摘要：随着社会的发展，我国的各行各业的发展也有了一定的发展。输电线路三维设计作为当前的研究热点，其三维地理场景的建立至关重要。无人机激光雷达作为近年来测绘领域最为高效的数据采集手段，可同时获取工程区域的影像信息和高密度高精度的激光点云数据，通过对影像和激光点云数据处理，分别生成含有丰富纹理信息的正射影像和高精度的数字高程模型，两者结合生成高精度三维地理场景，从而为输电线路三维数据提供基础数据。
关键词：三维激光雷达;输电线路机巡;应用
引言
近年来，电网建设飞速发展，传统的航空摄影测量技术由于受空域、天气等因素的影响且数据精度偏低，无法直接准确获取对建设成本和后期运维有极大影响的林木以及高压线、高铁等交跨物的高度。运用激光雷达技术可直接获取地物高精度点云数据，经处理后可导入三维平台，方便设计专业进行输电线路优化选线，减少野外工作量。激光雷达技术(LiDAR)是指激光探测及测距系统，利用激光光波进行类似雷达的主动式遥感技术。LiDAR可快速、精确地测量探测器至物体的距离，通过数据处理生成精确的数字地面模型和正射影像，还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可以在不接触目标地物的条件下直接获取地物表面的三维坐标，并具有较高的采样率和测量精度。相较于传统摄影测量和卫星测量，LiDAR具有受天气影响小、外业工作量少、无需通过立体像对量测直接获取目标点三维坐标，且数据处理自动化程度高、信息丰富、精度高等优势。
1概述
输电线路运维业务中经常需要参考线路本体设备及通道内地物的空间数据，这些数据的获取包括传统方法和现代方法两大类。传统方法依靠人力搭乘车辆和小型载人电力直升机，采用GPS或GPS-RTK、全站仪等传统测量工具完成线路巡检。传统方法受外界环境如天气、地势、地表植物等因素的影响较大，且无法解决线塔设施垂直层面的识别问题。相比于传统的方法，现代方法采用遥感和摄影测量技术实现线路巡检。机载雷达三维扫描技术就是一种新兴的电力线路巡检手段。三维激光雷达技术可提供高精度的三维空间信息，巡检人员可以充分利用该信息对造成线路安全问题的隐患和异常进行分析。另外，由于受外界环境和导线负荷量的影响，导线弧垂度会发生变化，导线弧垂模型不容易建立，利用机载激光雷达测量技术获取数据进行三维建模后，可直接量测弧垂到树木或障碍物的距离;其次，通过自动提取电力线点云并进行矢量化，自动检测出危险点，极大的提高巡检的效率;再次，可以基于机载激光雷达数据和线路勘测设计成果制作输电线路三维可视化管理系统，录入相关的属性信息，实现输电线路三维可视化管理，并可以不断地更新数据，从而为电力线路规划设计，运行维护提供高精度测量数据成果。因此，集成开发基于三维激光雷达的输电线路可视化台账软硬件原型系统是十分有必要的。
2三维激光雷达在输电线路机巡中的应用
2.1有效检测线路走廊危险物
在巡检线路时，必须要严格检查导线到线路走廊各种地物的距离，确保两者之间的距离符合安全距离。在测量线路走廊危险物距离时，首先要将激光点进行分类，主要是将地面、树木、房屋、交叉跨域等进行分类。分类出激光点，能够将导线和绝缘子之间的挂线点准确找出，在拟合导线弧垂时，可以采用悬链线方程，而每根悬链线需要对应一个导线。利用悬链线方法可以将线路到所有地物点非常容易量测和计算出来。当计算出距离没有符合安全要求时，就会自动发出报警，将图表输出，主要是危险点平断面图等，为工作人员的检修和维护工作提供科学依据。其次在检测线路到物点距离时，要按照最高气温情况等天气，而获得最大弧垂。在建立线路模式时，需要将外界的温度、风速、温度、气压、日照强度以及线路的电流量等条件进行采用激光数据采集，以构建良好的线路弧垂模型，并将弧垂状态进行有效计算。
2.2平断面量测
在施工图阶段，需要根据设计提供的最终线路路径在立体大场景模型中进行输电线平断面测量工作。根据无人机航测制作的正射影像、数字高程模型可直接在软件中绘制平断面图，而通过激光雷达采集的高精度交跨点云数据可在软件中自动提取交叉跨越的高程，摆脱了传统航测需要佩戴立体眼镜的立体测图模式。精度方面完全符合线路工程中平面1∶5000、断面1∶500的测图要求，满足输电线路优化选线以及平断面图数据采集的要求。
2.3安全距离检测及断面图分析
建立每一档三维点云的空间索引，计算电力线与其他电力线或树木、建筑等地物之间的距离与关系。并参照运行规程中所规定的安全距离自动提取不满足规范要求的缺陷区域，并形成报表。对运维人员指定的位置自动提取与生成通道地物的横、纵断面图，进一步提高导线与地物空间距离分析的直观性与准确性，同时为制作间隔棒与相间间隔棒提供尺寸参考依据。
2.4评估和管理树木砍伐
在建设电力线路时，穿过林地中，就需要将线路穿过林地的面积、高度、体积进行有效的管理和评估，同时也要将建设成本进行评估。电力线路在建设完成后，要对线路通过的树木空间信息进行分析和计算，空间信息主要包括林地树种的年自然生长率，这时就可以将树木的最佳剪伐量进行有效计算。利用三维激光雷达技术，通过激光点云，可以将树林空间的结构信息进行全面获取，将树木的高度和树冠等几何特征计算出来。另外为了获得树林的覆盖率，利用三维激光雷达技术可以将突变线信息和光谱信息将覆盖率计计算出来。并且也可以有效的将树木高度、面积、体积以及规格进行识别和计算，为线路的勘测进行自动化估算，保证了输电线路的安全运行。
结语
无人机激光雷达技术与传统无人机航空摄影测量技术相比，不仅能获取纹理丰富的正射影像，还能利用激光较强的穿透能力，获取真实的地形信息，在山区密林较多的情况下，激光雷达技术优势更加显著，其生成的高精度三维地理场景能够满足工程设计需求，大大提高了作业自动化水平，减少了野外测量工作量。与此同时机载机关雷达技术现在仍处于一个不断发展、完善、更新的阶段。随着系统硬件及软件功能的提升必将使其在电力上的应用更加深入。
相关期刊推荐：《电子设计工程》Electronic Design Engineering(半月刊)，创刊于1993年，主要介绍具有较高学术水平的、电子领域相关的理论、技术、方法的专业性技术期刊。设有：计算机技术应用、网络与通信工程、测控与仪器仪表、图像与多媒体技术、开发与应用、数字处理技术、嵌入式技术、消费类电子、汽车电子、集成电路应用、新特器件应用、电源技术与应用、信息安全、工业自动化、电力电子等栏目。
