机载激光雷达技术在电力线路设计中的应用

赵佰栋 申学德 潘庆明 张晓雷 樊星

【摘 要】随着社会经济的发展与科技的进步，在地质勘测方面的技术水平在不断的提高，机载激光雷达技术作为测量的新型技术，其在实际的应用中具备多种优点，可以满足我国电力建设的发展需要。我国的电力建设发展的深度和广度在不断的增加，机载激光雷达系统是电力建设中常常应用的电力技术系统。本文对机载激光雷达系统的工作原理和组成结构进行了分析，并根据激光雷达系统的特点进行研究。

【关键词】机载激光雷达系统，电力线路设计，应用

机载激光雷达的工作原理是通过主动向目标发射激光而快速获取三维信息的，它集中体现了激光测距技术和高精度的冬天载体测量技术以及高精度的动态GPS差分定位技术等，它是母线最为先进的三维航空遥控技术。当前已经有许多个国家生产机载激光雷达设备，该技术的应用领域相当广阔。机载激光雷达技术在电力线路的设计使用逐渐发展为增长的趋势，在多种地质测量和电路线路设计应用中发挥着自身独特的作用。

一、机载激光雷达系统的工作原理

当前机载激光雷达系统的生产厂家有许多，不同厂家生产的系统拥有的结构也不相同，但其主要的构成结构主要是POS系统、激光扫描仪、控制单元组成，许多机载激光雷达系统将数码相机集成在一起，其功能广泛，在地质勘测以及电力线路设计方面的应用水平较高，符合多个雷达系统的工作原理。

POS系统主要由全球导航系统以及惯性测量单元组成，其中GPS连同地面基站的GPS接收机实时动态测量飞行平台的位置，通常会采用载波相位差分GPS的做法，来对单点定位技术的解算的GPS数据进行分解。

机载激光扫描仪通常会采用半导体二极管和半导体激光器的形式，其具有性能高且重复率高的功用。使用后数据处理能够获得测区的正摄影像，能够达到激光的雷达点，云数据处理所提供的影像是其参考信息，其与激光点云数据具有相互补充的作用。中心控制单位通常采用导航、定位管理系统同步的方式对相关数据进行保存，通过加速测量的形式记录角速度，并对GPS的位置进行测量，记录激光扫描仪和数码相机的数据。

机载激光雷达系统的工作原理是通过激光扫描仪向目标主动发射高频率的激光，并接受反射回来的激光，通过测量来回反射的时间来计算两点之间的距离，并结合POS系统来获取平台的位置和相关姿态的数据，从而计算出目标的三维坐标。

二、机载激光雷达技术特点

机载激光雷达系统的特点涵盖了以下几个方面：全天候24小时工作，激光雷达为主动探测，不受到光的影响；激光雷达可以穿透植被的叶冠，同时对地面点和非地面点进行测量，其激光的波长较短，获取的数据信息更加丰富；激光雷达可以探测细小的目标物，由于波长较短，其电力线和传统的摄影雷达不能达到；在数据信息获取上，其获取数据的速度非常快，数据获取的效率也会大大的提高，同时获取数据的精度也比其他的航测技术要高得多。应用机载激光雷达系统能够极大的提高测量的工作效率，特别是在偏远的山区，地形环境条件复杂，在电力线路设计上其难度较高，而机载的激光雷达系统可以对地面和非地面的点进行测量，由于激光的波长较短，在数据回收和信息获取上可以获得较高的数据信息。在实际的工作中，在对地面进行测量时，会出现许多细小的物体，对这些细小的物体进行探测，获取质量高的数据信息，满足实际发展的需要，提升数据获取的效率。

三、机载激光雷达探测的数据成果

应用机载激光雷达技术采集数据，可以获得丰富的数据成果。通过对运输局的过滤波进行处理，从而可以得到高精度的数据。在我国的西南边疆地区，自然条件恶劣，交通不便，测量工作开展起来比较困难，但是采用航空测量技术能够对地面的控制点进行控制，而森林区域则无法突破这些存在的局限性，对数据影像的处理处于一个高分辨率的状况。通过对点云数据的分类处理和运算，能够获取三维的房屋、树木等地物，通过激光点云数据对房屋进一步处理，能够测量到树的高度分布图。在交通不便和自然条件恶劣的区域，激光雷达系技术能够克服这些困难，更好的对点云数据信息进行分类处理，满足实际的高度分布图需要。

四、机载激光雷达在电力线路设计方面的优势

超高压送电线路为国家主干电网的重要组成部分，随着国家电力建设水平的提高，建设的速度也在不断的增加，当前对电力建设的要求主要包括以下几个方面：线路距离长、覆盖的范围大；线路建设对安全可靠的要求高；工程建设的周期越来越长，线路通道在选择上也面临着较多的困难。在进行地质环境测量时，获取大面积的三维地表数据，在通道狭窄的区域将地物分辨清楚。

机载激光雷达技术可以盲足当前高速发展的电网建设需要，与传统的测量技术相比，其技术的应用具备一定的优势。直线在数字高程模型、数字地面模型和数字正射影像等数据构建的三维全景环境中对电力线路进行优化设计，涵盖了线路路径、空间测量、风景带、农田、建筑物等绕行、开挖方量自动计算和拆迁计算等，对工程量进行快速的评估。

由于机载激光雷达获得的数据量是三维的，它能够在地图上对测量点进行快速的测量，满足电力线路设计的需求，能够对房屋的高度、树木的高度以及安全距离进行有效的测量，同时在数据的测量时效和精度水平上都比较高，可以适应多种不同的外在地理环境。对于自然条件恶劣的区域，机载激光雷达系统的应用可以提升其应用的效率和策略，不断的增强激光探测的效率，使电力线路的设计更加省心、省力，同时通过后期的优化设计，还可以降低电力线路施工的工程造价，为电力企业节省更多的资金。通过数据的回馈来设计电力线路，在尽量不破坏生态环境的基础上进行设计，能够实现可持续发展的目标，建设资源节约型的电力行业施工。

应用机载激光雷达巡线可以获得测量的数据，利用数据能够建立起真三维电网的GIS系统，通过三维电网系统的方式能够掌握线路走廊内地物与线路的空间关系。设置植被的基本生长参数，可以模拟线路走廊内的植被生产情况，对模拟的风险进行分析，分析其对线路的磁场干扰和安全范围，对不同电压等级的电网管理更加科學高效。

与传统的摄影测量技术相比，其具备以下几方面的优势：作业周期短，能够极大程度的减少野外控制测量和野外调绘的工作；可以直接获取目标的三维坐标，可以在数据成果中进行三维测量；电力线路优化设计的数据产品更加丰富，其精度也更高；优化线路的路径，控制和减少房屋跨度以及房屋拆迁的数量。

五、结语

随着社会发展水平的提升，我国的电力建设的规模也在不断的扩大，机载激光雷达系统在电力线路设计中的应用能够提升数据获取的速度，丰富数据的产品，使测量的精度和效率不断的提升，以便于更好的应用在野外作业的环境中。通过特定的三维电力选线软件，可以通过不同视角来查看真实的三维场景图，对于线路的空间关系，其了解将会更加明确。在对线路通道进行优化时，通过对数据的后期处理，采用激光雷达采集数据信息的形式，控制影像范围，在电力选线工程项目中应用激光雷达技术，对后期的图像进行优化，确保设计单位的线路设计能够在勘测的成本内，降低工程的总投资和总消耗，提升工程的实际效益。

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