（国网通航有限公司）
1.利用三维激光扫描进行发电设备选址
近年为应和社会对能源可持续性发展的不断重视，政府持续开拓太阳能、风力、水力和地热能等低碳环保电力能源。然而这些靠自然环境发电的能源需要技术人员在选址前对当地地形和自然条件进行紧密的勘查，从而确保发电效率。机载三维激光扫描可从空中俯视整个城市或地区，对其地形进行拍摄和建模，配合后台模拟技术可实现智能选址，使其发电量最大化。美国和加拿大等发达国家已经以科研形式运用此技术进行太阳能光伏网发电选址。
2015年加拿大滑铁卢大学为美国旧金山提供LiDAR高清DEM和DSM图像数据，综合LiDAR航拍、GRASS GIS定位和r.sun太阳辐射模拟系统（图1），对城市进行三维激光扫描建模，推算市中心各建筑物的太阳能发电势能（图2）。该数字建模流程包括从LiDAR图像提取建筑物图像，建立三维模型，对太阳能势能进行分析和数据统计与分析。该科研团队设计的LiDAR图像智能索取建筑物程序，适用于太阳能发电的自动化智能建模系统，利用不同参数明确对建筑物的定义首次为旧金山在单个建筑物层面进行扫描、建模、测算和选址。
图2：太阳能发电势能图对比谷歌全景图
三维激光扫描可与GRASS GIS定位和后期太阳能模拟系统结合，运用城市三维模型对各建筑屋顶的太阳能势能进行测算与评估，从而选定适用于太阳能发电的建筑物，最大发挥城市中各闲置建筑物屋顶，开展低碳可再生能源发电。
2.利用三维激光扫描建立输电塔模型
输电塔是电网建设中的重要基础设施，能对架空电线起到保护、支撑等作用。三维激光扫描和后期建模模拟试验可为输电塔从设计到检测提供全链条的智能化与可视化管理，打造智能电网信息存储与应用。
2015年5月南方电网联合武汉大学对特高压输电塔进行了三维激光扫描和建模的科学试验，引领国内电网智能发展。输电塔三维可视化需要先对输电塔进行三维激光扫描，将其数据拆分为塔顶、塔中和塔底，并对每部分图像还原，形成整体三维模型图（图3）。因为输电塔每部分结构差异较大，此科研项目为每部分的特殊结构编辑了特定的三维扫描数据建模程序。另外运用数据库和云端技术自动建造输电塔顶部模型，再将数据信息自动化对整塔进行分类，打造塔中部模型。利用顶部和中部模型构建底部模型，最后将其三部分模型进行组装，生成整塔的三维模型。该三维模型可以模拟输电塔组装并对输电塔的损毁进行智能勘查。
2015年6月内蒙古电力勘测设计院有限责任公司在乌兰察布市察右前旗风电场利用激光扫描技术对风机塔筒垂直度进行监测任务，首次在国内将该技术应用于风电领域。该技术每秒钟能记录100多万个点，可对风机塔筒建立高精度三维立体模型，将整个风电场所有风机塔位的垂直度偏移量进行汇总制图和制表，准确监测风机塔筒的倾斜程度，为风机的安全运行提供预警。
三维输电塔模型可在基建施工中事先模拟组塔过程，优化其设计，拟定最佳施工方案。另外在电网运维环节还可以保证输电塔的结构安全，降低输电塔巡线的人工成本，模拟因恶劣天气或人为条件对输电塔带来的冲击，提前预警，减少不必要的经济损失。
图3：电塔3D和2D图像对比
3.利用三维激光扫描建立输电线模型
在输电线网规划设计上必须对地形和城市发展进行深度分析，从而建立最佳方案。而在输电网运维方面也需要对输电网所在区域的天气和周边植被等自然环境进行勘查和模拟，设立输电网安全智能预警。
传统电力选线一般包括图上选线和野外选线两个过程，在二维地形图上选定初步方案，再从野外踏勘中确定线路最佳方案。然而技术人员无法从传统二维地形图中准确直接地获取地形信息，造成设计周期长、有误或无法实施等问题。通过LiDAR数据可以了解整个线路设计区域内的地形和地物要素的情况。尤其是在树木密集处，可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。通过对机载激光雷达数据及其同时拍摄的影像数据进行一系列处理，还可以得到高精度的DEM、DSM、DOM，等高线以及植被分类图等丰富的地表信息，结合DSM和DOM可得到真实的三维场景图，参考三维场景图进行电力选线，可从不同视角观看线路周围的地物、地貌信息，使设计人员在室内即可高效地完成图上选线及线路优化工作（图4）。
图4：电力选线示意图
广西电力工业勘察设计研究院在国内运用激光扫描技术参与架空输电线路优化选线项目。采用机载激光扫描技术可同时获取线路走廊内的高精度激光点云数据和高分辨率航空数码影像，进行三维建模。在三维模型中可进行线间距离以及地物至电力线间的距离量测，确定线路存在的安全隐患以及间隔棒的订做规格等。同时利用ＤＥＭ叠加ＤＯＭ构建线路走廊三维场景，设计人员即可在三维激光点云数据中直接提取平面地物、风偏、房高、树高以及塔高等安全隐患信息，提出电网选线优化方案。
相较于人工作业强度大，周期长，准确性差等问题，三维激光扫描和建模技术在电力建设领域大放异彩。随着技术的进一步发展，未来三维激光扫描技术必将被更广泛应用于电力的各环节领域，提升我国整体电力智能化水平。
参考文献：
[1] 何俊佳，蔡汉生，贺恒鑫.南方电网超/特高压输电线路防雷性能评估技术研究进展 [J].南方电网技术，2016，10（9）.
[2] 刘晓君.国内首次将三维激光扫描技术应用于风电领域.[J].北方新报，2015.
[3] 唐骐，陈世玉.地面三维激光扫描在输电线路维护中的应用[J].测绘地理信息，2010，35（3）：39-40.
[4] 张显峰，吕扬，刘羽.顾及树木的城市三维建模及其在太阳能潜力评价中的应用 [J].应用基础与工程科学学报，2014（3）：415-425.
作者简介：
第一作者：沈朗；1971.10；男；汉族；籍贯：安徽省阜阳市；职务：总经理助理兼发展建设部（市场部）主任；学历：本科；单位：国网通用航空有限公司。
第二作者：杜伟；1982.08；男；汉族；籍贯：山东省临沂市；职务：副主任；研究方向：机械电子工程；单位：国网通用航空有限公司。
第三作者：刘嵩；1984.08，男；汉族；籍贯：山东省枣庄市；职务：综合处副处长；学历：本科；单位：国网通用航空有限公司。
论文作者:沈朗,杜伟,刘嵩
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/21
标签：激光论文; 模型论文; 建模论文; 技术论文; 线路论文; 地形论文; 建筑物论文; 《电力设备》2016年第22期论文;