机载激光雷达技术在电力选线工程中的应用-长江科学院院报

㊀㊀文章编号： １ ０ ０ １－ ５ ４ ８ ５ （ ２ ０ １ ０ ） ０ １－ ０ ０ ２ ６－ ０ ３
机载激光雷达技术在电力选线工程中的应用
， ２ 张晓东１ ，窦延娟２，刘㊀平２，张㊀煜３
（ １ ． 国家海洋局第二海洋研究所 卫星海洋环境动力学国家重点实验室， 杭州㊀３ １ ０ ０ １ ２ ； ２ ． 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室， 武汉㊀４ ３ ０ ０ ７ ９ ； ３ ． 长江科学院 空间信息技术应用研究所， 武汉㊀４ ３ ０ ０ １ ０ ） 摘要： 介绍了机载激光雷达技术及传统电力选线的方法， 阐述了机载激光雷达技术在电力选线工程中的具体应用 优势， 主要体现在线路及立杆点的优化设计、 需要砍伐树木的面积估算、 房屋拆迁数量估算、 树木及房屋高度测量、 实时断面量测等方面。介绍了机载激光雷达技术在安徽省电力线路设计项目中的应用， 相关的数据处理， 以及基 于Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ 用Ｖ Ｂ语言开发的真三维电力选线测图系统。野外测量表明， 应用该系统选线能够满足电力选线的精度 要求。最后客观总结了该技术的优缺点， 同时指出该技术在未来具有的应用前景。 关㊀键㊀词： 机载激光雷达； Ｄ Ｅ Ｍ； Ｄ Ｏ Ｍ； 电力选线 中图分类号： Ｐ ４ ０ ７ ． ８ ㊀㊀㊀文献标识码： Ａ
第 １期
张晓东 等㊀机载激光雷达技术在电力选线工程中的应用
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２ ］ 性的制约 ［ ， 对于植被茂密的地区无法测量， 或直
３ ． １ ． ４ ㊀树高、 房高测量 应用激光雷达的点云数据， 可以方便快捷地测 量设计线路走廊内植被的高度、 房屋的高度等， 避免 了传统航测作业中由内业人员逐点进行立体量测的 繁琐过程。图 １所示为已完成分类的地面及不同高 度植被测量。
１ ］ 确定最终线路并埋设标石， 用于后期勘测［ 。
进行传统的图上选线时， 设计人员使用的地形 图资料由测量专业组提供或从测绘局购买。传统地 形图是二维的， 三维信息只能通过等高线和高程注 记获取， 产品单一且不直观； 而测量专业组进行实地 地形图测绘时， 速度慢、 工期长， 而且受到视野局限
收稿日期： ２ ０ ０ ９ ０ ７ ０ ６ 基金项目： 中国 博 士 后 科 学 基 金 （ ２ ０ ０ ７ ０ ４ １ １ １ ７ ２ ） ； 湖北省自然科学基金（ ２ ０ ０ ７ Ａ Ｂ Ａ ０ ４ ２ ） ； 中央级公益性科研院所基本科研业务专项 Ｙ ＷＦ ２ ０ ０ ８ ０ ７ ） ； 长江科学院科研基金项目（ Ｙ Ｊ Ｊ ０ ８ ０ ４ ） （ 作者简介： 张晓东（ １ ９ ７ ４ ） ， 男， 湖北黄陂人， 副教授， 主要从事遥感图像、 Ｌ Ｉ Ｄ Ａ Ｒ数据处理与应用研究， 以及相关的软件开发工作， （ 电话） １ ３ ８ ７ １ ２ ２ ５ ０ ３ ７ （ 电子信箱） ｄ ｏ ｎ ｇ ＿ ｗ ｉ ｎ ｄ ｙ ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ 。
覆盖的山区时， 电力线路设计和建设的技术难度大，
１ ㊀概㊀述
