无人机激光雷达在输电线路选线中的应用研究

无人机激光雷达在输电线路选线中的应用研究

林文浩

国网赤峰供电公司 内蒙古赤峰 024000

摘要: 利用无人机激光雷达技术对输电线路进行外业巡检，根据数据的处理分析实现点云数据的分析、危险点分析、工况模拟分析，可实现对输电线路通道的快速巡检。此技术解决了复杂地区巡检难的问题，大幅度降低了人力劳动成本，提高了巡检效率。本文就无人机激光雷达在输电线路选线中的应用进行了分析。

关键词：无人机激光雷达;输电线路;选线

引言

随着电网规模的迅速扩大，对于经济发展较慢的山区，大规模的输电线路长期暴露于雨雪、寒流、高温高压等环境下，给输电线路造成了巨大损害，如金具锈蚀、导线断股、绝缘子闪络等。为了保证输电线路的安全稳定运行，各电力巡检系统都需要对输电线路进行定期巡检。传统输电线路的巡检主要依靠人工巡线，存在巡线周期长、效率低、成本高等缺点，已不能满足大规模电网的巡线需求，而恶劣的环境、艰苦的条件也给人工巡检带来了很大的限制。因此，轻便的无人机给输电线路巡检带来了质的改变，其结合激光雷达对输电线路进行点云采集，解决了机载相机无法准确得到输电线路通道内地物至电力线距离的问题。

1 激光雷达测量技术的优势

（1）数据精度高。机载激光雷达技术具有主动测量的特点，可以实现对DEM 数据、DOM 数据和激光点云数据的精准采集，同时更能准确便捷地判读地形地物、测量和获取空间信息等。特别是在植被覆盖区，相较于传统航测技术，机载激光雷达技术可以实现更高精度的断面图。（2）作业周期短。机载激光雷达技术可以实现自动化数据处理功能，具有超高的精准度，相较于传统航测外业工作，应用机载激光雷达技术可以省去大量的外控工作和刺点工作，同时更是显著减少了野外调绘工作。此外，机载激光雷达技术可以使选线三维场景更加生动逼真，为设计人员在整体线路路径把控上提供便捷的服务。（3）选线过程中的辅助信息丰富。设计人员在优化选线的过程中可以借助激光点云数据向设计人员提供周围数据信息，包括房高、塔高、树高等信息。

2 无人机激光雷达在输电线路选线中的应用模式

无人机激光雷达用于输电线路选线的模式具体如下：（1）原始数据获取。通过机载激光雷达技术获取原始激光数据、GPS/IMU 数据以及原始高清数码影响数据。（2）内业数据处理。通过机载激光雷达技术实现DGPS/IMU 联合解算、激光点数据大地定向和分类处理激光数据，同时还可以通过机载激光雷达技术输出DEM/DSM/DOM 等三维地形地貌成果数据。（3）激光雷达在输电线路选线设计中的应用。以DEM 数据、DOM 数据和激光点云数据为依托，同时结合二维、三维模式，利用相关数据管理平台，采用人机交互方式，共同完成输电线路选线的设计工作，实现路径半自动选择，并且自动生成平断面图。

3无人机激光雷达在输电线路选线中的应用

在开展输电线路选线工程之前，需要对激光雷达获取的数据进行深度处理，可以通过DSM 数据或者DEM 数据完成三维场景的构建，从而提高三维场景的仿真性。在此场景之中，可以实现对线路周围状况进行多维度的观察与分析，包括周边地上物、地貌等情况，凡是能够影响地物距离线路的距离因素都能够通过逼真的三维场景测量出来。不仅如此，设计人员还可以在三维场景中通过对场景进行放大、缩小等形式，熟知和掌握全路径的地形条件。同时设计人员还可以根据三维场景中逼真的画面，对输电线路沿途存在的影响因素进行全面综合的考量，从而设计出更合理、更经济的输电线路路径，最大限度地降低对周围环境和居民生活的影响。具体操作流程如下：

(1)激光点云数据采集。点云数据采集的前期准备工作包括实地踏勘、航线设计等。1)实地踏勘的目的是详细了解测区的情况，如测区边界、地形地貌、交通情况等。2)航线设计遵循高效、经济的原则，在实地踏勘的基础上，根据已有地形图并按照需求方的要求、行业规范及实地具体天气情况，制定详细的航飞路线、航飞计划及人员安排计划。随着点云数据采集的进行，航飞设计要不断变化更新，以保质保量地完成数据采集工作。(2)点云数据的采集包括控制测量、数据采集、补测等。1)控制测量的目的是通过选点埋石、网型的设计及测量、数据的解析等建立点云数据的坐标基准。2)数据采集包括设备安装、设备检查、试飞爬升、自主巡航、返回降落。其中设备检查是为了确保外业数据采集的顺利完成，主要包括无人机设备外形、零部件及性能的检查以及激光雷达设备的供能设备检查。3) 补测是在对外业采集的数据进行检查的基础上，对漏飞、点云密度不符合要求的区域进行补飞测量。（3）在三维场景选线中的应用。在三维场景中，可以以DEM 数据和DOM 数据叠加的方式显示在三维场景中，从而形成输电线路路径走廊的三维场景效果图。在此动态效果图中，可以利用多种工具完成三维效果选线，不仅可以对线路沿途中潜在的危险因素进行实时量测，还可以在设计的线路路径不准确时对其进行重复修改，从而初步确定输电线路路径。（4）统计房屋拆迁量。在输电线路建设成本中，房屋拆迁赔款是其中重要的内容之一。线路路径明确之后，通过从中设定缓冲区的方式，将分类好的房屋类激光点云数据从中提取出来，通过测量线路沿途中房屋的高度，对整个缓冲区域内的建筑总面积进行精准测算，进而对房屋赔偿费用进行估算，将输电线路建设成本控制在科学合理的范围内。（5）统计林木砍伐量。输电线路路径确定之后，需要对涉及范围内的树林情况进行整体评估，详细计算出林木总体的砍伐量，以便对施工成本进行更准确的评估。通过相关软件对即将砍伐的林木高度进行自动量测，同时还需要计算出即将砍伐林木的面积，从而对树木赔偿费用进行整体估算。（6）快速、高精度获取平断面图。激光雷达技术对植被具有较强的穿透作用，能精准地获取地面DEM 数据。激光雷达技术不仅可以快速自动获取线路中心线和左右边线的断面图，还能够为设计人员的工作提供诸多的便捷。不仅如此，激光雷达技术还可以将分类好的激光点云数据自动生成DLG 数据图，包括地面建筑物、道路等，并结合调绘数据生成输电线路的平断面图，该平断面图的主要作用在于方便设计人员精准地调整杆塔位置和高度，进一步优化整条输电线路。

结束语

综上所述，在输电线路选线中应用无人机激光雷达技术，不仅可以满足输电线路选线数据精准度的需求，还可以避免传统测量技术成本高、飞行周期长的缺点，充分发挥无人机和激光雷达测量设备的优势。同时，应用无人机激光雷达技术还可以获取丰富的信息内容，如房高、塔高、树高等信息，并将信息反馈给设计人员，便于设计人员对输电线路进行进一步优化。不仅如此，应用无人机激光雷达技术，还可以对林木砍伐量和房屋拆迁量进行详细统计，从而更精准地判断和设计输电线路径，降低工程成本。

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