无人机激光雷达在输电线路选线中的应用研究

敖哲鑫

广东省核工业地质局测绘院，广东 广州 510800

1 激光雷达测量技术的优势

（1）数据精度高。机载激光雷达技术具有主动测量的特点，可以实现对DEM数据、DOM数据和激光点云数据的精准采集，同时更能准确便捷地判读地形地物、测量和获取空间信息等。特别是在植被覆盖区，相较于传统航测技术，机载激光雷达技术可以实现更高精度的断面图。

（2）作业周期短。机载激光雷达技术可以实现自动化数据处理功能，具有超高的精准度，相较于传统航测外业工作，应用机载激光雷达技术可以省去大量的外控工作和刺点工作，同时更是显著减少了野外调绘工作。此外，机载激光雷达技术可以使选线三维场景更加生动逼真，为设计人员在整体线路路径把控上提供便捷的服务。

（3）选线过程中的辅助信息丰富。设计人员在优化选线的过程中可以借助激光点云数据向设计人员提供周围数据信息，包括房高、塔高、树高等信息。

2 无人机激光雷达在输电线路选线中的应用模式

无人机激光雷达用于输电线路选线的模式具体如下：（1）原始数据获取。通过机载激光雷达技术获取原始激光数据、GPS/IMU数据以及原始高清数码影响数据。（2）内业数据处理。通过机载激光雷达技术实现DGPS/IMU联合解算、激光点数据大地定向和分类处理激光数据，同时还可以通过机载激光雷达技术输出DEM/DSM/DOM等三维地形地貌成果数据。（3）激光雷达在输电线路选线设计中的应用。以DEM数据、DOM数据和激光点云数据为依托，同时结合二维、三维模式，利用相关数据管理平台，采用人机交互方式，共同完成输电线路选线的设计工作，实现路径半自动选择，并且自动生成平断面图。

3 激光点云数据处理技术

机载激光雷达数据包括激光点云数据和回波强度图像数据，其中激光点云数据又分为地面点云数据和非地面点云数据，无人机激光雷达技术可以对激光点云数据（如图1所示）进行分类，自动生成DEM数据（如图2所示），然后通过生成的DEM数据和航空数码影响的内外方位元素，即可正射纠正航空数码影像，从而生成DOM数据。

图1 激光点云数据

图2 DEM数据

激光点云数据处理技术具体包括以下技术：

（1）激光点云去噪技术。在激光点云数据中，存在着大量的粗差数据和系统数据误差，为了提高数据的准确性，需要将超出整体数据点正常标准的噪声点和数据点过滤消除。同时按照激光点云数据大小以及计算机性能，对激光点云数据进行分门别类。

（2）自动分类技术。获取DEM数据的途径为激光点云数据，获取方式主要是通过激光点云数据将地面真实的数据从中分离出来。这些分离出的数据落于落地表面的点被叫作地面点，而反映地物形态的点，包括建筑物、植被、管线等，被叫作非地面点，这类非地面点需要在DEM数据生成之前进行剔除处理。之后通过相关软件利用不规则三角网渐进滤波法对这些数据进行自动分类。在进行自动分类之前，需根据测区已有的测区方法对整个项目区域范围内的状况进行评判，包括区域内的地形、地貌等条件，同时在评判数据中选取代表性的数据作为样区，对分类数据进行反复调试，然后根据分类点云剖面分布的实际情况，对数据分类的质量做出科学判断，最后将准确性高的参数数据应用于整个测区。

（3）手动分类技术。自动处理技术只能适用于对数据的初步分类，这种分类技术存在着较大的误差，只能通过手动分类技术达到数据精细化分类的目的。通过手动分类方式，对数据分类较差的区域进行调试分类处理，直到满足精细化数据分类的标准。

