無人機激光雷達在輸電線路選線中的應用研究

敖哲鑫

廣東省核工業地質局測繪院，廣東 廣州 510800

1 激光雷達測量技術的優勢

（1）數據精度高。機載激光雷達技術具有主動測量的特點，可以實現對DEM數據、DOM數據和激光點云數據的精準采集，同時更能準確便捷地判讀地形地物、測量和獲取空間信息等。特別是在植被覆蓋區，相較于傳統航測技術，機載激光雷達技術可以實現更高精度的斷面圖。

（2）作業周期短。機載激光雷達技術可以實現自動化數據處理功能，具有超高的精準度，相較于傳統航測外業工作，應用機載激光雷達技術可以省去大量的外控工作和刺點工作，同時更是顯著減少了野外調繪工作。此外，機載激光雷達技術可以使選線三維場景更加生動逼真，為設計人員在整體線路路徑把控上提供便捷的服務。

（3）選線過程中的輔助信息豐富。設計人員在優化選線的過程中可以借助激光點云數據向設計人員提供周圍數據信息，包括房高、塔高、樹高等信息。

2 無人機激光雷達在輸電線路選線中的應用模式

無人機激光雷達用于輸電線路選線的模式具體如下：（1）原始數據獲取。通過機載激光雷達技術獲取原始激光數據、GPS/IMU數據以及原始高清數碼影響數據。（2）內業數據處理。通過機載激光雷達技術實現DGPS/IMU聯合解算、激光點數據大地定向和分類處理激光數據，同時還可以通過機載激光雷達技術輸出DEM/DSM/DOM等三維地形地貌成果數據。（3）激光雷達在輸電線路選線設計中的應用。以DEM數據、DOM數據和激光點云數據為依托，同時結合二維、三維模式，利用相關數據管理平臺，采用人機交互方式，共同完成輸電線路選線的設計工作，實現路徑半自動選擇，并且自動生成平斷面圖。

3 激光點云數據處理技術

機載激光雷達數據包括激光點云數據和回波強度圖像數據，其中激光點云數據又分為地面點云數據和非地面點云數據，無人機激光雷達技術可以對激光點云數據（如圖1所示）進行分類，自動生成DEM數據（如圖2所示），然后通過生成的DEM數據和航空數碼影響的內外方位元素，即可正射糾正航空數碼影像，從而生成DOM數據。

圖1 激光點云數據

圖2 DEM數據

激光點云數據處理技術具體包括以下技術：

（1）激光點云去噪技術。在激光點云數據中，存在著大量的粗差數據和系統數據誤差，為了提高數據的準確性，需要將超出整體數據點正常標準的噪聲點和數據點過濾消除。同時按照激光點云數據大小以及計算機性能，對激光點云數據進行分門別類。

（2）自動分類技術。獲取DEM數據的途徑為激光點云數據，獲取方式主要是通過激光點云數據將地面真實的數據從中分離出來。這些分離出的數據落于落地表面的點被叫作地面點，而反映地物形態的點，包括建筑物、植被、管線等，被叫作非地面點，這類非地面點需要在DEM數據生成之前進行剔除處理。之后通過相關軟件利用不規則三角網漸進濾波法對這些數據進行自動分類。在進行自動分類之前，需根據測區已有的測區方法對整個項目區域范圍內的狀況進行評判，包括區域內的地形、地貌等條件，同時在評判數據中選取代表性的數據作為樣區，對分類數據進行反復調試，然后根據分類點云剖面分布的實際情況，對數據分類的質量做出科學判斷，最后將準確性高的參數數據應用于整個測區。

（3）手動分類技術。自動處理技術只能適用于對數據的初步分類，這種分類技術存在著較大的誤差，只能通過手動分類技術達到數據精細化分類的目的。通過手動分類方式，對數據分類較差的區域進行調試分類處理，直到滿足精細化數據分類的標準。

