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基于机载激光雷达技术的电力线路测量研究

发表时间：2020/10/12 来源：《基层建设》2020年第19期作者：吴元琦

[导读] 摘要:该文以电力线路工程测量为研究对象,以LIDAR为电力线路测量的工具,首先探讨了LIDAR的技术特点,进而分析了LIDAR技术应用的方向,并结合具体实例,证明了LIDAR技术进行电力线路的勘测设计技术上是可行的,精度是可以满足设计要求的,可方便地进行电力线路工程优化选线,效率更高,操作更简便。

        广西安科岩土工程有限公司南宁广西 530012
        摘要:该文以电力线路工程测量为研究对象,以LIDAR为电力线路测量的工具,首先探讨了LIDAR的技术特点,进而分析了LIDAR技术应用的方向,并结合具体实例,证明了LIDAR技术进行电力线路的勘测设计技术上是可行的,精度是可以满足设计要求的,可方便地进行电力线路工程优化选线,效率更高,操作更简便。
        关键词:LIDAR；电力；线路测量；精度
        1 LIDAR技术简介
        LIDAR(Light Detection and Ranging)技术是集激光测距(LRS,LaserRangingSystem)、数字航空摄影、差分GPS、惯性导航系统( I N S )等多种测量技术的新型测量系统。LIDAR技术可获取各种地表数据。它发射的激光能穿透地面的植被, 在剔除地面植被及地物的数据后, 就可以生成地表的数字高程模型(DEM)数据。利用DEM数据及通过差分GPS和INS得到的航空数码影像的外方位元素, 对航空数码影像进行正射纠正,可以生成正射影像图。还可以对地面的地物、道路、植被等信息进行分类提取。
        2 LIDAR技术的特点
        （1 )主动式遥感系统:它由机载激光扫描仪发射激光,接收地面反射回来的激光。激光脉冲信号能部分穿透植被, 可以同时获取地面和地物数据。（2 )高效率: LI DAR技术采集高程点的密度大, 能够迅速采集大量的高程数据。
        3 LIDAR技术在电力线路工程中的应用
        3 . 1 传统测量技术应用
        在传统电力线路工程勘测设计中, 多采取工程测量和航空摄影测量的方法进行。工程测量方法测量的地面信息精度高,但外业工作量大,测量的工期长,而且不利于勘测设计的一体化与优化设计。而利用传统航空摄影测量进行电力线路勘测设计,不仅需要进行大量的G PS外控点测量,还需要进行大量的野外调绘工作, 航测的内业时间长,勘测设计的成本很高,工期偏长。
        3.2 LIDAR 技术应用
        利用LIDAR技术进行电力线路的勘测设计具有很大的优越性。L ID AR技术只要做少量的GPS控制点和少量的调绘工作,缩短了勘测设计的工期, 减少了勘测设计的成本。L I DA R技术的激光能穿透植被,得到地面的数据, 这样就能进行隐秘地带的测量。对LIDAR数据进行处理后,可生成正射影像图, 进而生成带电力线路路径的三维数字地面模型图, 可以方便地在上面进行线路路径选择。
        （1)LIDAR技术外业航飞。
        首先做基站点,基站点要分布合理,保证航飞时飞机的3 0 km内至少有一个基站。基站需要选在开阔、交通便利的地方,没有树木、房屋等挡住卫星信号,周围无电子干扰源,不能有大片水面或其他反射面。基站最好事先进行高程、坐标的联系测量,便于以后进行坐标转换。在进行外业测量的时候,应注意航带是要有一定的重叠度,要注意LID AR系统的以下参数的选用:如激光波长、最大重复脉冲频率、脉冲回波记录模式、功率、光斑尺寸、扫描角、扫描模式等。
        (2)LIDAR数据内业处理。
        先进行异常点的剔除,在L I D A R数据中有些数据明显不合理,要将它剔除,例如经过多重反射回来的数据、空中飞行物反射的数据等。再进行坐标转换,GPS接收、解算的均是WG S 8 4坐标,而我们常用的一般为1 95 4北京坐标,要将WG S8 4坐标转换成1954北京坐标,一般要联测3个以上的54坐标控制点,进行七参数坐标转换。高程系统一般与平面坐标同时处理, 将大地高转换成正高。再进行航带合并,进行航飞时经常有多条航带,这些航带必须有(10%～20% )的重叠度,要将不同航带的LID AR原始数据进行合并。

