LIDAR技術(shù)可獲取各種地表數(shù)據(jù)。它發(fā)射的激光能穿透地面的植被,在剔除地面植被和地物的數(shù)據(jù)后,就可以生成地表的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)。利用DEM數(shù)據(jù)及通過差分GPS和INS得到的航空數(shù)碼影像的外方位元素,對航空數(shù)碼影像進行正射糾正,可以生成正射影像圖。還可以對地面的地物、道路、植被等信息進行分類提取。LIDAR技術(shù)測量只需要做少量的地面控制點和少量的外業(yè)調(diào)繪工作。LIDAR技術(shù)不需要做航測外控點測量,只需在利用LIDAR技術(shù)進行測量時,在地面做少量的基站。LIDAR技術(shù)能獲取地物、植被的數(shù)據(jù),還可以直接提取所需要的交叉跨越(道路、河流、電力線、通信線等)、房屋、獨立地物等信息。LIDAR技術(shù)具有如下特點:
(1)主動式遙感系統(tǒng):它由機載激光掃描儀發(fā)射激光,接收地面反射回來的激光。激光脈沖信號能部分穿透植被,可以同時獲取地面和地物數(shù)據(jù)。
?。?)高效率:LIDAR技術(shù)采集高程點的密度大,能夠迅速采集大量的高程數(shù)據(jù)。LIDAR數(shù)據(jù)后處理工作可以自動或半自動將LIDAR點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)。
?。?)高精度:激光脈沖不易受陰影、太陽光角度的影響,高程精度不受航高的限制,它的平面精度可以達到亞米級,高程精度可以達到10 cm左右。
(4)采集的信息豐富:LIDAR技術(shù)可以獲得地面和地物三維坐標,通過濾波處理,可以得到我們想要的地面、地物、植被的數(shù)據(jù)。
1 傳統(tǒng)測量技術(shù)應(yīng)用
在傳統(tǒng)電力線路工程勘測設(shè)計中,多采取工程測量和航空攝影測量的方法進行。工程測量方法測量的地面信息精度高,但外業(yè)工作量大,測量的工期長,而且不利于勘測設(shè)計的一體化與優(yōu)化設(shè)計。而利用傳統(tǒng)航空攝影測量進行電力線路勘測設(shè)計,不僅需要進行大量的GPS外控點測量,還需要進行大量的野外調(diào)繪工作,航測的內(nèi)業(yè)時間長,勘測設(shè)計的成本很高,工期偏長。而且傳統(tǒng)的航空攝影測量在測量植被厚的隱秘地區(qū)時,測量的高程精度很低,影響電氣專業(yè)人員準確排桿;傳統(tǒng)的航空攝影測量方法也不能生成準確的塔基斷面圖。所以,采用傳統(tǒng)測量技術(shù)進行電力線路工程勘測設(shè)計,獲得的勘測成品精度較低,內(nèi)、外業(yè)工作量大,勘測設(shè)計工期長,不利于勘測設(shè)計優(yōu)化,不利于降低工程投資。
2 LIDAR技術(shù)應(yīng)用方法及流程探討
利用LIDAR技術(shù)進行電力線路的勘測設(shè)計具有很大的優(yōu)越性。LIDAR技術(shù)只要做少量的GPS控制點和少量的調(diào)繪工作,縮短了勘測設(shè)計的工期,減少了勘測設(shè)計的成本。LIDAR技術(shù)的激光能穿透植被,得到地面數(shù)據(jù),這樣就能進行隱秘地帶的測量。對LIDAR數(shù)據(jù)進行處理后,可生成正射影像圖,進而生成帶電力線路路徑的三維數(shù)字地面模型圖,可以方便在上面進行線路路徑選擇。確定了線路路徑后,可以生成線路平斷面圖,再生成塔基斷面圖,便可進行一次性勘測設(shè)計,能讓勘測設(shè)計一體化,大大地縮短了勘測設(shè)計的周期,減少了勘測設(shè)計成本,并且能進行優(yōu)化設(shè)計,節(jié)省工程投資。
?。?)LIDAR技術(shù)外業(yè)航飛。
