激光雷達(dá)在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

練剛

摘? 要：該文對(duì)激光雷達(dá)原理和組成等進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，針對(duì)激光雷達(dá)在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開了深入研究，希望可以為激光雷達(dá)在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用起到一定的參考和幫助，提高激光雷達(dá)應(yīng)用的有效性，充分發(fā)揮激光雷達(dá)的價(jià)值和作用，為電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)工作的開展打下良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá);電力線路工程;勘測(cè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

當(dāng)前電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中仍選擇傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量方式，植被覆蓋區(qū)等特殊地形地質(zhì)條件勘察工作難度大，很難準(zhǔn)確獲取地面高程等參數(shù)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)植被高度的有效測(cè)量。激光雷達(dá)屬于一項(xiàng)重要科學(xué)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中可直接穿越植被覆蓋層，系統(tǒng)中融合了GPS以及MU等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地形以及地貌等數(shù)據(jù)的快速有效測(cè)量，屬于一種新的工程測(cè)繪技術(shù)方法，將其應(yīng)用在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中有著廣闊的前景，該文就此展開了研究分析。

1 電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)存在的問題

電力線路路徑的選擇以及規(guī)劃存在著非常大復(fù)雜性，在規(guī)劃時(shí)所使用的地圖數(shù)據(jù)相對(duì)較為陳舊，與實(shí)際存在較大差異，尤其隨著城區(qū)和鄉(xiāng)村的改造建設(shè)，選擇傳統(tǒng)的測(cè)量方法，設(shè)計(jì)人員測(cè)量工作的開展需要浪費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，很多地區(qū)還需要利用人工方式完成測(cè)量，不僅作業(yè)效率低下，同時(shí)存在著非常大的野外工作強(qiáng)度。GPS技術(shù)、航空攝影測(cè)量技術(shù)等屬于當(dāng)前應(yīng)用較多的勘察技術(shù)，但是這些技術(shù)的使用仍無法滿足電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)在路徑規(guī)劃以及選擇等方面的實(shí)際需要。

2 激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)原理

2.1 激光雷達(dá)測(cè)量原理

激光雷達(dá)主要設(shè)備為激光發(fā)射器，其所產(chǎn)生的紅外線、紫外線等傳播速度可達(dá)3×108 m/s，激光發(fā)射器的激光照射在物體表面時(shí)會(huì)反射一部分光，接收器接收這部分光，系統(tǒng)計(jì)算出發(fā)射到接收所消耗的時(shí)間，所消耗時(shí)間的一半就是單程時(shí)間，也就是激光發(fā)射器光線到達(dá)物體所消耗的時(shí)間，這一時(shí)間與光速之積就是兩者之間的距離。在獲取距離后，與激光掃描儀姿態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可獲取被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。如果測(cè)點(diǎn)表面不規(guī)則，三維激光掃描儀的使用可直接獲取該點(diǎn)物體的表面圖像，機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的使用使數(shù)字高程模型精度有明顯提高。

2.2 激光雷達(dá)系統(tǒng)組成

一般激光雷達(dá)系統(tǒng)主要組成包括激光器、接收器、光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)、MU、GPS等。其中激光器屬于最核心的部分，主要負(fù)責(zé)掃描地面并獲取其與測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，GPS功能包括3個(gè)方面。1）提供傳感器準(zhǔn)確位置信息，多為三維地理坐標(biāo)。2）結(jié)合MU建立NS/GPS組合姿態(tài)測(cè)量裝置，測(cè)量精度有明顯提升。3）為導(dǎo)航顯示系統(tǒng)提供飛機(jī)的三維位置數(shù)據(jù)，確保自動(dòng)駕駛儀領(lǐng)航精度，滿足高精度導(dǎo)航需要。姿態(tài)測(cè)量裝置在實(shí)際應(yīng)用中可提供組合傳感器光學(xué)系統(tǒng)主光軸姿態(tài)角參數(shù)，能夠結(jié)合GPS定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光掃描以及不同波段影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位，使數(shù)據(jù)在時(shí)空方面的一致性得到保證。

3 激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

3.1 應(yīng)用特點(diǎn)

主要有5個(gè)應(yīng)用特點(diǎn)。1）激光雷達(dá)可實(shí)時(shí)顯示被測(cè)點(diǎn)高程和三維坐標(biāo)等信息。2）可自動(dòng)輸出線路平斷面圖，顯示線路中線以及斷面等信息。3）可自動(dòng)獲取線路交叉跨越高度參數(shù)。4）輸出和顯示塔基斷面圖。5）分析統(tǒng)計(jì)線路走廊數(shù)量、長(zhǎng)度、面積和高度等參數(shù)。

