基于机载激光雷达的某电力线路工程测量实施思路研究

基于机载激光雷达的某电力线路工程测量实施思路研究

摘要:本文基于笔者参与的某电力线路工程测量经验,以LIDAR 技术在该工程测量中的应用为研究对象,分析了机载激光雷达线路工程测量的模式,结合工程实例探讨了具体的实施思路,详细探讨了数据处理的方式,相信对同行有所裨益。

关键词:LIDAR 电力线路优化DEM

1 引言

机载激光雷达系统(Light Detection And Ranging,简称LIDAR),也叫机载激光雷达,是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统,它集成了激光扫描仪、差分GPS系统、IMU(Inertial Measurement Unit,惯性量测单元,用以量测飞机平台的飞行姿态)、数码相机。在动态载波相位差分GPS系统和IMU的支持下,激光扫描系统通过激光扫描器和距离传感器,经由微计算机对测量资料进行内部处理,显示或存储、输出距离和角度等资料,并与距离传感器获取的数据相匹配,经过相应软件进行一系列处理来获取被测目标的表面形态和三维坐标数据,从而进行各种量算或建立立体模型。

2 LIDAR数据获取的基本原理

当机载LIDAR航摄飞行时,激光扫描仪发射、接收激光束,对地面进行线状扫描,与此同时,动态GPS系统确定传感器的空间位置(经纬

度),IMU测量飞机的实时姿态数据,即滚动、仰俯和航偏角。由于系统的几个部分同步工作并集成于一体,GPS和IMU的数据融合极为方便,所以经后期地面数据处理后,即可获取地面的三维数据(图1)。

3 机载激光雷达线路工程测量模式分析

三维激光雷达技术应用于输电线路优化设计包括数据获取、数据处理、优化设计等工作内容。

(1)原始数据采集:在航飞前要制订飞行计划,安置全球定位系统接收机、激光扫描测量、惯性测量、数码相机等。(2)基础数据处理:机载激光雷达测量系统在野外采集得到的数据需要进行一定的处理才能得到需要的信息。数据处理的内容包括:确定航迹、激光扫描测量数据处理、数据分类处理、坐标匹配、影像数据的定向和镶嵌、建立三维地形模型。(3)线路工程测量:以高精度、高分辨率正射影像和激光点云数据、数字高程模型数据为基础,采用二、三维结合方式,结

合架空送电线路设计业务需求,采用多人协同设计,实现线路路径优化设计、杆塔优化设计的一体化全流程应用。

4 工程应用实例

4.1 工程概况

针对500KV某变送电线路工程(线路长度约为130km)。除变电站附近地形为平地外,其余为山地地形。植被以稀疏灌木林为主,局部间杂茂密,交通条件一般。

4.2 激光测量系统检校

将机载激光测量系统安装到飞行器上后,首先必须进行系统检校,以获取相关参数,保证数据精度。包括激光扫描仪的检校和数码相机的检校,必须按照相关技术手册进行。

4.3 地面GPS设基准站

激光飞行时需在地面布设GPS基准站,旨在航摄期间连续获取与机载GPS同步的观测数据,通过事后联合差分解算机载GPS轨迹。相邻基站间最大间距不得超过60km。

4.4 实施航空摄影飞行

根据激光测量系统的检校参数,结合工程设计的航带,确定作业飞机的飞行参数及测量参数,选择合适的影像地面采样率、带宽和激光

点间距等参数,实施航飞过程。

4.5 数据处理

将机载激光扫描测量数据转化为线路勘测设计数据大致要经过下列几个步骤。

4.5.1 制作DEM、DSM和DOM

采用专业软件,导入激光点数据,设置分析参数,进行自动分类,区别地面、房屋、植被等,经分析对比,目前自动分类准确率仅为20%～30%。在此基础上采用人工干预方式结合影像进行精确分类,得到准确的数字高程模型和数字表面模型和房屋等信息。采用数码影像和精度更高的激光数据,经过纠正、镶嵌,可以获取比传统方法更加精确的正射影像图(DOM)。

4.5.2 制作平断面图

平断面图是输电线路勘测的主要成果之一。平面图通过立体作业平台获取。在断面图绘制中,中线、边线断面及风偏危险点从DEM中自动提取。由于激光扫描测量系统所采集的点密度非常大,精度也较高,所含信息丰富,使得中线、边线断面可以同时获取DEM和DSM 2种数据,并且更加贴近真实地表,更好地服务于计算机的自动优化排位。在本工程中,我们将常规工程测量方法获取的数据、传统的航测摄影测量数据和激光扫描测量数据进行了比较,证明机载激光扫描测

量数据是可靠的,其断面精度略高于普通航测断面精度。

4.5.3 绘制塔基地形图

从环境保护的角度考虑,在超高压、特高压输电线路勘测设计中杆塔位全方位高低腿已成必然趋势,因此结构专业对于塔基地形图测量的要求越来越高。目前条件下线路终勘的塔基地形图大都采用工测方法测量,占用了大量的人力和时间(50％～70％),不仅费时费力,而且点不容易测到位,内业处理工作量也较大。随着激光扫描测量技术的发展和成熟,精度越来越高,必将促进塔基地形图的数据采集和处理真正实现自动化。另外,激光点精度较高,点间距约2m,在特定区域进行土方量自动平衡计算,可得准确的土方量值。

5 结论

(1)三维激光雷达技术使整个电网走廊、变电所基于三维真实场景,并与实时监测、视频等于一体的可视化成为可能;三维激光雷达技术使已建、新建电网,以及电网相关环境所有信息快速、低成本、高精度、全面获取成为可能,将实现电网的真正信息化。

(2)三维激光雷达技术与三维可视化技术、专家知识技术的融合,实现电网的三维可视化、智能化的仿真成为可能。

参考文献

[1] 张祖勋,张剑清．数字摄影测量学．武汉测绘科技大学出版

社,1997．

[2] 程正逢,王盛才,等.航空激光扫描测量系统在国外工程中的应用.地理空间信息,2003(3).