（4）DEM数据生成技术。首先，将激光点云数据进行分类，将取得的地面点数据内插生成栅格形式的DEM数据。值得注意的是，一定要确保DEM数据的完整性，以便获得完整的地形信息，千万不能出现插值漏洞，保证图幅接边地形过渡自然，接边误差符合要求。其次，利用影像处理技术。具体包括如下步骤：第一，空中三角测量。通常情况下，预处理后获得的影像外方位元素难以符合工程生产的标准，需要进一步优化空中三角测量工作。空中三角测量是指通过影像上的像点坐标和地面上的少量控制点坐标恢复影像间精确拓扑几何关系的过程。第二，DOM数据生成。空中三角测量工作完成之后，便可进行正射影像DOM数据的生成，并在此过程中进行匀色和镶嵌处理。为了达到工程数据精度的标准，不仅需要加强DOM影像分辨率和精准度，还需要保障影像的清晰度，影像反差要适中，色调温和良好，接边过渡自然，接边误差符合工程生产的要求。

4 激光雷达在选线工程中的应用

在开展输电线路选线工程之前，需要对激光雷达获取的数据进行深度处理，可以通过DSM数据或者DEM数据完成三维场景的构建，从而提高三维场景的仿真性。在此场景之中，可以实现对线路周围状况进行多维度的观察与分析，包括周边地上物、地貌等情况，凡是能够影响地物距离线路的距离因素都能够通过逼真的三维场景测量出来。不仅如此，设计人员还可以在三维场景中通过对场景进行放大、缩小等形式，熟知和掌握全路径的地形条件。同时设计人员还可以根据三维场景中逼真的画面，对输电线路沿途存在的影响因素进行全面综合的考量，从而设计出更合理、更经济的输电线路路径，最大限度地降低对周围环境和居民生活的影响。具体操作流程如下：

（1）在三维场景选线中的应用。在三维场景中，可以以DEM数据和DOM数据叠加的方式显示在三维场景中，从而形成输电线路路径走廊的三维场景效果图。在此动态效果图中，可以利用多种工具完成三维效果选线（如图3所示），不仅可以对线路沿途中潜在的危险因素进行实时量测，还可以在设计的线路路径不准确时对其进行重复修改，从而初步确定输电线路路径。

图3 三维场景选线

（2）统计房屋拆迁量。在输电线路建设成本中，房屋拆迁赔款是其中重要的内容之一。线路路径明确之后，通过从中设定缓冲区的方式，将分类好的房屋类激光点云数据从中提取出来，通过测量线路沿途中房屋的高度，对整个缓冲区域内的建筑总面积进行精准测算，进而对房屋赔偿费用进行估算，将输电线路建设成本控制在科学合理的范围内。

（3）统计林木砍伐量。输电线路路径确定之后，需要对涉及范围内的树林情况进行整体评估，详细计算出林木总体的砍伐量，以便对施工成本进行更准确的评估。通过相关软件对即将砍伐的林木高度进行自动量测，同时还需要计算出即将砍伐林木的面积，从而对树木赔偿费用进行整体估算。

（4）快速、高精度获取平断面图。激光雷达技术对植被具有较强的穿透作用，能精准地获取地面DEM数据。激光雷达技术不仅可以快速自动获取线路中心线和左右边线的断面图，还能够为设计人员的工作提供诸多的便捷。不仅如此，激光雷达技术还可以将分类好的激光点云数据自动生成DLG数据图，包括地面建筑物、道路等，并结合调绘数据生成输电线路的平断面图，该平断面图的主要作用在于方便设计人员精准地调整杆塔位置和高度，进一步优化整条输电线路。

5 结束语

综上所述，在输电线路选线中应用无人机激光雷达技术，不仅可以满足输电线路选线数据精准度的需求，还可以避免传统测量技术成本高、飞行周期长的缺点，充分发挥无人机和激光雷达测量设备的优势。同时，应用无人机激光雷达技术还可以获取丰富的信息内容，如房高、塔高、树高等信息，并将信息反馈给设计人员，便于设计人员对输电线路进行进一步优化。不仅如此，应用无人机激光雷达技术，还可以对林木砍伐量和房屋拆迁量进行详细统计，从而更精准地判断和设计输电线路径，降低工程成本。