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要包括4個(gè)方面。1）可直接在高精度的三維全景環(huán)境中展開快捷優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像等數(shù)據(jù)分析和計(jì)算線路路徑、農(nóng)田、開挖方量、拆遷建筑等信息，制定出最優(yōu)決策。2）激光雷達(dá)可直接獲取三維數(shù)據(jù)，能夠快速在圖像上展開三維量測(cè)，可滿足電力線路設(shè)計(jì)對(duì)距離方面要求，完成房高量測(cè)以及安全距離測(cè)量等工作。3）激光雷達(dá)在使用匯總可獲取DSM、DEM、DOM等信息，明確選線區(qū)域截面圖，較為方便的展開三維量測(cè)，降低野外實(shí)地勘測(cè)量。利用室內(nèi)三維場(chǎng)景圖選線，不會(huì)與野外勘測(cè)地形地物出現(xiàn)較大誤差，野外作業(yè)時(shí)間有明顯縮短，選線定位設(shè)計(jì)效率更高。4）成果數(shù)字化移交，利用激光雷達(dá)巡線可獲取三維電網(wǎng)GIS系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)準(zhǔn)確把握線路走廊地物與線控空間關(guān)系，明確植被各項(xiàng)生長(zhǎng)參數(shù)等。同時(shí)可模擬線路內(nèi)植被生長(zhǎng)等情況展開風(fēng)險(xiǎn)分析，也可進(jìn)行線路磁場(chǎng)干擾和安全范圍等方面分析，提高各個(gè)電壓等級(jí)電網(wǎng)管理的科學(xué)性和有效性。

4 激光雷達(dá)在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 激光測(cè)量系統(tǒng)檢校

激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)在安裝至飛行器后，首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)展開檢校，獲取系統(tǒng)各參數(shù)情況，使數(shù)據(jù)精度得到保證，檢校工作中還需要注意對(duì)激光掃描儀以及數(shù)碼相機(jī)等檢校，嚴(yán)格按照技術(shù)手冊(cè)等要求完成。

4.2 地面GPS設(shè)基準(zhǔn)站

激光測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還需要有地面GPS基準(zhǔn)站，確保拍攝過程中可連續(xù)獲取與GPS同步的觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合差分原理對(duì)GPS軌跡進(jìn)行分析計(jì)算，在GPS基站布置方面，相鄰基站間距離需要控制在60 km以內(nèi)。

4.3 航空攝影飛行

幾何激光測(cè)量系統(tǒng)檢校參數(shù)以及工程設(shè)計(jì)航帶等，明確作業(yè)飛機(jī)各項(xiàng)測(cè)量以及飛行等參數(shù)，同時(shí)確保影響地面采樣率以及激光點(diǎn)間距等參數(shù)科學(xué)合理。

4.4 數(shù)據(jù)處理

激光雷達(dá)系統(tǒng)所獲取的掃描數(shù)據(jù)想要轉(zhuǎn)化為可使用的勘察設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，還需要注意對(duì)數(shù)據(jù)的處理。

首先，建立數(shù)字化立體作業(yè)平臺(tái)，利用激光掃描測(cè)量系統(tǒng)獲取的DEM數(shù)據(jù)等建立測(cè)區(qū)立體模型，以此為基礎(chǔ)，展開線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用三維立體模型可從不同角度觀察同一位置情況，將這一立體模型作為整體選線平臺(tái)，選線結(jié)構(gòu)的可靠性和可信度會(huì)有明顯提升，確保線路經(jīng)路徑的合理性和有效性。

其次，制作DEM和DOM，激光點(diǎn)數(shù)據(jù)使用專業(yè)軟件導(dǎo)入系統(tǒng)中，設(shè)置好相應(yīng)的分析參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分類，實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋、植被等的有效區(qū)分，利用分析和對(duì)比方式，自動(dòng)分類的準(zhǔn)確率相對(duì)較低，不超過30%，以此為基礎(chǔ)，聯(lián)合人工干預(yù)措施，數(shù)字表面模型以及房屋等信息的準(zhǔn)確性有明顯提升。同時(shí)聯(lián)合數(shù)碼影像以及激光數(shù)據(jù)等，可獲取更為精確的DOM。

再次，制作平斷面圖，輸電線路測(cè)量中平斷面圖屬于一項(xiàng)主要成果，可由立體作業(yè)平臺(tái)獲取，從DEM中自動(dòng)提取中線、邊線斷面等參數(shù)，激光雷達(dá)量測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際使用中所獲取的點(diǎn)密度大，有著非常高精確性，可同時(shí)獲取DEM和DSM等不同中線、邊線斷面數(shù)據(jù)，與真實(shí)地表更為貼合。

最后，繪制塔基地形圖，當(dāng)前超高壓、特高壓輸電線路等勘察設(shè)計(jì)工作中，桿塔位高低腳已經(jīng)成為一項(xiàng)必然發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)專業(yè)在塔基地形圖測(cè)量方面有著非常嚴(yán)格要求。現(xiàn)有條件下，線路終勘塔基地形圖的測(cè)量多數(shù)選擇工測(cè)方法進(jìn)行，需要消耗非常多人力和時(shí)間，同時(shí)很難測(cè)量到位，內(nèi)業(yè)處理工作量有明顯增加。在激光雷達(dá)掃描技術(shù)發(fā)展過程中，其精度有明顯增加，能夠更好地滿足塔基地形圖數(shù)據(jù)處理等自動(dòng)化發(fā)展需要。

5 結(jié)語

激光雷達(dá)在電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中有著非常明顯應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠滿足電力線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)工作開展需要。想要更好地發(fā)揮出激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)和作用，必須要注意系統(tǒng)檢校、基準(zhǔn)站設(shè)置、數(shù)據(jù)處理等，更好地滿足電力線路工程勘察設(shè)計(jì)需要，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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