電力線路工程測量LIDAR技術應用(yòng)

發布日期：2018-06-22 00:00 浏覽量：8967

　　LIDAR技術可(kě)獲取各種地表數據。它發射的(de)激光(guāng)能穿透地面的(de)植被，在剔除地面植被和(hé)地物(wù)的(de)數據後，就可(kě)以生成地表的(de)數字高(gāo)程模型（DEM）數據。利用(yòng)DEM數據及通(tōng)過差分(fēn)GPS和(hé)INS得(de)到的(de)航空數碼影(yǐng)像的(de)外方位元素，對(duì)航空數碼影(yǐng)像進行正射糾正，可(kě)以生成正射影(yǐng)像圖。還(hái)可(kě)以對(duì)地面的(de)地物(wù)、道路、植被等信息進行分(fēn)類提取。LIDAR技術測量隻需要做(zuò)少量的(de)地面控制點和(hé)少量的(de)外業調繪工作。LIDAR技術不需要做(zuò)航測外控點測量，隻需在利用(yòng)LIDAR技術進行測量時(shí)，在地面做(zuò)少量的(de)基站。LIDAR技術能獲取地物(wù)、植被的(de)數據，還(hái)可(kě)以直接提取所需要的(de)交叉跨越（道路、河(hé)流、電力線、通(tōng)信線等）、房(fáng)屋、獨立地物(wù)等信息。LIDAR技術具有如下(xià)特點：

　　（1）主動式遙感系統：它由機載激光(guāng)掃描儀發射激光(guāng)，接收地面反射回來(lái)的(de)激光(guāng)。激光(guāng)脈沖信号能部分(fēn)穿透植被，可(kě)以同時(shí)獲取地面和(hé)地物(wù)數據。

　　（2）高(gāo)效率：LIDAR技術采集高(gāo)程點的(de)密度大(dà)，能夠迅速采集大(dà)量的(de)高(gāo)程數據。LIDAR數據後處理(lǐ)工作可(kě)以自動或半自動将LIDAR點雲數據轉換爲GIS數據。

　　（3）高(gāo)精度：激光(guāng)脈沖不易受陰影(yǐng)、太陽光(guāng)角度的(de)影(yǐng)響，高(gāo)程精度不受航高(gāo)的(de)限制，它的(de)平面精度可(kě)以達到亞米級，高(gāo)程精度可(kě)以達到10 cm左右。

　　（4）采集的(de)信息豐富：LIDAR技術可(kě)以獲得(de)地面和(hé)地物(wù)三維坐(zuò)标，通(tōng)過濾波處理(lǐ)，可(kě)以得(de)到我們想要的(de)地面、地物(wù)、植被的(de)數據。

　　1 傳統測量技術應用(yòng)

　　在傳統電力線路工程勘測設計中，多(duō)采取工程測量和(hé)航空攝影(yǐng)測量的(de)方法進行。工程測量方法測量的(de)地面信息精度高(gāo)，但外業工作量大(dà)，測量的(de)工期長(cháng)，而且不利于勘測設計的(de)一體化(huà)與優化(huà)設計。而利用(yòng)傳統航空攝影(yǐng)測量進行電力線路勘測設計，不僅需要進行大(dà)量的(de)GPS外控點測量，還(hái)需要進行大(dà)量的(de)野外調繪工作，航測的(de)内業時(shí)間長(cháng)，勘測設計的(de)成本很高(gāo)，工期偏長(cháng)。而且傳統的(de)航空攝影(yǐng)測量在測量植被厚的(de)隐秘地區(qū)時(shí)，測量的(de)高(gāo)程精度很低，影(yǐng)響電氣專業人(rén)員(yuán)準确排杆；傳統的(de)航空攝影(yǐng)測量方法也(yě)不能生成準确的(de)塔基斷面圖。所以，采用(yòng)傳統測量技術進行電力線路工程勘測設計，獲得(de)的(de)勘測成品精度較低，内、外業工作量大(dà)，勘測設計工期長(cháng)，不利于勘測設計優化(huà)，不利于降低工程投資。

　　2 LIDAR技術應用(yòng)方法及流程探討(tǎo)

　　利用(yòng)LIDAR技術進行電力線路的(de)勘測設計具有很大(dà)的(de)優越性。LIDAR技術隻要做(zuò)少量的(de)GPS控制點和(hé)少量的(de)調繪工作，縮短了(le)勘測設計的(de)工期，減少了(le)勘測設計的(de)成本。LIDAR技術的(de)激光(guāng)能穿透植被，得(de)到地面數據，這(zhè)樣就能進行隐秘地帶的(de)測量。對(duì)LIDAR數據進行處理(lǐ)後，可(kě)生成正射影(yǐng)像圖，進而生成帶電力線路路徑的(de)三維數字地面模型圖，可(kě)以方便在上面進行線路路徑選擇。确定了(le)線路路徑後，可(kě)以生成線路平斷面圖，再生成塔基斷面圖，便可(kě)進行一次性勘測設計，能讓勘測設計一體化(huà)，大(dà)大(dà)地縮短了(le)勘測設計的(de)周期，減少了(le)勘測設計成本，并且能進行優化(huà)設計，節省工程投資。

