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摘 要： 摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的各行各業(yè)的發(fā)展也有了一定的發(fā)展。輸電線路三維設(shè)計(jì)作為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，其三維地理場(chǎng)景的建立至關(guān)重要。無人機(jī)激光雷達(dá)作為近年來測(cè)繪領(lǐng)域最為高效的數(shù)據(jù)采集手段，可同時(shí)獲取工程區(qū)域的影像信息和高密度高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)
摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的各行各業(yè)的發(fā)展也有了一定的發(fā)展。輸電線路三維設(shè)計(jì)作為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，其三維地理場(chǎng)景的建立至關(guān)重要。無人機(jī)激光雷達(dá)作為近年來測(cè)繪領(lǐng)域最為高效的數(shù)據(jù)采集手段，可同時(shí)獲取工程區(qū)域的影像信息和高密度高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過對(duì)影像和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，分別生成含有豐富紋理信息的正射影像和高精度的數(shù)字高程模型，兩者結(jié)合生成高精度三維地理場(chǎng)景，從而為輸電線路三維數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：三維激光雷達(dá);輸電線路機(jī)巡;應(yīng)用
引言
近年來，電網(wǎng)建設(shè)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)由于受空域、天氣等因素的影響且數(shù)據(jù)精度偏低，無法直接準(zhǔn)確獲取對(duì)建設(shè)成本和后期運(yùn)維有極大影響的林木以及高壓線、高鐵等交跨物的高度。運(yùn)用激光雷達(dá)技術(shù)可直接獲取地物高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后可導(dǎo)入三維平臺(tái)，方便設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行輸電線路優(yōu)化選線，減少野外工作量。激光雷達(dá)技術(shù)(LiDAR)是指激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)，利用激光光波進(jìn)行類似雷達(dá)的主動(dòng)式遙感技術(shù)。LiDAR可快速、精確地測(cè)量探測(cè)器至物體的距離，通過數(shù)據(jù)處理生成精確的數(shù)字地面模型和正射影像，還可以直接提取所需的交叉跨越、房屋等地物信息。地面架站式LiDAR可以在不接觸目標(biāo)地物的條件下直接獲取地物表面的三維坐標(biāo)，并具有較高的采樣率和測(cè)量精度。相較于傳統(tǒng)攝影測(cè)量和衛(wèi)星測(cè)量，LiDAR具有受天氣影響小、外業(yè)工作量少、無需通過立體像對(duì)量測(cè)直接獲取目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)，且數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高、信息豐富、精度高等優(yōu)勢(shì)。
1概述
輸電線路運(yùn)維業(yè)務(wù)中經(jīng)常需要參考線路本體設(shè)備及通道內(nèi)地物的空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的獲取包括傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法兩大類。傳統(tǒng)方法依靠人力搭乘車輛和小型載人電力直升機(jī)，采用GPS或GPS-RTK、全站儀等傳統(tǒng)測(cè)量工具完成線路巡檢。傳統(tǒng)方法受外界環(huán)境如天氣、地勢(shì)、地表植物等因素的影響較大，且無法解決線塔設(shè)施垂直層面的識(shí)別問題。相比于傳統(tǒng)的方法，現(xiàn)代方法采用遙感和攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)線路巡檢。機(jī)載雷達(dá)三維掃描技術(shù)就是一種新興的電力線路巡檢手段。三維激光雷達(dá)技術(shù)可提供高精度的三維空間信息，巡檢人員可以充分利用該信息對(duì)造成線路安全問題的隱患和異常進(jìn)行分析。另外，由于受外界環(huán)境和導(dǎo)線負(fù)荷量的影響，導(dǎo)線弧垂度會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)線弧垂模型不容易建立，利用機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模后，可直接量測(cè)弧垂到樹木或障礙物的距離;其次，通過自動(dòng)提取電力線點(diǎn)云并進(jìn)行矢量化，自動(dòng)檢測(cè)出危險(xiǎn)點(diǎn)，極大的提高巡檢的效率;再次，可以基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和線路勘測(cè)設(shè)計(jì)成果制作輸電線路三維可視化管理系統(tǒng)，錄入相關(guān)的屬性信息，實(shí)現(xiàn)輸電線路三維可視化管理，并可以不斷地更新數(shù)據(jù)，從而為電力線路規(guī)劃設(shè)計(jì)，運(yùn)行維護(hù)提供高精度測(cè)量數(shù)據(jù)成果。因此，集成開發(fā)基于三維激光雷達(dá)的輸電線路可視化臺(tái)賬軟硬件原型系統(tǒng)是十分有必要的。
