等圖表,及時將危險點的信息輸送給管理人員,以便野外人工巡線參考。

3.5 三維激光雷達系統在電網專業分析的應用 在對輸電線路的驗收中,考慮輸電線路的正常運行,需要在不同的條件狀況下對輸電線路進行電力分析,比如不同區域內樹木品種不同,其生長狀況也不盡相同,對輸電線路的影響也會隨之改變。再者如野外環境溫度的不同,電線是否覆冰和風速等外界因素對輸電線路的影響。三維激光雷達系統測得的數據精度高,處理后模擬形成的三維數字化電網中輸電線路的地形地貌、桿塔模型、電線弧垂等模擬均是對現實中電網最大可能的數字化再現。因此,由三維激光雷達系統結合野外作業中桿塔上所安裝的溫度、風速、濕度等感應監控設備所傳回的關于野外環境情況的數據,便可在三維數字化電網基礎上進行各種電力專業分析,為線路管理人員對線路的監控與決策提供有力支撐。

結束語

近年來,電網建設飛速發展,傳統的航空攝影測量技術由于受空域、天氣等因素的影響且數據精度偏低,無法直接準確獲取對建設成本和后期運維有極大影響的林木以及高壓線、高鐵等交跨物的高度。運用激光雷達技術可直接獲取地物高精度點云數據,經處理后可導入三維平臺,方便設計專業進行輸電線路優化選線,減少野外工作量。