电力工程测绘机载激光雷达技术应用
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摘要：随着现代信息化和智能化技术的快速发展，电力工程测绘的要求也越来越高，技术上也越来越发达。当前，激光雷达技术能够进行非常精准的目标识别和定位，并通过数据等形式进行信息传递，从而展现出高科技应用的成效。通过将激光雷达技术运用于电力工程测绘项目，可以在信息收集、数据处理等方面取得更大的进展，从而推动电力工程测绘精准度的大幅提升。
引言
在电力工程测绘项目中，各种智能化、高科技的测绘技术和仪器不断地被开发和应用到测绘过程，促进了电力工程测绘的创新发展。其中，机载激光雷达技术以其数字化管理、精准化测绘以及立体化显示等优点，能够更好地适用于电力工程测绘特别是电网系统工程的测绘项目，为电力工程的建设以及后续电网工程的长效运营提供重要的数据支撑，从而保障电力企业的可持续发展。
1机载激光雷达技术概述
1.1基本概念
所谓激光雷达技术，就是借助激光在接触物体时会出现反射的特性，利用回波来对物体之间的距离、位置、方向等进行测量，同时还可以辨别出需要定位的目标，而不至于对被测物体造成伤害或者妨碍。机载激光雷达集成了GPS定位系统、IMU高精度光纤以及激光扫描仪，是具有极高精准度的探测和测距系统。在电力工程测绘中，机载激光雷达技术能够对结构复杂且有着较高安全性要求的电网系统进行高精度探测和测距，并且借助其穿透力强的特征进行目标物体的探寻和定位，从而有效满足电力工程测绘的各项需求。
1.2运行原理
从目前电力工程测绘项目的实际需求来看，机载激光雷达技术主要发挥探测和测距的作用，其运行原理为波的反射。具体来说，就是通过使用测距激光设备，反复地发出连续的激光，当激光接触到目标物体后将会反射回来，从而测出激光发射器与目标物体之间的方向、位置、距离关系，或者探测发现所需要寻找的目标物体。在机载雷达激光系统接收到回波后，通过将检测到的光学信号进行电学转化，使其可以被计算机系统识别并进行相应的处理，最终生成关于电力工程测绘的各项数据，储存在测绘系统中进行运算使用，同时也可以为以后的日常管理与运行提供相应的数据参考。
1.3技术优势
机载激光雷达技术在电力工程测绘中的应用优势，主要体现在获取数据多、测绘精度高两个方面。一方面，机载激光雷达技术可以在较短时间内进行大量的数据采集，从而减少了不同时段数据的变动所带来的处理偏差，从而更好地保证了数据处理的及时性和有效性。另一方面，外界的光、风等自然因素以及人为操作因素对于机载激光雷达技术的干扰极小甚至可以忽略不计，因而测绘的精准度非常高，更加适用于电力工程等有着较高安全性要求的项目。此外，激光信号通过与地面、目标物体的接触与反射，可以迅速获取雷达系统与地面、目标物体之间的位置关系等数据，从而即时得到相关物体的坐标情况，为后续的工程建设或者管理提供及时的参考。
2机载激光雷达技术在电力工程测绘中的具体应用
电力工程涉及到规划、勘测、设计、施工、运营、管理、维护等诸多方面，对于空间信息的需求非常强烈，而机载激光雷达技术的优势正好契合了电力工程的客观需要，并在线路设计规划等多个方面发挥着具体的作用。具体见图1，即机载激光雷达技术在电力工程测绘中的应用思路：
2.1在电力线路优化设计方面的应用
在电力企业的电网建设工程中，电力线路的选择不仅关系到工程建设的铺设成本和耗材使用等经济效益，还涉及到线路周边环境对工程施工以及线路维护等造成的影响，因而需要结合诸多因素进行综合考察，确定最优化的电力选线方案，才能够实现电力供应和经济效益的共赢。机载激光雷达技术在线路设计上的应用，主要体现在以下几个方面：第一，进行线路规划以及电网立杆点的选择，通过激光技术进行整个线路的距离测绘，并结合相关参数进行细致地分析，从而对立杆点位和线路设计的经济性和可靠性进行计算和分析。通过立体场景的模拟，还可以从不同的视角对线路的周边环境进行审查，尽可能地减少环境因素对线路规划与使用带来的不利影响。第二，进行线路沿线树木砍伐的面积测算。在电力工程线路铺设过程中，不可避免地需要砍伐沿线的树木，而通过对面积进行精准测算，可以将工程施工对自然环境的影响降至最低。第三，进行沿线房屋拆迁的测绘和费用测算。通过机载激光雷达技术，不仅可以探测出线路沿线需要拆迁的房屋数量，还能够测绘出房屋内部的结构、层数、占地面积等与拆迁费用息息相关的情况，并通过三维影象进行展示，再结合相关数据处理系统进行数据计算，可以基本估算出电力工程所需要准备的拆迁业务量和费用，从而为后续的施工和拆迁工程奠定良好的基础。
2.2在电力系统线路巡检方面的应用
