1、    機載lidar在輸電線工程中的應用    劉奇摘 要：隨著lidar技術逐漸成熟，應用領域越來越廣泛，其中輸電線工程是其主要的工程應用領域之一。文章介紹了機載lidar的基本原理和數據獲取流程；總結其在輸電線工程中的應用現狀，并對機載lidar在輸電線工程中的應用前景進行了展望。關鍵詞：機載lidar；路徑優化；巡檢；三維建模：tm75 文獻標志碼：a ：2095-2945（2018）24-0160-03abstract： with the gradual maturity of lidar technology， the application

2、 field is more and more extensive， among which the transmission line engineering is one of the main engineering application fields. this paper introduces the basic principle and data acquisition flow of airborne lidar， summarizes its application status in power line engineering， and looks forward to

3、 the application prospect of airborne lidar in transmission line engineering.keywords： airborne lidar； path optimization； inspection； 3d modeling1 概述機載lidar是一種新型的測繪技術，由激光掃描系統、全球定位系統和慣性導航系統組成，與傳統數據獲取手段相比，能夠快速獲取地物三維空間數據、強度信息、影像數據，并且測量精度較高1。近年來，隨著機載lidar軟硬件設備日趨成熟，在數字城市、大比例尺地形圖測繪、輸電線工程等領域得到了廣泛的應用。其中輸電線工

4、程涉及地形圖測繪、優化選線、電力線巡檢、電網數字化等數據的獲取，而傳統的數據獲取方式已經不能滿足智能電網快速發展的需求，利用機載lidar技術不僅能為輸電線勘測提供地形圖及優化選線，而且可以用于輸電線路走廊通道巡檢和三維模型建立2，極大地提高了輸電線工程的作業效率，降低了作業成本，在輸電線工程中具有重要的應用價值。2 機載lidar簡介2.1 機載lidar的基本原理機載lidar是以飛機作為搭載平臺，集成激光掃描系統、全球定位系統、慣性導航系統和光學相機為一體的新型測繪技術。其工作原理如圖1，通過搭載在飛機上的激光掃描儀主動向地物發射激光脈沖，部分激光脈沖到達地物表面后被反射回來，激光掃描儀

5、接收反射回來的激光脈沖，并可以準確地記錄激光脈沖從發射到被反射回來的時間。因為激光脈沖是以光速傳播的，根據激光脈沖傳播時間和速度可以準確地計算出激光脈沖的傳播距離，即激光掃描儀與地物的距離。而全球定位系統可以測得lidar的位置信息，慣性導航系統能準確測定激光發射方向，根據測得的幾何參數及空間位置關系，可以準確地計算出地物三維坐標（x，y，z）3。同時，能夠獲取激光回波強度信息。2.2 機載lidar數據獲取流程機載lidar數據采集設備包含激光雷達設備、地面站gps接收機、設備載體（無人機或載人直升機），通過載體搭載的激光雷達設備獲取地面點的三維坐標4。機載lidar數據獲取的工作環節，主要

6、包括前期準備、航測數據采集和數據處理。具體流程如圖2所示。機載lidar數據采集的前期準備主要包括航測設計、測區踏勘、空域申請，在前期準備階段，對設備進行安裝調試，以確保設備的性能正常。在測區踏勘時，需要根據測區的地理環境選擇合適的位置建立地面基站，并測量地面基站的坐標。根據項目安排，提前向民航局相關部門申請飛行空域計劃，待空域審批以后，選擇合適的天氣進行外業飛行。通過外業航飛，可以獲取原始影像數據、imu數據、gnss數據和激光數據，將imu數據、gnss數據和激光數據經過預處理，得到地物三維坐標。根據實際工程應用，需要進一步處理三維激光點云數據和影像數據，主要的工作有lidar數據分類、數

7、字高程模型（dem）制作、數字正射影像（dom）制作和三維建模。3 機載lidar在輸電線工程中的應用3.1 輸電線工程測圖輸電線是我國電網的主要組成部分，隨著我國電力建設的高速發展，輸電線工程建設或改造要求越來越高。因為輸電線距離較長、覆蓋范圍廣、建設安全性要求較高、建設周期要求越來越短，而在輸電線建設初期，需要獲取沿線的地形圖以及變電站選址的地形圖。傳統的地形圖主要通過工程測量的方法繪制，雖然精度較高，但是時間周期較長，需要投入大量的人力成本。隨著無人機攝影測量技術的發展，在輸電線工程測圖中逐漸利用航測方法以及與工程測量相結合的方法得到地形圖，雖然克服了傳統工程測量的一些弊端，但是仍存在外

8、業工作量大，數據精度較低等問題5。近年來，三維激光雷達技術發展走向成熟，國內外軟硬件設備廠商越來越多，設備價格逐漸下降，在輸電線工程測圖中也逐步的開始應用起來。與傳統工程測量以及攝影測量相比，具有測量精度較高、覆蓋范圍大、作業周期短等優勢，特別是在山區地理環境較差的情況，機載lidar便能充分發揮全天候、全地形的技術優勢。3.2 輸電線路徑優化在輸電線路工程勘測設計中，需要獲得沿線的斷面圖，利用斷面圖進行線路規劃設計，選擇輸電線最優路徑。目前常采用傳統航空攝影測量的方法制作平斷面圖，然后再進行優化選線。雖然通過航空攝影測量技術能夠大幅度提高工作效率，降低勞動強度，但是傳統的航空攝影測量方法所獲

