机载激光雷达数据在特高压输电工程中的应用

机载激光雷达数据在特高压输电工程中的应用

孙宇

(国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽市028000)

摘要：机载激光雷达数据由于具有高精度、高分辨率、点云密度大以及方便可视化处理等优点，逐渐被应用于基础测绘、三维建模、林木调查以及电力勘测等领域。为了论证机载激光雷达数据在山区输电线路工程中的优势，满足特高压输电线路工程勘测基本要求，结合±800kV特高压直流输电线路工程，从线路路径优化、定位、平断面测量等角度，阐述了机载激光雷达数据在山区特高压输电工程中的具体应用，并将机载激光雷达数据与实测数据对比，结果表明，机载激光雷达数据在山区工程中应用广泛且测量精度较高，能够满足输电线路工程设计要求，可以极大的提高外业勘测效率。

关键词：机载激光；雷达数据；特高压输电工程；应用

引言

在输电线路工程中，机载激光雷达测量技术主要是利用飞行平台搭载激光扫描测量设备获取线路走廊的影像及点云数据，较传统航空摄影测量技术而言，其高程精度更高、自动化程度更强、植被穿透能力更好，在山区或植被覆盖密集区域，其优势更加明显。对于新建输电线路工程，机载激光雷达数据可应用于线路路径优化、杆塔排位、平断面测量、塔基地形及塔基断面测量等工作，可极大提高野外工作效率，减少野外勘测人员漏测、误测重要敏感点、地形地物等。

1机载激光雷达数据简介

机载激光雷达数据是由机载激光雷达系统按照预先设计航线飞行获取得到的高精度、高分辨率的地表三维坐标数据，主要由点云几何数据、影像数据、激光强度数据、激光回波数据组成，其中点云几何数据是核心部分。利用点云几何数据和影像数据可以生成数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字地表模型（DSM）等测绘成品，对这些测绘成品经过人机交互式操作，可以得到输电线路初步测量成果。

2机载激光雷达数据在输电线路中的应用

2.1线路路径优化

线路路径优化是输电线路设计中的一个重要环节，可以更好地规划线路走向，减少后期改线的可能性，降低成本；而线路路径优化需要较高精度的测绘基础数据作为辅助资料，尤其是山区工程，路径的选择受多方面影响，传统航测数据虽然能够识别线下地物，但高程数据精度不够，生成的地形等高线也不够准确，部分关键敏感点也不能在图上直接测量。采用机载激光雷达数据进行输电线路路径优化，可以从高精度的DEM数据中自动提取线路路径断面，进行预排杆；从DOM数据中直接测量线路敏感点，可规避大片房屋、重要林木等；此外，还可以依据点云数据与DOM数据，选择与已有输电线路、重要等级公路的交叉跨越点，保证路径方案可行性，从而提高输电线路路径优化效果和设计质量。

2.2终勘定位

（1）由于激光雷达数据的平面、高程精度都比较高，能够满足施工图阶段测量精度要求。对于山区，杆塔位置受地形因素影响较大，很多地势起伏较大、地形较陡的区域不足以立塔，因此在终勘定位时，可以先利用激光雷达数据生成的等高线、塔基地形及塔基断面图进行初步排杆，对塔基范围内的地形、坡度进行图解分析，判断其是否能够满足立塔条件，以提高外业定位效率。（2）利用激光雷达数据可提取塔位中心任意范围内的高程点，将实测数据与机载激光雷达数据融合，经过人机交互式处理，剔除突变、不正确的高程点数据，重新生成塔基地形图，满足塔基地形图高程注记密度要求。

2.3平断面测绘

2.3.1道路与水系测绘

通过激光雷达技术获取得到的DOM数据精度很高，可达到10cm，因此可以利用高分辨率的DOM数据对主要道路、沟、塘的范围进行绘制，生成平面图，现场只需要对照图纸进行调绘，不仅提高了外业工作效率，而且还避免了漏测情况。

