探究电力线路工程中LIDAR技术中的应用

摘 要：原来的电力线路工程施工技术设计的恰到好处，所得到的成品精度十分小，加上现场工作量十分巨大，设计周期长，有利于勘测设计优化，对于工程造价的减少十分不利。本文的研究对象是LIDAR在电力线路质量上的应用，结合具体实例，证明了LIDAR技术在电力线设计中的可行性，使其得到可满足其设计需求的精度，可以很方便地对电力工程进行设计。

关键词：电力线路；LIDAR技术；技术应用

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0105-02

前 言

通过LIDAR技术可以获得许多表面数据。激光可以穿透地面上的植被，并且数字高程模型可以在地面植被和地面物体的数据被去除之后生成。成正射影像需要利用DEM数据和差分GPS所获取的数字图像进行正射影像校正而形成。对于地面、道路植被等信息还可以被分类提取相应的数据。LIDAR技术不需要对航测的外部控制点进行测量，只需要少量的野外测绘以及地面的控制点就可以使用LIDAR技术。LIDAR技术可以获取地面目标等数据，也可以对交叉跨越的道路、房屋、独立的陆上物体等数据进行直接提取。

1 传统测量技术应用

在原有的电力线路工程的运用中，采用了工程测量和航空摄影测量。地面信息通过工程的方法进行测量可以得到较高的精度，但由于现场工作量大、测量周期长，勘测与优化设计很难进行结合。然而，电力线路工程勘测的实施不但要有大量的GPS外部控制点，还要在野外进行大模块的测绘工作。航测在役时间长，勘察设计成本高，工期长。此外，对植被的隐蔽区域进行传统方式的航空摄影测量时，测量的高度精度非常低，这影响了电气专业人员精确排列。原有的测量方式都不能对基底进行精确的层析成像。因此，通过原有的航空摄影方式进行电力线路勘测时，所得到的测量产品精度小，内外部工作量大，勘察设计周期长，对于勘测设计的优化性能十分不利，不利于工程投资的减少。

LIDAR技术具有效率高、精度高等特点。LIDAR技术的高程点密度很高，可以对高程数据进行快速的采集。通过一定的数据处理可以自动或者半自动的将点云数据与GIS数据相转换，所以其工作效率很高。阴影与阳光不会影响激光脉冲，导航高度也不会限制仰角精度，如此一来就会达到很好的精度。不过LIDAR技术还有很多不完善的地方，航飞的宽度窄的话会造成成本高、效率低。在植被繁茂的情况下，其精度也较低，其处理方式较复杂，如果想更好地利用该技术，就必须将此技术进一步的提高。

2 LIDAR技术应用方法及流程探讨

对电力线路工程进行勘测通过LIDAR技术会方便很多。LIDAR技术具有勘测设计施工周期短，勘测设计成本低的优点。再利用LIDAR技术进行勘测时仅仅需要少量的GPS控制点。LIDAR技术在获取数据时，可以通过穿透植被，并对隐藏区域进行测量。通过LIDAR技术对数据的处理，会产生正射影像。然后产生具有电力线路的三维数字地面模型图，便于线路路径选择。在线路路径得以保证后，可产生线路平面故障图，再现基断故障图，可进行一次性设计勘测，大大缩短勘测设计周期，降低勘测成本。

2.1 LIDAR技术外业航飞

首先，应该合理地分配基站点，以确保在飞行过程中至少30km内有一个基站。基站需要位于一个开放、容易到达的地方，去除草木、房屋等阻挡卫星的信号，在其四周去除电子干扰源。为了未来的坐标转换，基站必须要先行做好高程与坐标的接触。在进行现场测量时，应注意导航带应具有一定的重叠度，LIDAR技术应选择以下数据，如激光波长、脉冲回波记录模式等。