9、取的平斷面圖的高程精度較低，而在輸電線路徑優化工作中對高程精度要求較高6。機載lidar技術的出現，為輸電線路徑優化提供了另一種解決方案。利用機載lidar獲取線路沿線的高分辨率影像數據和激光點云數據，經過進一步的數據處理得到數字高程模型、數字正射影像、數字表面模型等，并實現線路沿線的真實三維場景還原，為優化選線工作提供高精度的基礎數據。通過獲取的高精度線路斷面圖優化輸電線路徑，有效避開各種障礙物，裁彎取直；優化排桿，減少桿塔用量，節約成本；避免過多的森林砍伐、占用農田、障礙物拆遷等，降低輸電線工程成本7。與傳統航空攝影測量的方法相比，獲取的平斷面圖精度較高、作業周期更短、數據信息較豐富、降低

10、工程成本等。雖然近幾年lidar數據處理的各種商業軟件逐漸成熟，但是還沒有成熟的輸電線優化選線lidar數據處理平臺推出。不過在國內已經有多家單位嘗試用機載lidar技術進行輸電線路徑優化選線，并取得了較好的成果。3.3 輸電線路巡檢輸電線路巡檢是電網運營維護管理工作中必不可少的環節。為了確保輸電線日常運行的安全穩定，通常需要定期開展對輸電線路的巡視工作，以便準確地掌握輸電線運行狀況，及時排除線路的隱患。比如，隨著輸電線走廊通道的樹木生長，其離輸電線的安全距離不夠，抑或是輸電線下方新建房屋，其離輸電線的交叉跨越距離不夠等都是輸電線通道內的潛在安全隱患。傳統的輸電線巡檢以人工方式進行，工作人員沿

11、輸電線逐基塔進行巡視，勞動強度大，作業周期長，且對于地形復雜的區域，難以進行巡線工作8。采用機載lidar技術可直接獲取線路走廊內的大量高精度激光點云數據。以實現輸電線路數據的全自動精細化巡檢，包括樹高房高、塔桿傾斜、電力弧垂及交叉跨越的量測及分析，并輸出檢測分析報告，為運維人員及時提前發現潛在的安全隱患、及時消除隱患以防患于未然9。具體包括以下幾點：（1）基于機載激光雷達數據能夠快速獲取線路走廊高精度的三維空間信息及高分辨率的真彩色影像信息，可實現線路交叉跨越高度、樹高、房高、線路與周邊地物空間距離的高精度實時測量等。（2）借助影像可識別電力設施的鳥巢等障礙物、螺栓缺失、絕緣子串損害等排查。

12、（3）通過多次數據的對比分析，可識別線路長時間運行后桿塔有無傾斜、傾斜角度多大、有無偏移。（4）通過周期性獲取的線路走廊植被點云的分析，可動態監測植物的生長情況，模擬植被生長狀態，預先獲取線路凈空內樹木的超高量，以滿足安全運行要求。（5）凈空排查：主要對通道環境中違章建筑、建筑物、樹木及交叉線路與導線之間的安全距離檢測。3.4 數字電網數字化電網是現代電網建設的必然產物，它利用先進的信息和網路技術在虛擬世界中對電網進行全信息仿真，人們可以清楚地掌握電力系統的運行方式，可以隨時查看區域內輸電線路進過的路徑、地形地貌山川河流、鐵路公路并統計區域內的線路個數、桿塔數。同時可以在電腦上清楚地找到電網所

13、處的鳥害區、雷害區、污閃區以及所選輸電線路走廊中的距離量測、凈空排查、線路走廊植被生長情況分析等功能。將輸電線設備數字化管理是智能電網建設的一項重要工作，其核心內容是設備的三維建模。利用機載lidar技術能快速獲取輸電線走廊通道的三維場景數據，實現輸電線通道的三維還原10。同時，可以通過數據處理獲得輸電線通道的地形。而輸電線相關設備的三維模型可以通過高密度、高精度的點云數據建立。隨著智能電網的建設，機載lidar將發揮重要的作用。4 結束語機載lidar在工程應用中具有高精度、高密度、高效率等優勢，隨著其軟硬件設備的日趨成熟，必將成為主流的數據獲取技術。而傳統的數據獲取方式已經不能滿足現代電網

14、建設發展的需求，機載lidar技術將被廣泛應用于輸電線路工程中。參考文獻：1程亮，龔健雅，韓文泉.lidar與影像集成的真實感建筑物三維重建研究進展j.測繪科學，2009，34（01）：21-24.2全曉萍，宋志勇.lidar基本原理及其在電力勘測中的應用j.科技創新導報，2007（32）：97.3段敏燕.機載激光雷達點云電力線三維重建方法研究d.武漢大學，2015.4王明華，張小紅，曾濤，等.機載lidar數據濾波預處理方法研究j.武漢大學學報（信息科學版），2010，35（02）：224-227.5汪巖松，許邦鑫，劉平.適用于山區輸電線路優化設計的機載激光雷達數據采集與處理方法j.電力勘測設計，2012（05）：71-76.6楊曉冬.三維激光雷達技術在輸電線路優化設計中的應用j.遙感信息，2007（02）：24-27+102