架空输电线路机载三维激光雷达扫描数据处理技术研究与应用

架空输电线路机载三维激光雷达扫描数据处理技术研究与应

用

摘要：机载激光雷达测量是将三维激光扫描仪和航空摄像机装载在飞机上，利用激光测距原理和航空摄影测量原理，快速获取大面积输电线路及通道表面三维数据的技术，可用于快速生成数字高程模型、数字表面模型和数字正射影像。对于已建电网线路，利用机载激光雷达测量技术，高精度地恢复线路和走廊，可自动量测地物到导线的距离，实现危险点预警；也可实现线路三维可视化管理和各种专业分析。

关键词：输电线路、三维激光雷达、载人直升机、巡检、数据处理

1数据处理过程

数据处理主要包括三维激光扫描点云数据预处理、输电线路及通道地物特征提取、点云数据空间分析及输电线路工况、环境参数模拟等方面开展研究工作，实现以下目标：

1）实现点云数据的预处理，即将点云原始数据转化为标准的LAS点云数据； 2）实现输电线路走廊DOM数据的生产、实现输电线路及其组件结构关系的建模与空间分析；

3）依据南网架空输电线路运行安全规程，实现输电线路的安全距离、交叉跨越、特殊工况安全距离等的分析，并出具分析报告，实现输电线路的全景工况展现。

具体数据处理流程图如图1-1所示。

图1 2预处理流程图

1.1数据预处理

1.1.1预处理流程

具体流程如图1-2所示。

1.1.2预处理软硬件配置

由于巡线飞行数据量大，为了保证处理速度与现场处理的便捷性，需要一台64位或多台性能较好的移动图形工作站。LiDAR数据预处理用到的软件主要有3个，分别为POS数据处理软件、SDC import软件和RIWORLD软件。本次原始点云数据为503.57GB，原始GPS数据为862.8MB。如果飞行1000km，单人单机总处理时间为140小时，50km的线路LiDAR原始数据的预处理，单人单机可以在7小时左右可以完成处理。

1.1.3相对距离精度分析

为了对比不同点云预处理方式（采用架设基站、无基站和精密星历数据），先在架设基站的两条线路上分别选择15基杆塔，每基塔分别选择塔顶和塔底两个点，计算出这两个点的距离，然后将采用无基站和精密星历数据与采用基站数据的距离进行做差，得到相对距离差后，再进行中误差的计算

考虑到采集的激光点云数据，主要的目的是用来进行导线与地面植被点距离的量测（相对距离），采用架设基站与无基站、精密星历数据处理的点云，其两点的距离差均在范围以内，因此直升机搭载LiDAR进行输电线路飞行时，可以不进行基站的架设，既提高作业效率也可以保证采集数据的精度。

1.2数据后处理

1.2.1杆塔快速建模

在采集到的点云数据中快速标记直线塔和耐张塔将点云数据中的所有杆塔进行标记，同时输入杆塔编号，实现杆塔范围的快速建模。

1.2.2线路通道建模

机标记完所有杆塔后，输入线路基础信息，包括名称、最大负荷、电压等级等线路基本信息，生成线路走廊，实现输电线路走廊建模。

1.2.3分段建模

定义好杆塔后，对输电线路进行分档，每一档中只有两基杆塔和中间的线路，实现输电线路分段建模。每一档数据为最小的数据处理和分析单位。

1.2.4自动分类

使用最小二乘法对每一档的点云数据进行自动分类，将点云数据分为地面和地上两类对象模型。如图1-3

图1-3

1.2.5精细对象化建模

在地上模型数据中针对杆塔、导线、植被、树木、建筑物、弱电线路、公路、铁路、河流、湖泊等要素进行精细的对象化建模，为三维展示和数据分析提供精确的数据支撑。如图1-4

1.2.6DEM数据拼接与镶嵌

点云数据由于数据量较大，通常是分段存储，因而提取的DEM数据也是由多段构成，所以需要把提取多个DEM进行拼接，再镶嵌到全省的DEM数据中。

1.2.7影像拼接和融合

倾斜摄影是指用过由一定倾斜角的航摄相机所获取的影像。倾斜摄影的照片一般是4-5秒一张的速度进行拍摄，得到的照片需要拼接和融合，并结合pos信息生成GIS识别的DOM 文件。

1.2.8DOM和DEM叠加

使用点云数据提取的DEM数据和倾斜摄影拼接的DOM数据进行叠加，为三维GIS提供基础的地形数据，展示真实三维地形。

1.3原始数据预处理成果示例图1-5、1-6

2总结

机载激光雷达测量技术，是继全球定位系统以来在遥感测绘领域的又一场技术革命，其同步采集高精度激光点云和高分辨率数码影像数据，与地理信息技术结合，在电网建设和管理中具有广泛的用途，具有作业速度快、外业工作量小、测量精度高、测量数据量大、自动化程度高、最大限度真实地反映地表情况等特点。无论对新建线路的走向选择设计，还是对已建线路的危险点巡线检查、线路资产管理以及各种专业分析，都带来了传统测绘手段所不具备的应用模式和技术优势。

参考文献：

《架空输电线路运行规程》DL/T 741-2010

《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》 Q/CSG510001-2015

《架空输电线路机载激光雷达测量技术规程》DL/T-20P