2.2 LIDAR数据内业处理

首先，去除异常点。LIDAR数据中的一些数据显然是不合理的。例如，多次反射后返回的数据、飞行物体反射的数据等。坐标转换后，GPS接收并计算WGS84的坐标。为了将坐标进行转换，通常需要联合测量三个以上的54控制点并进行坐标的转换。高程系统通常与平面坐标相结合，将地球高度转换为正常高度。此外，还有多个飞行带，这些飞行带必须具有重叠度（10～20%）。按照一定的顺序将不同飞行带的LIDAR原始数据整合成一个整体。

对LIDAR数据进行滤波是对目前来说关于内部处理中最重要的步骤。目前，芬兰公司的Terra固体商业软件可以用来过滤LIDAR数据。Terra Stand在微站平台上运行，并通过对瑞典Axelson等人所提出的提取算法分类的使用，包括诸如Terra Scan、Terra Modeler和Terra Photo（用于过程）的模块。这个软件的处理系统技术已经算是比较成熟的，但对于杂乱的建筑物，需要进行人工处理。该软件对于机载激光的扫描数据进行滤波，分层地面数据和地面目标数据，然后对于机载激光扫描数据进行无缝拼接（在这种情况下，消除系统误差和导航带之间的随机误差），从而产生DEM数据，并分层，结合DEM数据进行输出。然后，生成正射影像数据，并将现有的协商区域、与电力线路径相关的构造等其他相关数据输入相结合。

2.3 电力线路路径优化

电气专业人员通过在结构、测量等方面的配合下主要负责对电力线路的选线和优化。在由LIDAR技术数据生成的正射影像中，设计者可以在图形上看到整个世界的真实情况，并且可以对于很多不利因素可以很简单的就会避免，并从而得到较为合理的路线。由于LIDAR技术可以更精确地测量隐藏区以及塔位的高度，所以设计者需要通过对塔位的具体情况进行具体的分析才可以选择合适的路径。在设计中，可以实现线和线位的组合。

2.4 确定线路杆塔位置

在基本确定线路的路径之后，可以产生相应的平面故障图。Helava以及中国的系统都可以很完美地完成这些功能。又因为LIDAR技术可以对植被起到穿透作用，所以对于地面和地面目标的高程模型准确率相对较高，生成的平面断层图相对准确，因此线路设计者可以更加正确的确定下杆塔的地理位置。

2.5 生成塔基断面图及三维立体模型

在杆塔位置确定后，可以产生更精确的基础故障图。设计者可以检查每个塔的地理条件，如果杆塔的位置不合理还要尽快的进行调整。要是实在找不到杆塔的位置，也可以对路线进行调整。然后，可以建立具有塔架位置的路线路径的三维模型。等在杆塔位置与路线确定后就可以进行外业定位放样，在此阶段不论出现任何问题都需要及时反馈给工作人员。

3 LIDAR技术的误差分析

在LIDAR系统的改进和校正之后，GPS定位精度、激光测距等可以共同决定LIDAR技术的定位精度。系统中任何传感器精度的降低都会导致系统定位精度的降低。

当飞行高度小于600m，地面斜率小于30°时，GPS的定位精度对测距误差的贡献要高于LIDAR的姿态测量精度。飞行的高度与地面坡度越高，姿态测量精度对测距误差的贡献也越来越大。因此，需要提高GPS的定位精度才能实现低空飞行，若想实现高空飞行就需要有很高的姿态测量装置。

在高压线工程中，利用4台GPS 5700进行航飞试验，通过Terra固体商用软件可以对LIDAR的数据进行处理。并通过对测量结果进行精确的分析，分析结果如表1所示。

4 结束语

电力工程选线优化，效率高，操作方便。LIDAR技术所产生的三维场景可以漫游，并从多个角度进行观察。设计者可以更好地优化设计，更准确、方便地判断地面目标和空间位置，更好地避开重要地面目标，对航路以及杆塔进行更加合理地选择。在电力线路工程中利用LIDAR技术可以更好的对其进行勘测设计，不仅大大缩减了工作周期，还对高程测量的精度大大提高。

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收稿日期：2018-8-14