机载激光雷达技术及其在电力工程中的应用

摘要：随着近些年来我国科技的快速发展，遥感领域也取得革命性成就，其中最为突出的当属机载激光雷达技术，并列入当前最为先进的三维遥感技术之列，本文将机载激光雷达技术作为根本切入点对其组成和原理进行分析。近几年来，随着国民经济不断发展，越来越高的用电需求对国家电网带来了严峻的考验，如何保证电网运输稳定以及电力运输安全也就成了重中之重。

关键词：机载激光雷达技术；优化选线；电力巡线；数字电网

1机载激光雷达技术

1.1机载激光雷达系统组成

机载激光雷达系统主要包括以下四个部分：一是保证平稳运行作为传感器载体的的飞行平台、二是作为不断发射脉冲的传感器激光扫描仪、三是不断精准测量的定位与惯性测量单元、四是作为整个系统大脑层次有些整合数据的计算机控制单元。

其中飞行平台可以由飞机来代替；激光扫描仪的工作原理与普通微波雷达大体上相似，只是激光扫描仪的波长远小于普通微波雷达，其中，激光扫描仪在市场上常见主要有三种，它们三种的扫描方式也有不同，首先线扫描和光纤扫描是以平行线或“Z”字形为扫描轨迹扫描，其次圆锥扫描则是以椭圆形为扫描轨迹扫描；此外我们所熟悉的惯性测量装置（IMU）和差分GPS（DGPS）又共同构成了我们整个系统中必不可少的定位与惯性测量单元，它由若干地面基准站和一个空间流动站组合而成，由基准站和空中流动站同步不间断观测GPS卫星信号，再通过后期处理，便可以准确获得飞行平台的精准位置；而计算机则是整个机载激光雷达系统各单元分工协作的中心控制单元，它的主要作用就是用来保证整个系统每一个单元互不干扰。

1.2机载激光雷达系统工作原理

在机载激光雷达系统中，我们会凭借着飞机做为一个观测平台，而传感器则采用一种实时传输数据的激光扫描仪。通过不断的向地球表面发射一束束的激光脉冲，再通过激光脉冲来回所经历的时间来确定激光扫描仪中心距离地球表面激光光斑之间的距离，后根据GPS来确定激光扫描仪精确的空间三维坐标（X，Y，Z），并且利用IMU测出扫描仪实时的空间姿态参数。根据几何参数和空间几何关系，可以把每一个地面激光点的三维坐标计算出来。相比于传统的遥感技术，机载激光雷达技术具有自动化程度高、作业成本低、实时的数据支持等许多优点，对于跟随国家经济共同发展的电网建设有着很大的技术优势。

大体的计算步骤：第一，将激光扫描仪发射和接受激光脉冲的瞬时时刻记录下来；第二，通过光速恒定原理将发射和反射时间转化为斜距进行测量；第三，可以通过传感器实时传输回来的位置和方向来计算出地球反射表面任何一点的三维坐标。

2机载激光技术在电力工程中的应用

2.1电力优化选线

随着国家经济的发展，国内的330kv以上的架空送电线路也越来越多，以往在建造前的大量工程勘测设计中，往往是采用了较为传统的航空摄影测量技术，而如果采用先进的机载激光技术则会有着测量数据精准；避免了航空测量，作业周期短；野外调绘工作量降低；建设成本大大减少等许多优点。

首先我们可以很方便的将激光点云数据和航空影像转化处理为DEM和DOM数据，然后通过利用这些把通电线路走廊三维场景宏观的构建出来，从而轻易的在其三维场景进行优化选线作业，对于平断面图，风向偏转和危险点的采集可以在三维空间中实现，而那些不容易测量地方的信息便可以借助激光点云数据来提取，而断面数据则可以从DEM中提取。

与此同时，由于在国内还没有一个相对成熟的机载激光雷达电力优化选线平台，我国的机载激光雷达应用市场也没有一个相对健全的规则制度，处于萌芽阶段，因此我们有理由相信随着该技术逐渐成熟和市场不断的扩大需求，该技术在我国乃至世界也会有一个很好的发展前景。

2.2电力巡线

随着我国经济实力不断提升，对远距离高压的电力输送需求越来越大，要求也越来越高，安全、稳定也逐渐受到了我们的关注。因此对于电力线路的维修也变得越来越重要，为了确保输电线路的运营安全，电网维修管理部门一项非常重要的工作便是电力巡线，往往会投入大量的维修人员定时巡检，从而发现并排除那些隐藏的不稳定因素，避免出现事故。对于传统巡查方式，需要投入大量人力和物力，不仅浪费着很多人力资源，而且作业周期也长，受环境影响较大，当遇到复杂地形时，该情况更为明显，因此我们需要更先进的巡检方式来满足巡检要求。

2.3数字电网建设

在我国的数字电网建设中三维建模已经成为了一项十分重要的内容，利用机载激光雷达系统可以清楚的获得输电线路走廊地形以及输电线路的三维建模，其次作业人员可以通过将机载激光雷达系统把线路走廊地形处理为DOM和DEM来实现展现，而对于线路的三维建模的提取则通过高密度激光点云数据来获得。随着国家对数字电网不断建设，可以预知机载激光雷达技术将在未来成为必不可少的存在。

3結语

机载激光雷达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，我们有理由相信机载激光雷达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。

参考文献：

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[3]林扬波.高精度机载激光雷达技术在埃塞俄比亚铁路测绘中的应用[J].铁道建筑技术，2016（01）：8589.

作者简介：杨宜禥（1997），男，山东荣成人，汉族，现为空军工程大学防空反导学院测控工程专业学生，研究方向：电子测试技术、雷达信号处理。