激光雷达在电力线路工程勘测设计中的应用
练刚
摘? 要：该文对激光雷达原理和组成等进行了简单介绍，针对激光雷达在电力线路工程勘测设计中的应用展开了深入研究，希望可以为激光雷达在电力线路工程勘测设计中的应用起到一定的参考和帮助，提高激光雷达应用的有效性，充分发挥激光雷达的价值和作用，为电力线路工程勘测设计工作的开展打下良好基础。
关键词：激光雷达;电力线路工程;勘测设计
中图分类号：TP391? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
当前电力线路工程勘测设计中仍选择传统航空摄影测量方式，植被覆盖区等特殊地形地质条件勘察工作难度大，很难准确获取地面高程等参数，无法实现对植被高度的有效测量。激光雷达属于一项重要科学技术，在实际应用中可直接穿越植被覆盖层，系统中融合了GPS以及MU等设备，能够实现对地形以及地貌等数据的快速有效测量，属于一种新的工程测绘技术方法，将其应用在电力线路工程勘测设计中有着广阔的前景，该文就此展开了研究分析。
1 电力线路工程勘测设计存在的问题
电力线路路径的选择以及规划存在着非常大复杂性，在规划时所使用的地图数据相对较为陈旧，与实际存在较大差异，尤其随着城区和乡村的改造建设，选择传统的测量方法，设计人员测量工作的开展需要浪费较长时间，很多地区还需要利用人工方式完成测量，不仅作业效率低下，同时存在着非常大的野外工作强度。GPS技术、航空摄影测量技术等属于当前应用较多的勘察技术，但是这些技术的使用仍无法满足电力线路工程勘测设计在路径规划以及选择等方面的实际需要。
2 激光雷达测量系统原理
2.1 激光雷达测量原理
激光雷达主要设备为激光发射器，其所产生的红外线、紫外线等传播速度可达3×108 m/s，激光发射器的激光照射在物体表面时会反射一部分光，接收器接收这部分光，系统计算出发射到接收所消耗的时间，所消耗时间的一半就是单程时间，也就是激光发射器光线到达物体所消耗的时间，这一时间与光速之积就是两者之间的距离。在获取距离后，与激光扫描仪姿态数据相结合，可获取被测点的三维坐标。如果测点表面不规则，三维激光扫描仪的使用可直接获取该点物体的表面图像，机载激光雷达系统的使用使数字高程模型精度有明显提高。
2.2 激光雷达系统组成
一般激光雷达系统主要组成包括激光器、接收器、光学系统、数据采集和存储系统、MU、GPS等。其中激光器属于最核心的部分，主要负责扫描地面并获取其与测点的距离数据。激光雷达系统在实际应用中，GPS功能包括3个方面。1）提供传感器准确位置信息，多为三维地理坐标。2）结合MU建立NS/GPS组合姿态测量装置，测量精度有明显提升。3）为导航显示系统提供飞机的三维位置数据，确保自动驾驶仪领航精度，满足高精度导航需要。姿态测量装置在实际应用中可提供组合传感器光学系统主光轴姿态角参数，能够结合GPS定位数据，实现对激光扫描以及不同波段影响数据的准确定位，使数据在时空方面的一致性得到保证。
3 激光雷达测量技术在电力线路工程勘测设计中特点和优势
3.1 应用特点
主要有5个应用特点。1）激光雷达可实时显示被测点高程和三维坐标等信息。2）可自动输出线路平断面图，显示线路中线以及断面等信息。3）可自动获取线路交叉跨越高度参数。4）输出和显示塔基断面图。5）分析统计线路走廊数量、长度、面积和高度等参数。
3.2 应用优势
应用优势主要包括4个方面。1）可直接在高精度的三维全景环境中展开快捷优化设计，充分利用数字高程模型、数字正射影像等数据分析和计算线路路径、农田、开挖方量、拆迁建筑等信息，制定出最优决策。2）激光雷达可直接获取三维数据，能够快速在图像上展开三维量测，可满足电力线路设计对距离方面要求，完成房高量测以及安全距离测量等工作。3）激光雷达在使用汇总可获取DSM、DEM、DOM等信息，明确选线区域截面图，较为方便的展开三维量测，降低野外实地勘测量。利用室内三维场景图选线，不会与野外勘测地形地物出现较大误差，野外作业时间有明显缩短，选线定位设计效率更高。4）成果数字化移交，利用激光雷达巡线可获取三维电网GIS系统，利用该系统准确把握线路走廊地物与线控空间关系，明确植被各项生长参数等。同时可模拟线路内植被生长等情况展开风险分析，也可进行线路磁场干扰和安全范围等方面分析，提高各个电压等级电网管理的科学性和有效性。
4 激光雷达在电力线路工程勘测设计中的实际应用
4.1 激光测量系统检校
激光雷达测量系统在安装至飞行器后，首先需要对整个系统展开检校，获取系统各参数情况，使数据精度得到保证，检校工作中还需要注意对激光扫描仪以及数码相机等检校，严格按照技术手册等要求完成。
4.2 地面GPS设基准站
激光测量系统在实际应用中还需要有地面GPS基准站，确保拍摄过程中可连续获取与GPS同步的观测数据，结合差分原理对GPS轨迹进行分析计算，在GPS基站布置方面，相邻基站间距离需要控制在60 km以内。
4.3 航空摄影飞行
几何激光测量系统检校参数以及工程设计航带等，明确作业飞机各项测量以及飞行等参数，同时确保影响地面采样率以及激光点间距等参数科学合理。
4.4 数据处理
激光雷达系统所获取的扫描数据想要转化为可使用的勘察设计数据，还需要注意对数据的处理。
首先，建立数字化立体作业平台，利用激光扫描测量系统获取的DEM数据等建立测区立体模型，以此为基础，展开线路的优化设计，利用三维立体模型可从不同角度观察同一位置情况，将这一立体模型作为整体选线平台，选线结构的可靠性和可信度会有明显提升，确保线路经路径的合理性和有效性。
其次，制作DEM和DOM，激光点数据使用专业软件导入系统中，设置好相应的分析参数，对系统中数据进行自动分类，实现对房屋、植被等的有效区分，利用分析和对比方式，自动分类的准确率相对较低，不超过30%，以此为基础，联合人工干预措施，数字表面模型以及房屋等信息的准确性有明显提升。同时联合数码影像以及激光数据等，可获取更为精确的DOM。
再次，制作平断面图，输电线路测量中平断面图属于一项主要成果，可由立体作业平台获取，从DEM中自动提取中线、边线断面等参数，激光雷达量测系统在实际使用中所获取的点密度大，有着非常高精确性，可同时获取DEM和DSM等不同中线、边线断面数据，与真实地表更为贴合。
最后，绘制塔基地形图，当前超高压、特高压输电线路等勘察设计工作中，杆塔位高低脚已经成为一项必然发展趋势，结构专业在塔基地形图测量方面有着非常严格要求。现有条件下，线路终勘塔基地形图的测量多数选择工测方法进行，需要消耗非常多人力和时间，同时很难测量到位，内业处理工作量有明显增加。在激光雷达扫描技术发展过程中，其精度有明显增加，能够更好地满足塔基地形图数据处理等自动化发展需要。
5 结语
激光雷达在电力线路工程勘测设计中有着非常明显应用优势，能够满足电力线路工程勘测设计工作开展需要。想要更好地发挥出激光雷达的优势和作用，必须要注意系统检校、基准站设置、数据处理等，更好地满足电力线路工程勘察设计需要，促进我国电力行业的持续稳定发展。
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