2三維激光雷達(dá)在輸電線路機(jī)巡中的應(yīng)用
2.1有效檢測(cè)線路走廊危險(xiǎn)物
在巡檢線路時(shí)，必須要嚴(yán)格檢查導(dǎo)線到線路走廊各種地物的距離，確保兩者之間的距離符合安全距離。在測(cè)量線路走廊危險(xiǎn)物距離時(shí)，首先要將激光點(diǎn)進(jìn)行分類，主要是將地面、樹木、房屋、交叉跨域等進(jìn)行分類。分類出激光點(diǎn)，能夠?qū)?dǎo)線和絕緣子之間的掛線點(diǎn)準(zhǔn)確找出，在擬合導(dǎo)線弧垂時(shí)，可以采用懸鏈線方程，而每根懸鏈線需要對(duì)應(yīng)一個(gè)導(dǎo)線。利用懸鏈線方法可以將線路到所有地物點(diǎn)非常容易量測(cè)和計(jì)算出來。當(dāng)計(jì)算出距離沒有符合安全要求時(shí)，就會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，將圖表輸出，主要是危險(xiǎn)點(diǎn)平斷面圖等，為工作人員的檢修和維護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。其次在檢測(cè)線路到物點(diǎn)距離時(shí)，要按照最高氣溫情況等天氣，而獲得最大弧垂。在建立線路模式時(shí)，需要將外界的溫度、風(fēng)速、溫度、氣壓、日照強(qiáng)度以及線路的電流量等條件進(jìn)行采用激光數(shù)據(jù)采集，以構(gòu)建良好的線路弧垂模型，并將弧垂?fàn)顟B(tài)進(jìn)行有效計(jì)算。
2.2平斷面量測(cè)
在施工圖階段，需要根據(jù)設(shè)計(jì)提供的最終線路路徑在立體大場(chǎng)景模型中進(jìn)行輸電線平斷面測(cè)量工作。根據(jù)無人機(jī)航測(cè)制作的正射影像、數(shù)字高程模型可直接在軟件中繪制平斷面圖，而通過激光雷達(dá)采集的高精度交跨點(diǎn)云數(shù)據(jù)可在軟件中自動(dòng)提取交叉跨越的高程，擺脫了傳統(tǒng)航測(cè)需要佩戴立體眼鏡的立體測(cè)圖模式。精度方面完全符合線路工程中平面1∶5000、斷面1∶500的測(cè)圖要求，滿足輸電線路優(yōu)化選線以及平斷面圖數(shù)據(jù)采集的要求。
2.3安全距離檢測(cè)及斷面圖分析
建立每一檔三維點(diǎn)云的空間索引，計(jì)算電力線與其他電力線或樹木、建筑等地物之間的距離與關(guān)系。并參照運(yùn)行規(guī)程中所規(guī)定的安全距離自動(dòng)提取不滿足規(guī)范要求的缺陷區(qū)域，并形成報(bào)表。對(duì)運(yùn)維人員指定的位置自動(dòng)提取與生成通道地物的橫、縱斷面圖，進(jìn)一步提高導(dǎo)線與地物空間距離分析的直觀性與準(zhǔn)確性，同時(shí)為制作間隔棒與相間間隔棒提供尺寸參考依據(jù)。
2.4評(píng)估和管理樹木砍伐
在建設(shè)電力線路時(shí)，穿過林地中，就需要將線路穿過林地的面積、高度、體積進(jìn)行有效的管理和評(píng)估，同時(shí)也要將建設(shè)成本進(jìn)行評(píng)估。電力線路在建設(shè)完成后，要對(duì)線路通過的樹木空間信息進(jìn)行分析和計(jì)算，空間信息主要包括林地樹種的年自然生長(zhǎng)率，這時(shí)就可以將樹木的最佳剪伐量進(jìn)行有效計(jì)算。利用三維激光雷達(dá)技術(shù)，通過激光點(diǎn)云，可以將樹林空間的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行全面獲取，將樹木的高度和樹冠等幾何特征計(jì)算出來。另外為了獲得樹林的覆蓋率，利用三維激光雷達(dá)技術(shù)可以將突變線信息和光譜信息將覆蓋率計(jì)計(jì)算出來。并且也可以有效的將樹木高度、面積、體積以及規(guī)格進(jìn)行識(shí)別和計(jì)算，為線路的勘測(cè)進(jìn)行自動(dòng)化估算，保證了輸電線路的安全運(yùn)行。
結(jié)語
無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)與傳統(tǒng)無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)相比，不僅能獲取紋理豐富的正射影像，還能利用激光較強(qiáng)的穿透能力，獲取真實(shí)的地形信息，在山區(qū)密林較多的情況下，激光雷達(dá)技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加顯著，其生成的高精度三維地理場(chǎng)景能夠滿足工程設(shè)計(jì)需求，大大提高了作業(yè)自動(dòng)化水平，減少了野外測(cè)量工作量。與此同時(shí)機(jī)載機(jī)關(guān)雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)在仍處于一個(gè)不斷發(fā)展、完善、更新的階段。隨著系統(tǒng)硬件及軟件功能的提升必將使其在電力上的應(yīng)用更加深入。
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