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(fā)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(tǒng)航空攝影測量方式，植被覆蓋區(qū)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(shù)，無法實現(xiàn)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(tǒng)中融合了GPS以及MU等設備，能夠實現(xiàn)對地形以及地貌等數(shù)據(jù)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(guī)劃存在著非常大復雜性，在規(guī)劃時所使用的地圖數(shù)據(jù)相對較為陳舊，與實際存在較大差異，尤其隨著城區(qū)和鄉(xiāng)村的改造建設，選擇傳統(tǒng)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(qū)還需要利用人工方式完成測量，不僅作業(yè)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(guī)劃以及選擇等方面的實際需要。

2 激光雷達測量系統(tǒng)原理

2.1 激光雷達測量原理

激光雷達主要設備為激光發(fā)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(fā)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(tǒng)計算出發(fā)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(fā)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(tài)數(shù)據(jù)相結合，可獲取被測點的三維坐標。如果測點表面不規(guī)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(tǒng)的使用使數(shù)字高程模型精度有明顯提高。

2.2 激光雷達系統(tǒng)組成

一般激光雷達系統(tǒng)主要組成包括激光器、接收器、光學系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和存儲系統(tǒng)、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(shù)據(jù)。激光雷達系統(tǒng)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(tài)測量裝置，測量精度有明顯提升。3）為導航顯示系統(tǒng)提供飛機的三維位置數(shù)據(jù)，確保自動駕駛儀領航精度，滿足高精度導航需要。姿態(tài)測量裝置在實際應用中可提供組合傳感器光學系統(tǒng)主光軸姿態(tài)角參數(shù)，能夠結合GPS定位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對激光掃描以及不同波段影響數(shù)據(jù)的準確定位，使數(shù)據(jù)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(yōu)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(shù)。4）輸出和顯示塔基斷面圖。5）分析統(tǒng)計線路走廊數(shù)量、長度、面積和高度等參數(shù)。

3.2 應用優(yōu)勢

應用優(yōu)勢主要包括4個方面。1）可直接在高精度的三維全景環(huán)境中展開快捷優(yōu)化設計，充分利用數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像等數(shù)據(jù)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(yōu)決策。2）激光雷達可直接獲取三維數(shù)據(jù)，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(qū)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(xiàn)較大誤差，野外作業(yè)時間有明顯縮短，選線定位設計效率更高。4）成果數(shù)字化移交，利用激光雷達巡線可獲取三維電網GIS系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)檢校

激光雷達測量系統(tǒng)在安裝至飛行器后，首先需要對整個系統(tǒng)展開檢校，獲取系統(tǒng)各參數(shù)情況，使數(shù)據(jù)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(shù)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(tǒng)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(xù)獲取與GPS同步的觀測數(shù)據(jù)，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(tǒng)檢校參數(shù)以及工程設計航帶等，明確作業(yè)飛機各項測量以及飛行等參數(shù)，同時確保影響地面采樣率以及激光點間距等參數(shù)科學合理。

4.4 數(shù)據(jù)處理

激光雷達系統(tǒng)所獲取的掃描數(shù)據(jù)想要轉化為可使用的勘察設計數(shù)據(jù)，還需要注意對數(shù)據(jù)的處理。

首先，建立數(shù)字化立體作業(yè)平臺，利用激光掃描測量系統(tǒng)獲取的DEM數(shù)據(jù)等建立測區(qū)立體模型，以此為基礎，展開線路的優(yōu)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(shù)據(jù)使用專業(yè)軟件導入系統(tǒng)中，設置好相應的分析參數(shù)，對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)進行自動分類，實現(xiàn)對房屋、植被等的有效區(qū)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(lián)合人工干預措施，數(shù)字表面模型以及房屋等信息的準確性有明顯提升。同時聯(lián)合數(shù)碼影像以及激光數(shù)據(jù)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(yè)平臺獲取，從DEM中自動提取中線、邊線斷面等參數(shù)，激光雷達量測系統(tǒng)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(shù)據(jù)，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(fā)展趨勢，結構專業(yè)在塔基地形圖測量方面有著非常嚴格要求。現(xiàn)有條件下，線路終勘塔基地形圖的測量多數(shù)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(yè)處理工作量有明顯增加。在激光雷達掃描技術發(fā)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(shù)據(jù)處理等自動化發(fā)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(yōu)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(fā)揮出激光雷達的優(yōu)勢和作用，必須要注意系統(tǒng)檢校、基準站設置、數(shù)據(jù)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(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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