摘要：机载激光雷达技术（airborne light detectionand ranging，LiDAR）是90年代初投入商业应用的一种主动式对地观测新兴技术，它由于具有快速获取高精度激光点云和高分辨率数码影像的优点，给线路的建设带来了以往测绘手段所不具备的应用模式和技术优势｡对新建的输电线路而言，通过机载激光雷达测量技术采集和处理的数据，可应用到电力线路的路径优化､优化排位､外业施工等整个流程｡本文将结合厄瓜多尔工程阐述LiDAR在输电线路工程中应用的适宜性｡
关键词：机载激光；雷达技术；输电线路工程；应用
1应用思路
输电线路走廊的地形、地貌、地物等会对线路的建设和安全运行产生重大的影响，是线路设计和建设最为关注的部分。机载激光雷达系统集成了ＧＰＳ、ＩＭＵ、激光扫描仪、数码相机等光谱成像设备。采用ＬｉＤＡＲ测量系统可以直接采集线路走廊高精度激光点云和高分辨率的航空数码影像，进而获得高精度三维线路走廊地形地貌、线路设施设备以及走廊地物（杆塔、挂线点位置、电线弧垂、树木、建筑物等）的精确三维空间信息，从而为电力线路规划设计和建设提供高精度测量数据成果。根据实际工作情况，在不改变现有的作业流程情况下，图１是ＬｉＤＡＲ测量技术在输电线路工程（主要针对输电线路施工图设计阶段）现阶段中的应用思路。
图1 LiDAR测量技术在输电线路（施工图设计阶段）中的应用思路
2机载激光雷达在输电线路中的应用
2.1机载激光雷达在输电线路勘测设计中的应用
2.1.1机载激光雷达数据处理
机载激光雷达数据通常包括激光点云数据（又称为距离图像数据）回波强度图像数据。通常情况下，可通过对激光点云数据进行分类（分为地表激光点云数据和非地表激光点云数据）以生成DEM（DigitalElevationModel）数据。而通过利用DEM数据以及航空数码影像的内外方位元素（在机载激光雷达航飞数据采集中通过DGPS以及IMU可获取航空数码影像的外方位元素），则可对航空数码影像进行正射纠正以生成DOM（DigitalOrthophotoMap）数据。当然，也可直接利用激光点云数据生成DSM（DigitalSurfaceModel）或进行诸如房屋、道路以及植被等信息的提取。
2.1.2输电线路优化选线
线路路径的选择是初步设计的重要组成部分，随着近年来地方政府对线路走廊的审批越来越严格，新增房屋、工厂等地段的路径走廊选择也越来越困难。目前线路路径在地方规划范围内精度要求很高，同时一些重要跨越或重要避让等紧张地段对线路走廊的精度要求也很高，这些因素往往直接决定了整个路径方案能否成立，而传统选线方式误差较大，往往很难满足要求。如采用机载激光雷达进行优化选线则会事半功倍。将激光点云数据和航空数码影像数据处理的DEM和DOM进行叠加构建线路走廊三维场景，由于现势性很强，能真实再现作业区域的地貌情况，设计人员即可在三维场景中进行优化选线作业，包括线路路径、空间量测、风景带、粮田、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。至于内业平断面测图，作业人员可直接在三维场景中进行平面地物以及风偏、危险点的采集，断面数据则可直接从DEM数据中进行提取。与传统航空摄影测量技术相比，采用机载激光雷达进行输电线路优化选线具有如下优势：（1）由于高精度的DEM数据、DOM数据以及激光点云数据支持，使对地形地物的判读、空间信息的测量与获取更加准确和便捷，选线更加精确，平断面精度更高（尤其在植被覆盖区），塔位选择更加合理。（2）有利于实现终勘定位或施工过程中可能遇到的改线。优化选线平台无需配备航空摄影测量所需的专业立体观测设备，设计人员可通过便携机在野外现场进行选线，并根据即时断面数据进行预排杆。（3）作业效率提高，作业成本降低。由于数据处理自动化程度高，无须进行航外像控测量，野外调绘工作量大大减少，选线三维场景更加逼真，便于设计人员从整体上把握线路路径。（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）从长远来看，由于高精度机载激光雷达数据可直接用于数字电网建设中的线路走廊三维建模，有利于实现数字电网。
2.2在输电线路巡线中的应用
对已建输电线路巡线是电网运营维护管理部门需要进行的一项工作。为了确保电力线路的运荷安全，通常需要定期对线路进行巡检，以便及时发现和排除异常或安全隐患，诸如线路走廊中被跨越物对线路的威胁等。现行输电线路运行维护的管理模式和常规作业方式不仅劳动强度大、工作条件艰苦，而且劳动效率低下，特别是在遇到电网紧急故障和异常气候条件下，线路维护人员要依靠地面交通工具或徒步行走，利用普通仪器或肉眼来巡查设施、处理设备缺陷，这已不能完全适应现代化电网建设和发展的需要。直升飞机巡线日益成为电力系统的迫切需求。当用机载激光雷达系统进行电力巡线时，激光束遇到电缆、杆塔或者树木，信号返回探测器，被扫描对象的空间位置即可确定。它在记录多个激光回波信号时，通过对不同回波所收集到的信息进行提取和处理，能同时获得树冠底部的地形信息及树高信息。由于高密度的LIDAR数据非常适合于描述树冠模型和评价树冠形状，且光谱信息可以从数字影像提取，近红外影像非常有利于分离针叶树和阔叶树。因此，通过数据后处理，可分析植被覆盖并对其加以分类，可计算树高、树种及其林木体积，可动态监测植物的生长情况。如果知道通道内主要树种的年自然生长率，按照运行规程的规定，经过直升机激光三维空间扫描，可以提出树木的最佳剪伐量，以满足安全运行要求。采用机载激光雷达技术不仅可直接获取线路走廊内的大量高精度激光点云数据，而且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，在三维模型中可进行线间距离以及地物至电力线间的距离量测，以确保建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离符合运行规范和满足运行要求。如将巡线过程获得的数据成果存入GIS系统中，可有效提高资料的利用率，使用户能方便、及时了解线路的现势信息，对其进行科学管理，满足多方面应用的需求，为线路的安全运行提供决策支持。
3结语
机载LiDAR技术在厄瓜多尔输电线路工程的应用取得了良好的效果，它不仅减少了测量外业工作量，而且为设计人员提供了可靠的平断面数据资料，保证了输电线路在选线､定线､定位等方面方案的可靠性和可行性｡与传统的航空摄影测量技术相比，机载LiDAR测量技术在输电线路业务中的诸多方面都具有明显的优势｡当然机载LiDAR技术是一种新兴的技术，具有很大的发展潜力，作为测量获取观测对象三维数据的手段，LiDAR的市场应用不仅在传统的城市测量､地形测绘等方面发挥着重要作用，而且在电力建设领域中的实践应用也具有着其他测绘手段所不可比拟的优势｡
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论文作者:岳伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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