　　（1）LIDAR技術外業航飛(fēi)。

　　首先做(zuò)基站點，基站點要分(fēn)布合理(lǐ)，保證航飛(fēi)時(shí)飛(fēi)機30km内至少有一個(gè)基站。基站需要選在開闊、交通(tōng)便利的(de)地方，沒有樹木(mù)、房(fáng)屋等擋住衛星信号，周圍無電子幹擾源，不能有大(dà)片水(shuǐ)面或其他(tā)反射面。基站最好事先進行高(gāo)程、坐(zuò)标的(de)聯系測量，便于以後進行坐(zuò)标轉換。在進行外業測量的(de)時(shí)候，應注意航帶是要有一定的(de)重疊度，要注意LIDAR系統的(de)以下(xià)參數的(de)選用(yòng)如激光(guāng)波長(cháng)、最大(dà)重複脈沖頻(pín)率、脈沖回波?錄模式、功率、光(guāng)斑尺寸、掃描角、掃描模式等。

　　（2）LIDAR數據内業處理(lǐ)。

　　先進行異常點的(de)剔除，在LIDAR數據中有些數據明(míng)顯不合理(lǐ)，要将它剔除，例如：經過多(duō)重反射回來(lái)的(de)數據、空中飛(fēi)行物(wù)反射的(de)數據等。再進行坐(zuò)标轉換，GPS接收、解算(suàn)的(de)均是WGS84坐(zuò)标，而我們常用(yòng)的(de)一般爲1954北(běi)京坐(zuò)标，要将WGS84坐(zuò)标轉換成1954北(běi)京坐(zuò)标，一般要聯測3個(gè)以上的(de)54坐(zuò)标控制點，進行七參數坐(zuò)标轉換。高(gāo)程系統一般與平面坐(zuò)标同時(shí)處理(lǐ)，将大(dà)地高(gāo)轉換成正高(gāo)。再進行航帶合并，進行航飛(fēi)時(shí)經常有多(duō)條航帶，這(zhè)些航帶必須有（10%～20%）的(de)重疊度，要将不同航帶的(de)LIDAR原始數據進行合并，按一定的(de)順序合并成一個(gè)整體。

　　内業數據處理(lǐ)最重要的(de)步驟是LIDAR數據的(de)濾波。目前可(kě)采用(yòng)芬蘭公司的(de)TerraSolid商業軟件來(lái)實現LIDAR數據的(de)濾波，對(duì)數據進行分(fēn)類和(hé)提取。TerraSolid在MicroStation平台上運行，利用(yòng)瑞典Axelsson等人(rén)提出的(de)分(fēn)類和(hé)提取算(suàn)法，包括TerraScan（用(yòng)于數據分(fēn)類提取）、TerraModeler（用(yòng)于生成和(hé)處理(lǐ)各種面）、TerraPhoto（用(yòng)于處理(lǐ)原始影(yǐng)像）等多(duō)個(gè)模塊。此軟件是目前比較成熟的(de)LIDAR數據處理(lǐ)軟件，但對(duì)複雜(zá)建築，還(hái)需要人(rén)工手動處理(lǐ)。此軟件可(kě)以進行機載激光(guāng)掃描數據的(de)濾波，将地面數據和(hé)地物(wù)數據進行分(fēn)層，再将機載激光(guāng)掃描數據進行無縫拼接（在這(zhè)裏要消除航帶間的(de)系統誤差和(hé)随機誤差），生成DEM數據，并将DEM數據進行分(fēn)層或合并輸出。接著(zhe)進行正射影(yǐng)像圖和(hé)三維立體模型數據的(de)生成，将已有的(de)電力線數據、協議(yì)區(qū)數據、與電力線路路徑有關的(de)拟建、在建項目等相關數據輸入，一起生成正射影(yǐng)像圖和(hé)三維立體模型數據。

　　（3）電力線路路徑優化(huà)。

　　以線路電氣專業人(rén)員(yuán)爲主，在結構、測量、地質、水(shuǐ)文等專業人(rén)員(yuán)的(de)配合下(xià)，進行電力線路的(de)路徑選擇和(hé)優化(huà)。在LIDAR數據生成的(de)正射影(yǐng)像圖和(hé)三維立體模型圖中，設計人(rén)員(yuán)可(kě)以在圖上看到全局的(de)真實情況，能很容易地避開不利的(de)因素，得(de)到合理(lǐ)的(de)線路路徑。由于LIDAR技術能對(duì)隐秘地帶進行測量，能比較準确地獲得(de)每個(gè)塔位的(de)位置和(hé)高(gāo)程，設計人(rén)員(yuán)在選擇路徑時(shí)，可(kě)考慮塔位的(de)具體情況，在設計時(shí)能做(zuò)到線中有位、線位結合，能得(de)到最優的(de)線路路徑。

