电力线路测量新技术应用与误差分析研究

刘子武

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.087

摘 要：传统测量技术进行电力线路工程勘测设计，获得的勘测成品精度较低，内、外业工作量大，勘测设计工期长，不利于勘测设计优化，不利于降低工程投资，该文以LIDAR在电力线路测量中的应用为研究对象，结合具体实例，证明了LIDAR技术进行电力线路的勘测设计技术上是可行的，精度是可以满足设计要求的，可方便地进行电力线路工程优化选线，效率更高，操作更简便。

关键词：LIDAR 电力 线路 测量 精度

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0087-02

1 LIDAR技术简介

LIDAR（Light Detection and Ranging）技术是集激光测距（LRS， Laser Ranging System）、数字航空摄影、差分GPS、惯性导航系统（ INS）等多种测量技术的新型测量系统。机载激光雷达系统由差分GPS接收机、惯性测量单元（Inertial Measurement Unit， IMU）、激光扫描测距仪、数码相机组成。通过发射高速激光扫描测量的方法，快速获取被测对象的三维坐标数据，并将其应用到航空摄影测量中，便能快速地获取地面点三维坐标。激光测距是主动式遥感系统，它向地面发射激光，通过计算激光从发射到地面反射回来的时间TL，计算出到地面的距离。通过差分GPS系统可知道飞机上组合传感器每一时刻的三维坐标。在地面架设若干地面GPS基站，通过无线技术将地面基站信息发射给机载GPS接收机，经过差分，就可得到组合传感器每一时刻的坐标（X， Y， Z）。而INS能实时提供组合传感器主光学系统主光轴的姿态角（俯仰角、侧滚角、航向角）。LRS、DGPS、INS相结合，便可计算地面的三维坐标，再结合数字航空摄影技术，将得到的数据进行处理，即可获取地面的GIS数据。

2 LIDAR技术在电力线路工程中的应用

2.1 传统测量技术应用

在传统电力线路工程勘测设计中，多采取工程测量和航空摄影测量的方法进行。工程测量方法测量的地面信息精度高，但外业工作量大，测量的工期长，而且不利于勘测设计的一体化与优化设计。而利用传统航空摄影测量进行电力线路勘测设计，不仅需要进行大量的GPS外控点测量，还需要进行大量的野外调绘工作，航测的内业时间长，勘测设计的成本很高，工期偏长。而且传统的航空摄影测量在测量植被厚的隐秘地区时，测量的高程精度很低，影响电气专业人员准确排杆；传统的航空摄影测量方法也不能生成准确的塔基断面图。所以采用传统测量技术进行电力线路工程勘测设计，获得的勘测成品精度较低，内、外业工作量大，勘测设计工期长，不利于勘测设计优化，不利于降低工程投资。

2.2 LIDAR技术应用

利用LIDAR技术进行电力线路的勘测设计具有很大的优越性。LIDAR技术只要做少量的GPS控制点和少量的调绘工作，缩短了勘测设计的工期，减少了勘测设计的成本。

LIDAR技术的激光能穿透植被，得到地面的数据，这样就能进行隐秘地带的测量。对LIDAR数据进行处理后，可生成正射影像图，进而生成带电力线路路径的三维数字地面模型图，可以方便地在上面进行线路路径选择。确定了线路路径后，可以生成线路平断面图，再生成塔基断面图，便可进行一次性勘测设计，能让勘测设计一体化，大大地缩短了勘测设计的周期，减少了勘测设计成本，并且能进行优化设计，节省工程投资。

（1） LIDAR技术外业航飞。

首先做基站点，基站点要分布合理，保证航飞时飞机的30 km内至少有一个基站。基站需要选在开阔、交通便利的地方，没有树木、房屋等挡住卫星信号，周围无电子干扰源，不能有大片水面或其他反射面。基站最好事先进行高程、坐标的联系测量，便于以后进行坐标转换。在进行外业测量的时候，应注意航带是要有一定的重叠度，要注意LIDAR系统的以下参数的选用：如激光波长、最大重复脉冲频率、脉冲回波记录模式、功率、光斑尺寸、扫描角、扫描模式等。

