摘要：对机载激光雷达(LiDAR)技术的特点及其在输电线路设计方面的优势进行了总结，从激光测量系统检校、地面GPS基准站布设、航空摄影分型、数据信息处理等方面对机载激光雷达(LiDAR)技术在输电线路上的研究与应用进行了总结和分析，从而更好的提高输电线路测绘效率和质量。
关键词：机载激光雷达(LiDAR)技术，输电线路，设计
1 机载激光雷达(LiDAR)技术的特点
机载激光雷达(LiDAR)系统的特点涵盖了以下几个方面：全天候24小时工作，激光雷达为主动探测，不受到光的影响；激光雷达可以穿透植被的叶冠，同时对地面点和非地面点进行测量，其激光的波长较短，获取的数据信息更加丰富；激光雷达可以探测细小的目标物，在数据信息获取上，其获取数据的速度非常快，数据获取的效率也会大大的提高，同时获取数据的精度也比其他的航测技术要高很多。
2 LiDAR在输电线路设计方面的优势
超高压输电线路是国家主干电网的重要组成部分，随着国家电力建设的加速发展，起建设速度也越来越高，目前其建设要求主要体现在以下方面。
（1）线路距离长，覆盖范围大；（2）安全可靠性要求高；（3）建设工期要求越来越短；（4）线路通道选择越来越困难。这些要求所使用的测量方法必须满足以下要求：数据获取周期短；数据精度高；能够获取大面积的三维地表数据；在通道狭窄地区地物分辨清晰。
LiDAR技术能够完全满足当前快速发展的电网建设对数据获取的要求，较传统测量技术相比，具有明显的技术优势，主要体现在以下方面。
（1）直接在数字高程模型、数字地面模型、数字正射影像等数据构建的高精度三维全景环境中进行快速、便捷的优化设计，包括线路路径、空间量测、风景带、农田、建筑物等的绕行、开挖方量自动计算、拆迁计算等，可以对选线区域的拆迁、工程量进行快速、准确、智能化评估、计算与分析，并做出最优决策。
（2）由于LiDAR获取的数据是三维的，能够在图上快捷方便地进行各种三维量测，满足输电线路设计对各种距离的苛刻要求，如树高、房高量测，安全距离量测等。
（3）通过LiDAR获取的DEM、DSM和DOM，可以实施获取选线区域的截面图，并能方便进行空间三维量测，减少了很多野外实地勘测工作，通过室内三维场景图选线与野外勘测的地形地物相差很小，大大减少了野外作业时间，提高了选线定位设计效率。
（4）成果数字化移交：应用LiDAR巡线获取的数据很容易建立真三维电网GIS系统。通过三维电网系统可以精确地掌握线路走廊内地物与线路的空间关系；设置植被基本生长参数，可模拟线路走廊内的植被作生长情况，模拟风险分析；还可以进行线路磁场干扰分析和安全范围分析，对不同电压等级的电网管理更科学。
（5）与传统摄影测量技术相比的优势：1）作业周期短，由于LiDAR技术不需要野外选择塔基点，极大地减少了野外控制测量及野外调绘的工作；2）能够直接获取目标的三维坐标，并可在数据成果中直接进行三维量测；3）用于输电线路优化设计的数据产品更加丰富，精度更高；4）优化线路路径，特别是可以精确的控制减少房屋跨越及房屋拆迁数量。
3 LiDAR技术在输电线路优化设计中的应用
3.1 激光测量系统检校
将机载激光测量系统安装到飞行器上，在实施作业航飞前，首先必须进行系统检校。激光测量系统检校包括激光扫描仪的检校和数码相机的检校。 激光扫描仪是LiDAR的核心，一般由激光发射器、接收器、时间间隔测量装置、传动装置、计算机和软件组成。激光扫描仪的检校包括扫描仪系统校准及姿态的校准。激光扫描仪的检校须按照所用激光扫描仪的技术手册进行。LiDAR的数码相机为航空摄影专用量测型相机，具有严格的几何检校模型和参数，因此数码相机的校准须按照所用数码相机的技术手册进行。
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3.2 地面GPS基准站布设
LiDAR技术在应用中，其激光飞行要在地面布设GPS基准站，主要就是为了获得航摄期间中持续获得的观测数据信息，在通过事后联合差分解算机载的GPS轨迹。在操作中要保障临近的基站之间的距离小于60km。
3.3 进行航空摄影分型
基于LiDAR技术的激光车辆系统获得的检校参数信息，综合工程设计的各项信息，确定作业飞机在飞行过程中的各项信息参数以及测量参数信息，选择合适的地面采样率，确定带宽以及不同激光点间距等信息参数，在进行航飞作业。
3.4 数据信息处理
3.4.1 构建数字化立体作业平台
通过激光扫描系统获得数据信息，恢复测区立体模型，对线路进行优化处理。通过对其进行系统观察分析，构建立体模型，将其作为选线平台，进而提升选线结果的精准度。
3.4.2 制作DEM、DSM以及DOM
将激光点信息数据进行导入专业的软件中，在设置合理的信息参数，对其进行自动的分类对比，有效的区分地面、房屋以及植被等物体，对其进行分析。在通过人工干预以及影像处理方式对其进行精准分类，获得较为精准的数字高程模型以及数字表面模型等信息内容。通过数码影像以及高精度的激光数据信息，对其进行处理，就可以获得较为精准的正射影像图。
3.4.3 平断面图的制作
平断面图是输电线路测量的重要成果。通过立体作业平台就会获得平面图。在对其进行绘制过程中，可以在DEM中自动提取中线以及边线断面等信息内容。因为激光扫描测量系统中采集点的密度相对较大，其精准度也相对较高，其含有较为丰富的信息，进而可以同时获得DEM以及DSM两种信息数据，且其与真实的地表更为贴近，这样才可以实现计算机的自动优化排位。然后基于平断面图进行塔基地形图的绘制。
3.4.4绘制塔基地形图
从环境保护的角度考虑，在超高压、特高压输电线路勘测设计中杆塔位全方位高低腿已成普遍设计方式，因此结构专业对于塔基地形图测量的要求越来越高。目前条件下线路终勘的塔基地形图大都采用工测方法测量，占用了大量的人力和时间（50%～70%），不仅费时费力，而且点不容易测到位，内业处理工作量也较大。随着激光扫描测量技术的发展和成熟，精度越来越高，必将促进塔基地形图的数据采集和处理真正实现自动化。
3.4.5 土方计算
对于激光点精度较高，点间距约2m，在特定区域进行土方量自动平衡计算，可得准确的土方量值。
4 结语
LiDAR技术已经随着全球科技的发展成为了一种顶尖的三维航空遥感技术，不仅可以方便的获取全球高分辨率信息，也大大提高了观测的精度和整合数据的速度，并让数据的获取和处理逐渐向着自动化方向靠拢。随着该技术不断的进步和成熟完美，市场需求的量不断增加，我们有理由相信LiDAR技术将会在国家电网建设和维护过程中发挥着越来越重要的作用，从而成为遥感领域最为先进的三维遥感技术。
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论文作者:宋志辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/19
标签：激光论文; 数据论文; 线路论文; 技术论文; 测量论文; 信息论文; 作业论文; 《电力设备》2018年第28期论文;