随着现代产业的深入发展，电力的生活、生产需求越来越高，电网项目特别是高压、长距离电力等配送的输变电日益增加，能否实现线路建成后的安全、稳定、高效运行，是当前电力企业非常重视也十分重要的议题。因此，电力企业必须要加强对电网线路的实时测绘，从而掌握电网运行的即时信息，以随时进行维护和故障排除，保障用户的用电安全和稳定。然而，从电网线路管理与维护的现状来看，天气、环境以及人为因素，都有可能对电力工程测绘造成影响，导致测绘的工作效率、质量难以达到既定的目标。通过机载激光雷达技术的应用，可以基本无视外界环境对测绘技术的影响，精准高效地对电路系统进行测绘，并且通过立体展示技术对输电线路的三维空间进行模拟演示，使电力企业相关部门和管理人员能够更加直观地观测到电网运行的实际情况，从而作出相应的应对决定和措施，保障线路的安全、稳定运行。图2所示，通过对线路所处环境的地面危险点进行检测，可以实现对电网运行过程中全方位、高精度的安全检测，当激光数据点小于安全距离时，系统就会根据传输回的回波信息进行自动汇总，并输出相应的图表，从而为后续的野外现场运行维护作业提供精确的坐标和检修建议，提高检修的质量、效率和安全。
2.3在可视化管理方面的应用
我国电力企业在线路系统识别和管理方面，长期以来一直使用基于二维坐标的GIS系统，这种以二维为核心、采取几何图形方式表现出来的测绘图并不能真实展现出线路、杆塔等设备或者电力设施周边的具体情况，对于自然环境、地形地貌的描述比较抽象，对于管理、观测、检修人员的综合素质有着较高的要求，而且容易因图层叠加而忽视个别细节，从而导致电网系统的安全隐患未能在第一时间被发现和解决。相比之下，机载激光雷达技术以其良好的穿透性和反射性，可以非常精准地测绘出所有地形、地貌的具体情况，并且通过“回波信号——数据信息———模拟影像”的数据处理和三维可视化技术，以立体模拟影像的方式完美、直观地展现出线路、设备周边的地理环境和其他情况，从而为电力企业的管理与决策提供更加清晰、精准的信息参考。其中，对于新建设的高压线路、超高压线路等，可以通过机载激光雷达技术进行精准地立体测绘，全方位地展现出线路走廊三维地形、地貌走廊地物空间信息等影像，并在线路优化设计之后将线路布局、排杆方位等全部投射在影像当中，还可以根据观测人员的需要显示杆线数据资料、天气、风速等其他相关元素，从而提供出更加直观、简洁、清楚地三维可视化内容，为观测、设计、施工、管理等相关人员决策使用。在此基础上，还可以对上述可视化内容进行数字化储存、导入、输出，使其在系统中得到更加广泛的推广和应用，实现数据、资料的全面共享，使测绘成果得到更加充分地利用。在线路巡检过程中，也可以借助三维三视化技术，将建设时的线路三维走廊进行重现，在巡检以及增容前先对立体影像进行观察和分析，从而为后续的各项工作奠定良好的基础，减少巡检、增容等环节的重复劳动和额外付出，在减少电网运行管理成本的同时提高管理的质量和效率。
2.4在输电线路配电增容方面的应用
电力企业的输电线路安装工程，往往不能仅仅满足于当前管辖范围内用户的用电需求，而要适当地进行扩容，从而有效应对未来用电客户和用电量的增加。如果要满足电力能源输送的持续快速增长，最为直接同时效果也最为明显的方案就是新增输电线路。然而从当前电力企业的运行和技术上看，新增输电线路不仅要额外增加大量的工程投入和资源耗损，更重要的是在线路选择上将会愈发困难。在机载激光雷达技术的支持下，电力企业可以利用激光LIDAR测量技术快速扫描并恢复线路走廊精确的地形、地物三维空间位置，并且能够实时记录作业时的环境变量信息。在此基础上，借助计算机模拟提高荷载后的弧垂，进行弧垂对地距离安全检测，从而为提高电线载流容量提供精准的数据依据。通过这种测绘，施工人员可以快速、精准地计算出现有电网线路当中哪些档可以直接适应新的载荷要求，并且能够安全、稳定地运行；而对于现有情况下不能适应输电增容的档，可以在测绘之后进行相应的计算，采取移动电线杆、电塔位置、更换部分设备或者设施、清除部分树木植被等方式，提高输电线路的载荷容量，如图3所示，就是运用机载激光雷达技术下的线路增容模拟分析图。
3机载激光雷达技术在电力工程测绘中的发展建议和前景展望
机载激光雷达技术有效结合了光电学原理以及信息化、数据化等现代智能技术，在许多行业领域特别是探测与测绘方面发挥了巨大的作用，并且在技术上也愈发地成熟。在可预期的范围内，机载激光雷达技术将进一步加强自动化和智能化发展，依据激光测量所获取的海量数据信息，并借助网络信息传递功能，共同构建测绘信息库和数据库，从而在满足电力工程测绘的基础上实现电力网络的互联互通、数据共享。当然，要实现这一目标，必须在加强行业内的竞争与合作，探索研发能够实现激光测绘数据收集、传输、储存、处理、查询和共享一体化的系统和软件，最大程度地发掘测绘数据资源的潜在价值，并且依托测绘数据进行数据信息系统建设，为电力工程的规模化建设与运行管理提供助力，促进现代电力工程项目的稳定创新发展。
4结束语
综上所述，机载激光雷达技术在电力工程测绘中的应用，是电力工程技术的一大进步，也是电力系统实现数字化、信息化并逐步进入智能化阶段的重要保障，对于电力系统的运行和管理发挥着巨大的作用。电力企业要在有效利用当前技术的同时，不断加强技术的更新和升级，探索电力测绘和系统运行智能化发展，为电力工程测绘工作的高质高效发展提供更多的技术支撑，为电力企业和我国电力行业的现代化建设作出更大的贡献。
参考文献：
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作者：王珂 单位：武汉供电设计院有限公司