（2）LIDAR数据内业处理。

内业数据处理最重要的步骤是LIDAR数据的滤波。LIDAR数据滤波的方法有很多。平面约束条件滤波法是利用平面约束条件对LIDAR点云数据进行滤波，利用多个数据点拟合平面，根据平面约束条件和平面点分类法得到地面点，最后利用地面点内插获得该地域的DEM。目前可采用芬兰公司的TerraSolid商业软件来实现LIDAR数据的滤波，对数据进行分类和提取。接着进行正射影像图和三维立体模型数据的生成，将已有的电力线数据、协议区数据、与电力线路路径有关的拟建、在建项目等相关数据输入，一起生成正射影像图和三维立体模型数据。

（3）电力线路路径优化。

以线路电气专业人员为主，在结构、测量、地质、水文等专业人员的配合下，进行电力线路的路径选择和优化。在LIDAR数据生成的正射影像图和三维立体模型图中，设计人员可以图上看到全局的真实情况，能很容易地避开不利的因素，得到合理的线路路径。由于LIDAR技术能对隐秘地带进行测量，能比较准确获得每个塔位的位置和高程，设计人员在选择路径时，可考虑塔位的具体情况，在设计时能做到线中有位、线位结合，能得到最优的线路路径。

（4）确定线路杆塔位置。

在线路的路径基本确定以后，就可以生成线路的平断面图，也可以生成风偏点。美国的海拉瓦平台和我国的适普软件能较好的做到这些功能。由于LIDAR技术能穿透植被，建立的地面、地物高程模型比较准确，生成的平断面图也比较准确，线路设计人员可准确地确定杆塔位置。

（5）生成塔基断面图及三维立体模型。

在杆塔位置确定以后，可以生成较准确的塔基断面图。设计人员可以检查每一个塔位的地理情况，如果不合适，还可以进行塔位的调整。如果找不到合适的塔位，还可以将线路路径进行调整。接着可制作带塔位的线路路径三维立体模型。

（6）外业定位放样。

确定了线路路径、杆塔位置以后，就可以利用RTK（实时动态）GPS进行外业定位放样。此阶段，要注意检核危险断面点、高等级电力线、通讯线、重要跨越、隐秘地带的高程、塔基断面等，如有出入的地方，要及时改正，并反馈给设计人员。

2.3 应用实例

在某500 kV线路工程中，应用机载激光雷达技术进行优化选线，取得了预期的效果，与初设相比，缩短了线路长度1 km，减少了交叉跨越3处，减少了占用森林、农田面积56亩，减少了房屋的拆迁4 000 m2，节约了工程投资5 550 000元，切实达到了线路路径优化的目的。

3 LIDAR技术的误差分析

进行了LIDAR系统的完善校正以后，机载LIDAR的定位精度是由GPS的定位精度、姿态测量装置的量测精度、激光测距仪的测距精度和扫描角的测量精度决定的。系统中任何一种传感器精度的降低，都会导致系统定位精度的下降。误差公式如下：

在飞行高度小于600 m、地面坡度小于30 b的情况下，INS的姿态测量精度对测距误差的贡献程度要低于GPS的定位精度对测距误差的贡献程度。随着飞行高度、地面坡度的增加，姿态测量精度对测距误差的贡献也就逐渐增加而超过GPS定位精度对测距误差的贡献。因此，在低空飞行时主要是要设法提高GPS的定位精度，而高空飞行时则必须有一个高精度的姿态测量装置。

在某高压线路工程中，使用4台天宝GPS 5700，用运五飞机进行航飞，利用芬兰公司的TerraSolid商业软件进行LIDAR数据处理，并对测量结果进行了精度分析，分析结果见表1。

由表1可以得出结论：用LIDAR技术进行电力线路的勘测设计技术上是可行的，精度是可以满足设计要求的（平地可控制在±0.3 m左右，山区可控制在±0.6 m左右）。

4 结语

利用LIDAR技术进行电力线路的勘测设计，只需做少量的地面控制点和少量的外业调绘工作，能提高隐秘地带测量的高程精度，缩短了勘测设计的周期，并且可以实现勘测设计一体化。可方便地进行电力线路工程优化选线，效率更高，操作更简便。利用LIDAR技术生成的三维场景，可以进行全线漫游及多视角观察，设计人员能更好地进行优化设计，对地物的判断、空间位置的确定更准确、便捷，能更好地避让重要地物，更合理地选择线路路径和杆塔位置。

参考文献

[1] 殷金华，孙朝阳，郑彦春.机载激光测量技术在特高压输电线路工程中的应用研究[J].电力建设，2007，2（7）：9-13.

[2] 张险峰，陈功，龙维，等.激光雷达直升机巡线技术的现状与应用前景[J].电力建设，2008，29（3）：40-43.