激光雷达在电力线路工程勘测设计中的应用

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引言

激光雷达在电力线路工程勘测设计中有着非常明显应用优势,能够满足电力线路工程勘测设计工作开展需要。想要更好地发挥出激光雷达的优势和作用,必须要注意系统检校、基准站设置、数据处理等,更好地满足电力线路工程勘察设计需要,促进我国电力行业的持续稳定发展。

1 激光雷达测量原理

激光雷达主要设备为激光发射器,其所产生的红外线、紫外线等传播速度可达3×108m/s,激光发射器的激光照射在物体表面时会反射一部分光,接收器接收这部分光,系统计算出发射到接收所消耗的时间,所消耗时间的一半就是单程时间,也就是激光发射器光线到达物体所消耗的时间,这一时间与光速之积就是两者之间的距离。在获取距离后,与激光扫描仪姿态数据相结合,可获取被测点的三维坐标。如果测点表面不规则,三维激光扫描仪的使用可直接获取该点物体的表面图像,机载激光雷达系统的使用使数字高程模型精度有明显提高。

2 激光雷达测量技术在电力线路工程勘测设计中优势

1)可直接在高精度的三维全景环境中展开快捷优化设计,充分利用数字高程模型、数字正射影像等数据分析和计算线路路径、农田、开挖方量、拆迁建筑等信息,制定出最优决策。2)激光雷达可直接获取三维数据,能够快速在图像上展开三维量测,可满足电力线路设计对距离方面要求,完成房高量测以及安全距离测量等工作。3)激光雷达在使用汇总可获取DSM、DEM、DOM等信息,明确选线区域截面图,较为方便的展开三维量测,降低野外实地勘测量。利用室内三维场景图选线,不会与野外勘测地形地物出现较大误差,野外作业时间有明显缩短,选线定位设计效率更高。4)成果数字化移交,利用激光雷达巡线可获取三维电网GIS系统,利用该系统准确把握线路走廊地物与线控空间关系,明确植被各项生长参数等。

3 激光雷达在电力线路工程勘测设计中的实际应用

3.1 地面GPS设基准站 激光测量系统在实际应用中还需要有地面GPS基准站,确保拍摄过程中可连续获取与GPS同步的观测数据,结合差分原理对GPS轨迹进行分析计算,在GPS基站布置方面,相邻基站间距离需要控制在60km以内。

3.2 数据处理 首先,建立数字化立体作业平台,利用激光扫描测量系统获取的DEM数据等建立测区立体模型,以此为基础,展开线路的优化设计,利用三维立体模型可从不同角度观察同一位置情况,将这一立体模型作为整体选线平台,选线结构的可靠性和可信度会有明显提升,确保线路经路径的合理性和有效性。其次,制作DEM和DOM,激光点数据使用专业软件导入系统中,设置好相应的分析参数,对系统中数据进行自动分类,实现对房屋、植被等的有效区分,利用分析和对比方式,自动分类的准确率相对较低,不超过30%,以此为基础,联合人工干预措施,数字表面模型以及房屋等信息的准确性有明显提升。同时联合数码影像以及激光数据等,可获取更为精确的DOM。最后,绘制塔基地形图,当前超高压、特高压输电线路等勘察设计工作中,杆塔位高低脚已经成为一项必然发展趋势,结构专业在塔基地形图测量方面有着非常严格要求。现有条件下,线路终勘塔基地形图的测量多数选择工测方法进行,需要消耗非常多人力和时间,同时很难测量到位,内业处理工作量有明显增加。

3.3 激光雷达系统三维可视化管理 在工程验收中,为了对整个线路的运行状况进行掌控与分析,将由三维激光雷达系统所获取到的数据信息经由相关软件数据处理后,生成数字高程模型与数字正射影像,进而整个得到输电线路走廊的三维地形图,如图1所示。由激光点云对杆塔和导线及线路走廊地表的建筑物如房屋、树木等建筑进行三维建模,从而可方便地进行杆塔精细化验收工作,对铁塔本体部位进行拍照巡视,得到三维照片,如图2所示,再通过分析照片查找缺陷。此方法保证数据的精确性,又能减少数据处理的工作量,对于输电线路运行维护与验收工作具有较强的指导作用。

图1 线路走廊示意图欧

图2 铁塔激光点云数据

3.4 三维激光雷达系统对地形地貌的检测 激光雷达是利用多次回波技术穿透树木植被以达到测量树木高度的目的,这为输电线路验收工作中树木的测量与管理带来了有效手段。在验收过程中若需对地物与电线之间距离进行管理校正,则可在软件程序中设置相应阈值条件,一旦出现地物与导线的交跨距离不符合要求,系统会自动发出警报。相应的,系统会输出探测得到的危险点平断面图、危险点统计报表等图表,及时将危险点的信息输送给管理人员,以便野外人工巡线参考。

3.5 三维激光雷达系统在电网专业分析的应用 在对输电线路的验收中,考虑输电线路的正常运行,需要在不同的条件状况下对输电线路进行电力分析,比如不同区域内树木品种不同,其生长状况也不尽相同,对输电线路的影响也会随之改变。再者如野外环境温度的不同,电线是否覆冰和风速等外界因素对输电线路的影响。三维激光雷达系统测得的数据精度高,处理后模拟形成的三维数字化电网中输电线路的地形地貌、杆塔模型、电线弧垂等模拟均是对现实中电网最大可能的数字化再现。因此,由三维激光雷达系统结合野外作业中杆塔上所安装的温度、风速、湿度等感应监控设备所传回的关于野外环境情况的数据,便可在三维数字化电网基础上进行各种电力专业分析,为线路管理人员对线路的监控与决策提供有力支撑。

结束语

近年来,电网建设飞速发展,传统的航空摄影测量技术由于受空域、天气等因素的影响且数据精度偏低,无法直接准确获取对建设成本和后期运维有极大影响的林木以及高压线、高铁等交跨物的高度。运用激光雷达技术可直接获取地物高精度点云数据,经处理后可导入三维平台,方便设计专业进行输电线路优化选线,减少野外工作量。