（4）DEM數據生成技術。首先，將激光點云數據進行分類，將取得的地面點數據內插生成柵格形式的DEM數據。值得注意的是，一定要確保DEM數據的完整性，以便獲得完整的地形信息，千萬不能出現插值漏洞，保證圖幅接邊地形過渡自然，接邊誤差符合要求。其次，利用影像處理技術。具體包括如下步驟：第一，空中三角測量。通常情況下，預處理后獲得的影像外方位元素難以符合工程生產的標準，需要進一步優化空中三角測量工作。空中三角測量是指通過影像上的像點坐標和地面上的少量控制點坐標恢復影像間精確拓撲幾何關系的過程。第二，DOM數據生成。空中三角測量工作完成之后，便可進行正射影像DOM數據的生成，并在此過程中進行勻色和鑲嵌處理。為了達到工程數據精度的標準，不僅需要加強DOM影像分辨率和精準度，還需要保障影像的清晰度，影像反差要適中，色調溫和良好，接邊過渡自然，接邊誤差符合工程生產的要求。

4 激光雷達在選線工程中的應用

在開展輸電線路選線工程之前，需要對激光雷達獲取的數據進行深度處理，可以通過DSM數據或者DEM數據完成三維場景的構建，從而提高三維場景的仿真性。在此場景之中，可以實現對線路周圍狀況進行多維度的觀察與分析，包括周邊地上物、地貌等情況，凡是能夠影響地物距離線路的距離因素都能夠通過逼真的三維場景測量出來。不僅如此，設計人員還可以在三維場景中通過對場景進行放大、縮小等形式，熟知和掌握全路徑的地形條件。同時設計人員還可以根據三維場景中逼真的畫面，對輸電線路沿途存在的影響因素進行全面綜合的考量，從而設計出更合理、更經濟的輸電線路路徑，最大限度地降低對周圍環境和居民生活的影響。具體操作流程如下：

（1）在三維場景選線中的應用。在三維場景中，可以以DEM數據和DOM數據疊加的方式顯示在三維場景中，從而形成輸電線路路徑走廊的三維場景效果圖。在此動態效果圖中，可以利用多種工具完成三維效果選線（如圖3所示），不僅可以對線路沿途中潛在的危險因素進行實時量測，還可以在設計的線路路徑不準確時對其進行重復修改，從而初步確定輸電線路路徑。

圖3 三維場景選線

（2）統計房屋拆遷量。在輸電線路建設成本中，房屋拆遷賠款是其中重要的內容之一。線路路徑明確之后，通過從中設定緩沖區的方式，將分類好的房屋類激光點云數據從中提取出來，通過測量線路沿途中房屋的高度，對整個緩沖區域內的建筑總面積進行精準測算，進而對房屋賠償費用進行估算，將輸電線路建設成本控制在科學合理的范圍內。

（3）統計林木砍伐量。輸電線路路徑確定之后，需要對涉及范圍內的樹林情況進行整體評估，詳細計算出林木總體的砍伐量，以便對施工成本進行更準確的評估。通過相關軟件對即將砍伐的林木高度進行自動量測，同時還需要計算出即將砍伐林木的面積，從而對樹木賠償費用進行整體估算。

（4）快速、高精度獲取平斷面圖。激光雷達技術對植被具有較強的穿透作用，能精準地獲取地面DEM數據。激光雷達技術不僅可以快速自動獲取線路中心線和左右邊線的斷面圖，還能夠為設計人員的工作提供諸多的便捷。不僅如此，激光雷達技術還可以將分類好的激光點云數據自動生成DLG數據圖，包括地面建筑物、道路等，并結合調繪數據生成輸電線路的平斷面圖，該平斷面圖的主要作用在于方便設計人員精準地調整桿塔位置和高度，進一步優化整條輸電線路。

5 結束語

綜上所述，在輸電線路選線中應用無人機激光雷達技術，不僅可以滿足輸電線路選線數據精準度的需求，還可以避免傳統測量技術成本高、飛行周期長的缺點，充分發揮無人機和激光雷達測量設備的優勢。同時，應用無人機激光雷達技術還可以獲取豐富的信息內容，如房高、塔高、樹高等信息，并將信息反饋給設計人員，便于設計人員對輸電線路進行進一步優化。不僅如此，應用無人機激光雷達技術，還可以對林木砍伐量和房屋拆遷量進行詳細統計，從而更精準地判斷和設計輸電線路徑，降低工程成本。