　　（4）确定線路杆塔位置。

　　在線路的(de)路徑基本确定以後，就可(kě)以生成線路的(de)平斷面圖，也(yě)可(kě)以生成風偏點。美(měi)國的(de)海拉瓦平台和(hé)我國的(de)适普軟件能較好地做(zuò)到這(zhè)些功能。由于LIDAR技術能穿透植被，建立的(de)地面、地物(wù)高(gāo)程模型比較準确，生成的(de)平斷面圖也(yě)比較準确，線路設計人(rén)員(yuán)可(kě)準确地确定杆塔位置。

　　（5）生成塔基斷面圖及三維立體模型。

　　在杆塔位置确定以後，可(kě)以生成較準确的(de)塔基斷面圖。設計人(rén)員(yuán)可(kě)以檢查每一個(gè)塔位的(de)地理(lǐ)情況，如果不合适，還(hái)可(kě)以進行塔位的(de)調整。如果找不到合适的(de)塔位，還(hái)可(kě)以将線路路徑進行調整。接著(zhe)可(kě)制作帶塔位的(de)線路路徑三維立體模型。

　　（6）外業定位放樣。

　　确定了(le)線路路徑、杆塔位置以後，就可(kě)以利用(yòng)RTK（實時(shí)動态）GPS進行外業定位放樣。此階段，要注意檢核危險斷面點、高(gāo)等級電力線、通(tōng)訊線、重要跨越、隐秘地帶的(de)高(gāo)程、塔基斷面等，如，有出入的(de)地方，要及?r改正，并反饋給設計人(rén)員(yuán)。

　　3 應用(yòng)實例

　　在某500 kV線路工程中，應用(yòng)機載激光(guāng)雷達技術進行優化(huà)選線，取得(de)了(le)預期的(de)效果，與初設相比，縮短了(le)線路長(cháng)度1 km，減少了(le)交叉跨越3處，減少了(le)占用(yòng)森林(lín)、農田面積56畝，減少了(le)房(fáng)屋的(de)拆遷4000 m2，節約了(le)工程投資555萬元，切實達到了(le)線路路徑優化(huà)的(de)目的(de)。

　　4 LIDAR技術的(de)誤差分(fēn)析

　　進行了(le)LIDAR系統的(de)完善校正以後，機載LIDAR的(de)定位精度是由GPS的(de)定位精度、姿态測量裝置的(de)量測精度、激光(guāng)測距儀的(de)測距精度和(hé)掃描角的(de)測量精度決定的(de)。系統中任何一種傳感器精度的(de)降低，都會導緻系統定位精度的(de)下(xià)降。誤差公式如下(xià)。

　　在飛(fēi)行高(gāo)度小于600 m、地面坡度小于30°的(de)情況下(xià)，INS的(de)姿态測量精度對(duì)測距誤差的(de)貢獻程度要低于GPS的(de)定位精度對(duì)測距誤差的(de)貢獻程度。随著(zhe)飛(fēi)行高(gāo)度、地面坡度的(de)增加，姿态測量精度對(duì)測距誤差的(de)貢獻也(yě)就逐漸增加而超過GPS定位精度對(duì)測距誤差的(de)貢獻。因此，在低空飛(fēi)行時(shí)主要是要設法提高(gāo)GPS的(de)定位精度，而高(gāo)空飛(fēi)行時(shí)則必須有一個(gè)高(gāo)精度的(de)姿态測量裝置。

　　在某高(gāo)壓線路工程中，使用(yòng)4台天寶GPS 5700，用(yòng)運五飛(fēi)機進行航飛(fēi)，利用(yòng)芬蘭公司的(de)TerraSolid商業軟件進行LIDAR數據處理(lǐ)，并對(duì)測量結果進行了(le)精度分(fēn)析。

　　5 結語

　　利用(yòng)LIDAR技術進行電力線路的(de)勘測設計，隻需做(zuò)少量的(de)地面控制點和(hé)少量的(de)外業調繪工作，能提高(gāo)隐秘地帶測量的(de)高(gāo)程精度，縮短了(le)勘測設計的(de)周期，并且可(kě)以實現勘測設計一體化(huà)。可(kě)方便地進行電力線路工程優化(huà)選線，效率更高(gāo)，操作更簡便。利用(yòng)LIDAR技術生成的(de)三維場(chǎng)景，可(kě)以進行全線漫遊及多(duō)視角觀察，設計人(rén)員(yuán)能更好地進行優化(huà)設計，對(duì)地物(wù)的(de)判斷、空間位置的(de)确定更準确、便捷，能更好地避讓重要地物(wù)，更合理(lǐ)地選擇線路路徑和(hé)杆塔位置。

猜你喜歡：