中國電建集團青海省電力設(shè)計院有限公司 青海 西寧 810008

引言

激光雷達在電力線路工程勘測設(shè)計中有著非常明顯應(yīng)用優(yōu)勢,能夠滿足電力線路工程勘測設(shè)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(shè)置、數(shù)據(jù)處理等,更好地滿足電力線路工程勘察設(shè)計需要,促進我國電力行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1 激光雷達測量原理

激光雷達主要設(shè)備為激光發(fā)射器,其所產(chǎn)生的紅外線、紫外線等傳播速度可達3×108m/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(jié)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 激光雷達測量技術(shù)在電力線路工程勘測設(shè)計中優(yōu)勢

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(shè)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(nóng)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(shè)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(nèi)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(shè)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(wǎng)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(guān)系,明確植被各項生長參數(shù)等。

3 激光雷達在電力線路工程勘測設(shè)計中的實際應(yīng)用

3.1 地面GPS設(shè)基準站 激光測量系統(tǒng)在實際應(yīng)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(jié)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(nèi)。

3.2 數(shù)據(jù)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(chǔ),展開線路的優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)的可靠性和可信度會有明顯提升,確保線路經(jīng)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(dǎo)入系統(tǒng)中,設(shè)置好相應(yīng)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(chǔ),聯(lián)合人工干預(yù)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。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(shè)計工作中,桿塔位高低腳已經(jīng)成為一項必然發(fā)展趨勢,結(jié)構(gòu)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(nèi)業(yè)處理工作量有明顯增加。

3.3 激光雷達系統(tǒng)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(tǒng)所獲取到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)由相關(guān)軟件數(shù)據(jù)處理后,生成數(shù)字高程模型與數(shù)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(dǎo)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(shù)據(jù)的精確性,又能減少數(shù)據(jù)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(dǎo)作用。

圖1 線路走廊示意圖歐

圖2 鐵塔激光點云數(shù)據(jù)

3.4 三維激光雷達系統(tǒng)對地形地貌的檢測 激光雷達是利用多次回波技術(shù)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(shè)置相應(yīng)閾值條件,一旦出現(xiàn)地物與導(dǎo)線的交跨距離不符合要求,系統(tǒng)會自動發(fā)出警報。相應(yīng)的,系統(tǒng)會輸出探測得到的危險點平斷面圖、危險點統(tǒng)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(tǒng)在電網(wǎng)專業(yè)分析的應(yīng)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(qū)域內(nèi)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(huán)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(tǒng)測得的數(shù)據(jù)精度高,處理后模擬形成的三維數(shù)字化電網(wǎng)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(xiàn)實中電網(wǎng)最大可能的數(shù)字化再現(xiàn)。因此,由三維激光雷達系統(tǒng)結(jié)合野外作業(yè)中桿塔上所安裝的溫度、風速、濕度等感應(yīng)監(jiān)控設(shè)備所傳回的關(guān)于野外環(huán)境情況的數(shù)據(jù),便可在三維數(shù)字化電網(wǎng)基礎(chǔ)上進行各種電力專業(yè)分析,為線路管理人員對線路的監(jiān)控與決策提供有力支撐。

結(jié)束語

近年來,電網(wǎng)建設(shè)飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)由于受空域、天氣等因素的影響且數(shù)據(jù)精度偏低,無法直接準確獲取對建設(shè)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(shù)可直接獲取地物高精度點云數(shù)據(jù),經(jīng)處理后可導(dǎo)入三維平臺,方便設(shè)計專業(yè)進行輸電線路優(yōu)化選線,減少野外工作量。