2.3.2房屋测绘

按照设计要求，需要对线路中心线规定范围内的房屋进行测量，可以利用激光雷达数据通过人机交互式提取房屋平面图，并依据点云数据的高差情况判断楼层信息，生成房屋分布图，现场只需要对照事先绘制好的房屋分布图进行调绘和检查，但拆迁范围内的房屋还需人工实测。

2.3.3交叉跨越测绘

可以利用DOM数据直接对10kV及以上的电力线路进行绘制，并依据点云数据的高差判断跨越处的高度，生成交叉跨越平面分布图，现场根据实际情况进行调绘，注明电压等级，减少了外业工作量，也避免了漏测情况；对于重要的交叉跨越需实测高度和平面位置。

2.3.4林木分布测绘

目前林木分布测量的难点在于不能准确的绘制林木范围和植被类型，采用传统的航测数据作为底图，通过人工识别的方式也仅仅只能区分大致范围，而且很容易造成不同种类的植被的错分。采用激光雷达数据，不仅可以通过高分辨率的DOM获取植被的范围，而且还可以通过DEM、DSM数据得到树木高度，可以将植被分类，加上当地植被自然生长情况可以分析得到植被类型，外业只需要核实植被类型以及生长密度。

3点云数据处理的关键性问题

3.1杆塔位置分类精度改进

杆塔位置的分类精度高低决定杆塔位置DEM的准确程度。一般来说，整个测区内点云分类主要采用自动分类，局部地区采用辅助人工分类。这种方法能保持DEM的整体精度，但在局部地区，如杆塔位置和实测的高程还是有一定误差。虽然能满足线路平断面要求，但塔基断面和实际相比还是有一定出入。为了提高塔基断面精度，可根据设计人员的排杆成果，获取转角塔和直线塔位置。在点云数据中，根据这些塔位位置，划定一个合理大小的圆，对圆内的所有点云进行手动分类，区别出地面点和非地面点，消除自动分类设置统一参数造成的误差，根据重新分类过的点云，再生成DEM，根据这个新DEM来出塔基断面，和实际断面已非常接近，能满足设计人员要求。

3.2交叉跨越点云快速提取方法研究

交叉跨越点云的提取是激光雷达点云数据应用的一个重要方面，对输电线路路径的选择也极为重要。目前交叉跨越点云的提取方法主要是根据已有输电线路位置来提取交叉跨越点云，主要步骤是首先收集设计线路路径经过区域内的已有线路数据，导入点云数据中，然后根据已有线路路径，提取路径范围内点云数据，手动分类为电力线点云。这种方法提取的电力线点云准确，误差小。但缺点也非常明显，受限于收集的已有线路资料，若收集资料不全，则会遗漏已有电力线点云。本文提出的方法是根据电力线点云特征来提取交叉跨越点云。点云数据记录的内容包括点的空间三维坐标、回波次数等信息。根据回波特性，电力线点云集中在多次回波的首次回波点中，提取这一层次的点云，可缩小电力线点的所属的范围。通常在首次回波点中还包括房屋边缘点、植被点等，再根据点云的高程属性以及电力线的形状特征，能清晰的识别出电力线点云。这种方法能提取出大部分交叉跨越点云，精度也较高。

结语

本文分别从线路路径优化、终勘定位、平断面测绘等角度阐述了机载激光雷达数据在特高压输电线路工程中的具体应用，并结合±800kV特高压直流输电线路工程将激光雷达数据与实测数据高程对比分析，发现激光雷达数据在山区工程中依然有较高的高程精度，将激光雷达数据与实测数据相融合，大大减少外业工作量，生成的塔基地形图也满足了三维设计相关要求；可以预见，机载激光雷达数据不仅在输电线路测量中得到应用广泛，而且也将会应用于变电站地形测量。

参考文献

[1]中国电力规划设计协会组编.程正逢主编.输电线路工程测量手册[M].北京:中国电力出版社,2015.

[2]秦臻,陈正宇.激光雷达数据在山区特高压输电线路中的应用[J].现代测绘,2017,40(5):33-35.

[3]黄志远,黄声亨.机载激光雷达数据在输电线路工程中的应用[J].测绘地理信息,2016,41(1):51-53.