摘要：随着近些年来我国科技的快速发展,遥感领域也取得革命性成就,其中最为突出的当属机载激光雷达技术,并列入当前最为先进的三维遥感技术之列。机载激光雷达技术对于我国的发展有着重要的意义，促进着我国的发展。近几年来,随着国民经济不断发展,越来越高的用电需求对国家电网带来了严峻的考验,如何保证电网运输稳定以及电力运输安全也就成了重中之重。
关键词：机载激光雷达 电力工程 应用
近年来,随着经济社会的高速发展，越来越高的用电需求给国家电网带来了严峻考验。如何快速高效地进行电力线路建设，对已建成线路进行科学管理,保证电网的正常运行,确保电力的安全输送,就显得尤为重要。机载激光雷达技术以其数字化、高精度、三维等特性,为电网规划、勘测、设计、施工和运营管理提供高精度、实时的数据支持，全面提高了电网建设和管理效率。
一、机载激光雷达技术介绍
1.机载激光雷达系统组成。激光雷达在英文中称之为Lidar(光探测与光测距)。激光雷达的基本原理系通过采用激光器向被探测目标发射激光脉冲,经过被探测目标的反射或散射后,激光脉冲返回激光器，通过对返回激光脉冲进行分析来探知被探测目标。根据具体原理的不同，激光雷达可分为测距激光雷达、多普勒激光雷达以及差分吸收激光雷达。测距激光雷达根据作业平台的不同可分为地面激光雷达和机载激光雷达，而机载激光雷达又可分为机载地形测绘激光雷达和机载海底地形测绘激光雷达(或称之为机载海洋激光雷达)。通常机载地形测绘激光雷达又被直接称为机载激光雷达或者lidar。本文中的机载激光雷达即是指机载地形测绘激光雷达。机载激光雷达系统通常主要由以下四部分组成:飞行平台、激光扫描仪.定位与惯性测量单元以及控制单元。其中飞行平台既可以是固定翼飞机也可以是直升飞机，定位与惯性测量单元则由惯性测量装置以及差分GPS等组成。另外，目前许多机载激光雷达系统中还集成了航空数码相机。
2.机载激光雷达系统工作原理。在机载激光雷达系统中，我们会凭借着飞机作为一个观测平台,而传感器则采用一种实时传输数据的激光扫描仪。通过不断的向地球表面发射一束束的激光脉冲,再通过激光脉冲来回所经历的时间来确定激光扫描仪中心距离地球表面激光光斑之间的距离,后根据GPS来确定激光扫描仪精确的空间三维坐标(X,Y,Z),并且利用IMU测出扫描仪实时的空间姿态参数。根据几何参数和空间几何关系,可以把每一个地面激光点的三维坐标计算出来。相比于传统的遥感技术,机载激光雷达技术具有自动化程度高、作业成本低、实时的数据支持等许多优点,对于跟随国家经济共同发展的电网建设有着很大的技术优势。大体的计算步骤:第一,将激光扫描仪发射和接受激光脉冲的瞬时时刻记录下来;第二，通过光速恒定原理将发射和反射时间转化为斜距进行测量;第三,可以通过传感器实时传输回来的位置和方向来计算出地球反射表面任何一点的三维坐标。
二、机载激光技术在电力工程中的应用
1.电力优化选线。电力优化选线的主要目的是路径更加合理、经济,同时尽量减少对线路周围环境的影响，从而达到节约建设和使用成本的目的。
利用机载激光雷达技术进行架空送电线路优化选线的方法大致如下:首先,利用现在已经拥有的小比例尺地形图或者卫星遥感影像数据,初步选择一条较好的输电线路路径,完成初步路径选择;其次,根据初选路径,采用机载激光雷达测量系统进行全线测量,并对数据进行处理且进行实地调绘;最后，结合激光雷达数据、调绘成果和其他成果,设计人员在输电线路设计软件中进行线路路径优化并输出路径成果影像路径图、平面图、断面图等设计成果图。在国内的330kV以上及部分220kV架空送电线路工程的勘测设计中，通常采用传统航空摄影测量技术进行架空送电线路路径优化选线以及平断面内业测图。与传统航空摄影测量技术相比，采用机载激光雷达技术进行架空送电线路路径优化选线具有如下优势:(1)平断面数据精度高;(2)作业周期短。无须进行航外像控测量同时航外调绘工作量减少，内业平断面测图效率提高75%左右;(3)数据处理自动化程度高;(4)选线过程中的辅助信息丰富。借助激光点云数据，在优化选线过程中可方便地向设计人员提供诸如房高、树高.塔高等信息;(5)由于省去了航外像控测量，野外调绘工作量亦大大减少,作业成本自然降低。同时,从长远来看,采用机载激光雷达技术进行架空送电线路优化选线，有利于业主单位将来实现数字电网，亦可节约一大笔投资。
2.电力巡线。随着我国经济高速发展,高压、长距离电力输送变的越来越多,一些输电线路建好之后，为了线路的安全、高效运转,必须对线路进行巡检，查找出线路的安全隐患和故障避免事故发生。传统巡查过程中,虽然投入了大量的人力物力和财力,但受天气和环境的影响,工作效率和效果都不能尽如人意,尤其对一些超高压线路巡检来说,效果非常有限,急需要更先进的巡查方式来满足巡检要求。机载激光雷达测量系统进行电路巡线时,采集激光点云,反映了输电线路的三维空间情况，人们直接通过激光点，就可以判断各种指标是否满足线路安全运行要求。电力巡线中主要判断的指标有以下几方面:一是导电线路和地面或者地面上物体(树木、房屋等)的最小距离;二是导电线路和自然或人为建筑物的最小水平距离;三是导电线路在大风条件下和周围物体的最小距离;四是导电线路到交叉跨越的最小距离等。采用机载激光雷达技术可直接获取线路走廊内的大量高精度激光点云数据，且同时亦可获取高分辨率航空数码影像。基于机载激光雷达数据可进行线路走廊地形以及线路的三维建模，在三维模型中即可进行线间距离以及地物至电力线间的距离量测，据此,可确定线路存在的安全隐患以及间隔棒的订做规格等。对于传统巡查方式,需要投入大量人力和物力,不仅浪费着很多人力资源，而且作业周期也长，受环境影响较大，当遇到复杂地形时，该情况更为明显，因此我们需要更先进的巡检方式来满足巡检要求，机载激光雷达技术就能够很好地解决这个问题。
3. 数字电网建设。数字电网建设的一项重要内容是进行三维建模。利用机载激光雷达技术可方便实现线路走廊地形以及线路的三维建模。线路走廊地形可通过将机载激光雷达数据处理为DEM和DOM来实现。而线路的三维建模则可通过高密度激光点云数据进行提取,包括铁塔等。随着数字电网建设的逐步开展,相信机载激光雷达技术将发挥重要的作用。
三、总结
机载激光雷达技术的发展为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段,提高了观测的精度和速度,使数据获取和处理向自动化和智能化方向发展。基于其以上特点，机载激光雷达技术将在国家电网建设和维护过程中发挥越来越重要的作用。
参考文献：
[1]杨宜禥.机载激光雷达技术及其在电力工程中的应用[J].科技风,2018(21):190.
[2]郝蓉.机载激光雷达技术在电力工程中的应用研究[J].建材技术与应用,2018(03):43-46.
[3]骆生亮.机载激光雷达技术及其在电力工程中的应用[J].山西科技,2015,30(05):155-156.
[4]黄家武.机载三维激光雷达技术在电力工程中的应用[J].大众科技,2011(11):104-107.