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        ( 3 )电力线路路径优化。
        以线路电气专业人员为主,在结构、测量、地质、水文等专业人员的配合下, 进行电力线路的路径选择和优化。在L ID AR数据生成的正射影像图和三维立体模型图中, 设计人员可以图上看到全局的真实情况, 能很容易地避开不利的因素, 得到合理的线路路径。
        ( 4 )确定线路杆塔位置。
        在线路的路径基本确定以后, 就可以生成线路的平断面图,也可以生成风偏点。美国的海拉瓦平台和我国的适普软件能较好的做到这些功能。由于L ID AR技术能穿透植被,建立的地面、地物高程模型比较准确,生成的平断面图也比较准确,线路设计人员可准确地确定杆塔位置。
        ( 5 )生成塔基断面图及三维立体模型
        在杆塔位置确定以后, 可以生成较准确的塔基断面图。设计人员可以检查每一个塔位的地理情况,如果不合适,还可以进行塔位的调整。如果找不到合适的塔位,还可以将线路路径进行调整。接着可制作带塔位的线路路径三维立体模型。
        ( 6 )外业定位放样。
        确定了线路路径、杆塔位置以后,就可以利用RTK (实时动态) G P S进行外业定位放样。此阶段, 要注意检核危险断面点、高等级电力线、通讯线、重要跨越、隐秘地带的高程、塔基断面等,如有出入的地方,要及时改正, 并反馈给设计人员。
        3 . 3 应用实例
        在某500kV线路工程中,应用机载激光雷达技术进行优化选线, 取得了预期的效果,与初设相比,缩短了线路长度1 km ,减少了交叉跨越3处,减少了占用森林、农田面积56亩,减少了房屋的拆迁4 000m2,节约了工程投资5 550 000元,切实达到了线路路径优化的目的。
        4 LIDAR技术的误差分析
        进行了L I D A R系统的完善校正以后,机载LIDAR的定位精度是由GP S的定位精度、姿态测量装置的量测精度、激光测距仪的测距精度和扫描角的测量精度决定的。系统中任何一种传感器精度的降低, 都会导致系统定位精度的下降。误差公式如下。在飞行高度<600m、地面坡度<30b的情况下,INS的姿态测量精度对测距误差的贡献程度要低于G PS的定位精度对测距误差的贡献程度。随着飞行高度、地面坡度的增加, 姿态测量精度对测距误差的贡献也就逐渐增加而超过G P S定位精度对测距误差的贡献。因此,在低空飞行时主要是要设法提高GPS的定位精度,而高空飞行时则必须有一个高精度的姿态测量装置。在某高压线路工程中, 使用4 台天宝GPS 5700 ,用运五飞机进行航飞,利用芬兰公司的TerraSolid商业软件进行LIDAR数据处理,并对测量结果进行了精度分析。
        5 结语
        利用LIDAR技术进行电力线路的勘测设计, 只需做少量的地面控制点和少量的外业调绘工作, 能提高隐秘地带测量的高程精度,缩短了勘测设计的周期,并且可以实现勘测设计一体化。可方便地进行电力线路工程优化选线, 效率更高, 操作更简便。利用LIDAR技术生成的三维场景,可以进行全线漫游及多视角观察, 设计人员能更好地进行优化设计,对地物的判断、空间位置的确定更准确、便捷,能更好地避让重要地物, 更合理地选择线路路径和杆塔位置。
        参考文献
        [1] 殷金华,孙朝阳,郑彦春.机载激光测量技术在特高压输电线路工程中的应用研究[J].电力建设,2007,2(7):9-13.
        [2] 张险峰,陈功,龙维,等.激光雷达直升机巡线技术的现状与应用前景[J ].电力建设,2008,29(3):40-43.
        作者简介：
        吴元琦（1985-）男，广西宜州人，本科学历，工程师，现主要从事测绘方面的工作。