机载激光雷达（ Ａ ｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎ ｅＬ ｉ ｇ ｈ ｔ Ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄＲ ａ ｎ ， 简称机载 Ｌ Ｉ Ｄ Ａ Ｒ ） 源于 １ ９ ８ ８ １ ９ ９ ３年间德国斯 ｇ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｔ ｕ ｔ ｔ ｇ ａ ｒ ｔ ） 大学研制的空载激光雷达测量系统 图加特（ （ Ａ ｃ ｋ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｎ － １ ９ ） ， 该系统成功地将激光雷达技术与 即时定位定姿系统结合。机载激光雷达集激光、 全球 定位系统和惯性导航系统 ３ 种技术于一身， 它将激光 扫描仪、 Ｇ Ｐ Ｓ 接受机、 惯性导航系统、 数码相机及控制 元件等搭载在载体飞机上， 通过主动向目标地表发射 激光脉冲获取地表的三维信息， 突破了传统航空摄影 测量被动成像的局限性， 从系统研制开发成功后即得 到迅速发展， 现已成为 ２ １世纪具有极大应用前景的 空间信息获取技术。由于激光波长短（ 一般在 ８ ０ ０ １６ ０ ０ｎ ｍ ） ， 能够穿透植被叶冠到达地表， 可同时获取 地表和植被的信息， 此外还能够探测细小目标， 如电 力线， 这些都是传统测量技术无法做到的。 目前我国正在加快电网建设， 国家电网公司和 南方电网公司的“ 十一五” 电网发展规划显示， 今后 这表明 五年， 我国电网建设总投资将超过 １万亿元， 我国将迎来一轮大规模电网建设高潮。此次“ 十一 五” 电网建设范围大、 线路长， 尤其当线路穿越植被
㊀ 第２ ７ 卷第１ 期 ㊀㊀２０１０年 １月
长㊀江㊀科㊀学㊀院㊀院㊀报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅＲ ｉ ｖ ｅ ｒＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃＲ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ７ ㊀Ｎ ｏ ． Biblioteka Baidu ㊀㊀ Ｊ ａ ｎ ．２０ １ ０ ㊀㊀
接采取将视野范围内植被砍伐掉再进行测量的手 段， 造成许多不必要的植被砍伐， 破坏了周围环境。 航空摄影测量技术虽然可实现三维图的重建， 但是 无法穿透植被获取植被下的地形信息。
３ ㊀在电力选线工程中的应用
３ ． １ ㊀技术应用优势 激光雷达可穿透植被， 快速获取地表的三维信 息， 在电力选线工程中有着越来越广泛的应用趋势。 通过对机载激光雷达数据及其同时拍摄的影像数据 进行一系 列 处 理， 可以得到高精度的 Ｄ Ｅ Ｍ、 Ｄ Ｓ Ｍ、 Ｄ Ｏ Ｍ， 等高线以及植被分类图等丰富的地表信息， 结合 Ｄ Ｓ Ｍ和 Ｄ Ｏ Ｍ 可得到真实的三维场景图， 参考 三维场景图进行电力选线， 可从不同视角观看线路 周围的地物、 地貌信息， 使设计人员在室内即可高效
给电网建设提出了更高的技术要求。应用激光雷达 技术进行数据采集， 可加快电网设计的进度， 同时使 工程投资预算更加科学， 该技术在我国电力线建设 工程中将会得到越来越广泛的应用。
２ ㊀传统电力选线方法
传统电力选线一般包括图上选线和野外选线 ２ 个过程， 图上选线一般在比例为１ ʒ ５０ ０ ０ ， １ ʒ １ ００ ０ ０ 或 更大比例的地形图上进行， 先将线路的起始端标出， 然后将一切可能选线方案的转角点用不同颜色的线 连接起来， 即构成若干个路径的初步方案。根据收集 到的有关资料， 舍去明显不合理的方案， 对剩下的方 案进行比较和计算， 锁定 ２ ３个较优方案， 待野外踏 勘后决定取舍， 确定线路最佳方案。图上选线完成之 后进行野外选线， 将图上选定的路径进行现场落实，