1 前言

　　機載激光雷達系統(tǒng)（Light Detection And Ranging，簡稱LIDAR），也叫機載激光雷達，是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統(tǒng)，它集成了激光掃描儀、差分GPS系統(tǒng)、IMU（Inertial Measurement Unit,慣性量測單元，用以量測飛機平臺的飛行姿態(tài)）、數碼相機。在動態(tài)載波相位差分GPS系統(tǒng)和IMU的支持下,激光掃描系統(tǒng)通過激光掃描器和距離傳感器,經由微計算機對測量資料進行內部處理,顯示或存儲、輸出距離和角度等資料,并與距離傳感器獲取的數據相匹配,經過相應軟件進行一系列處理來獲取被測目標的表面形態(tài)和三維坐標數據,從而進行各種量算或建立立體模型。

　　2 LIDAR數據獲取的基本原理

　　當機載LIDAR航攝飛行時，激光掃描儀發(fā)射、接收激光束，對地面進行線狀掃描，與此同時，動態(tài)GPS系統(tǒng)確定傳感器的空間位置（經緯度），IMU測量飛機的實時姿態(tài)數據，即滾動、仰俯和航偏角。由于系統(tǒng)的幾個部分同步工作并集成于一體，GPS 和IMU的數據融合極為方便，所以經后期地面數據處理后，即可獲取地面的三維數據。

　　3 機載激光雷達線路工程測量模式分析

　　三維激光雷達技術應用于輸電線路優(yōu)化設計包括數據獲取、數據處理、優(yōu)化設計等工作內容。

　?。?）原始數據采集：在航飛前要制訂飛行計劃，安置全球定位系統(tǒng)接收機、激光掃描測量、慣性測量、數碼相機等。

　?。?）基礎數據處理：機載激光雷達測量系統(tǒng)在野外采集得到的數據需要進行一定的處理才能得到需要的信息。數據處理的內容包括：確定航跡、激光掃描測量數據處理、數據分類處理、坐標匹配、影像數據的定向和鑲嵌、建立三維地形模型。

　　（3）線路工程測量：以高精度、高分辨率正射影像和激光點云數據、數字高程模型數據為基礎，采用二、三維結合方式，結合架空送電線路設計業(yè)務需求，采用多人協(xié)同設計，實現線路路徑優(yōu)化設計、桿塔優(yōu)化設計的一體化全流程應用。

　　4 工程應用實例

　　4.1 工程概況

　　針對500KV某變送電線路工程（線路長度約為130km）。除變電站附近地形為平地外，其余為山地地形。植被以稀疏灌木林為主，局部間雜茂密，交通條件一般。

　　4.2 激光測量系統(tǒng)檢校

　　將機載激光測量系統(tǒng)安裝到飛行器上后，首先必須進行系統(tǒng)檢校，以獲取相關參數，保證數據精度。包括激光掃描儀的檢校和數碼相機的檢校，必須按照相關技術手冊進行。

　　4.3地面GPS設基準站

　　激光飛行時需在地面布設GPS基準站，旨在航攝期間連續(xù)獲取與機載GPS同步的觀測數據，通過事后聯(lián)合差分解算機載GPS軌跡。相鄰基站間最大間距不得超過60km。

　　4.4實施航空攝影飛行

　　根據激光測量系統(tǒng)的檢校參數，結合工程設計的航帶，確定作業(yè)飛機的飛行參數及測量參數，選擇合適的影像地面采樣率、帶寬和激光點間距等參數，實施航飛過程。

　　4.5數據處理

　　將機載激光掃描測量數據轉化為線路勘測設計數據大致要經過下列幾個步驟。

　　4.5.1 構建數字化立體作業(yè)平臺

　　利用激光掃描測量系統(tǒng)所獲取的DEM數據和正射影像數據，恢復測區(qū)立體模型，并在此基礎上對線路路徑進行優(yōu)化。由于本系統(tǒng)所產生的三維立體模型是以正射影像數據為紋理、以實測的激光點云數據為基礎建立起來的真三維實體，可以從不同角度對同一地方進行觀察。

　　4.5.2 制作DEM、DSM和DOM

　　采用專業(yè)軟件，導入激光點數據，設置分析參數，進行自動分類，區(qū)別地面、房屋、植被等，經分析對比，目前自動分類準確率僅為20%～30%。在此基礎上采用人工干預方式結合影像進行精確分類，得到準確的數字高程模型和數字表面模型和房屋等信息。采用數碼影像和精度更高的激光數據，經過糾正、鑲嵌，可以獲取比傳統(tǒng)方法更加精確的正射影像圖（DOM）。

　　4.5.3制作平斷面圖

　　平斷面圖是輸電線路勘測的主要成果之一。平面圖通過立體作業(yè)平臺獲取。在斷面圖繪制中，中線、邊線斷面及風偏危險點從DEM中自動提取。在本工程中，我們將常規(guī)工程測量方法獲取的數據、傳統(tǒng)的航測攝影測量數據和激光掃描測量數據進行了比較，證明機載激光掃描測量數據是可靠的，其斷面精度略高于普通航測斷面精度。

　　4.5.4繪制塔基地形圖

　　目前條件下線路終勘的塔基地形圖大都采用工測方法測量，占用了大量的人力和時間（50％～70％），不僅費時費力，而且點不容易測到位，內業(yè)處理工作量也較大。隨著激光掃描測量技術的發(fā)展和成熟，精度越來越高，必將促進塔基地形圖的數據采集和處理真正實現自動化。另外，激光點精度較高，點間距約2m，在特定區(qū)域進行土方量自動平衡計算，可得準確的土方量值。

　　5 結論

　?。?）三維激光雷達技術使整個電網走廊、變電所基于三維真實場景，并與實時監(jiān)測、視頻等于一體的可視化成為可能；三維激光雷達技術使已建、新建電網，以及電網相關環(huán)境所有信息快速、低成本、高精度、全面獲取成為可能，將實現電網的真正信息化。

　?。?）三維激光雷達技術與三維可視化技術、專家知識技術的融合，實現電網的三維可視化、智能化的仿真成為可能。

　　（3）三維激光雷達技術將使電網與人文、社會、環(huán)境、經濟更加緊密的聯(lián)系在一起，更加人性化、科學化、高效化的數字電網成為可能。

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