首先做基站點,基站點要分布合理,保證航飛時飛機30km內(nèi)至少有一個基站?;拘枰x在開闊、交通便利的地方,沒有樹木、房屋等擋住衛(wèi)星信號,周圍無電子干擾源,不能有大片水面或其他反射面?;咀詈檬孪冗M行高程、坐標的聯(lián)系測量,便于以后進行坐標轉(zhuǎn)換。在進行外業(yè)測量的時候,應(yīng)注意航帶是要有一定的重疊度,要注意LIDAR系統(tǒng)的以下參數(shù)的選用如激光波長、最大重復(fù)脈沖頻率、脈沖回波?錄模式、功率、光斑尺寸、掃描角、掃描模式等。
?。?)LIDAR數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理。
先進行異常點的剔除,在LIDAR數(shù)據(jù)中有些數(shù)據(jù)明顯不合理,要將它剔除,例如:經(jīng)過多重反射回來的數(shù)據(jù)、空中飛行物反射的數(shù)據(jù)等。再進行坐標轉(zhuǎn)換,GPS接收、解算的均是WGS84坐標,而我們常用的一般為1954北京坐標,要將WGS84坐標轉(zhuǎn)換成1954北京坐標,一般要聯(lián)測3個以上的54坐標控制點,進行七參數(shù)坐標轉(zhuǎn)換。高程系統(tǒng)一般與平面坐標同時處理,將大地高轉(zhuǎn)換成正高。再進行航帶合并,進行航飛時經(jīng)常有多條航帶,這些航帶必須有(10%~20%)的重疊度,要將不同航帶的LIDAR原始數(shù)據(jù)進行合并,按一定的順序合并成一個整體。
內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理最重要的步驟是LIDAR數(shù)據(jù)的濾波。目前可采用芬蘭公司的TerraSolid商業(yè)軟件來實現(xiàn)LIDAR數(shù)據(jù)的濾波,對數(shù)據(jù)進行分類和提取。TerraSolid在MicroStation平臺上運行,利用瑞典Axelsson等人提出的分類和提取算法,包括TerraScan(用于數(shù)據(jù)分類提?。erraModeler(用于生成和處理各種面)、TerraPhoto(用于處理原始影像)等多個模塊。此軟件是目前比較成熟的LIDAR數(shù)據(jù)處理軟件,但對復(fù)雜建筑,還需要人工手動處理。此軟件可以進行機載激光掃描數(shù)據(jù)的濾波,將地面數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)進行分層,再將機載激光掃描數(shù)據(jù)進行無縫拼接(在這里要消除航帶間的系統(tǒng)誤差和隨機誤差),生成DEM數(shù)據(jù),并將DEM數(shù)據(jù)進行分層或合并輸出。接著進行正射影像圖和三維立體模型數(shù)據(jù)的生成,將已有的電力線數(shù)據(jù)、協(xié)議區(qū)數(shù)據(jù)、與電力線路路徑有關(guān)的擬建、在建項目等相關(guān)數(shù)據(jù)輸入,一起生成正射影像圖和三維立體模型數(shù)據(jù)。
(3)電力線路路徑優(yōu)化。
以線路電氣專業(yè)人員為主,在結(jié)構(gòu)、測量、地質(zhì)、水文等專業(yè)人員的配合下,進行電力線路的路徑選擇和優(yōu)化。在LIDAR數(shù)據(jù)生成的正射影像圖和三維立體模型圖中,設(shè)計人員可以在圖上看到全局的真實情況,能很容易地避開不利的因素,得到合理的線路路徑。由于LIDAR技術(shù)能對隱秘地帶進行測量,能比較準確地獲得每個塔位的位置和高程,設(shè)計人員在選擇路徑時,可考慮塔位的具體情況,在設(shè)計時能做到線中有位、線位結(jié)合,能得到最優(yōu)的線路路徑。
?。?)確定線路桿塔位置。
在線路的路徑基本確定以后,就可以生成線路的平斷面圖,也可以生成風偏點。美國的海拉瓦平臺和我國的適普軟件能較好地做到這些功能。由于LIDAR技術(shù)能穿透植被,建立的地面、地物高程模型比較準確,生成的平斷面圖也比較準確,線路設(shè)計人員可準確地確定桿塔位置。
?。?)生成塔基斷面圖及三維立體模型。
在桿塔位置確定以后,可以生成較準確的塔基斷面圖。設(shè)計人員可以檢查每一個塔位的地理情況,如果不合適,還可以進行塔位的調(diào)整。如果找不到合適的塔位,還可以將線路路徑進行調(diào)整。接著可制作帶塔位的線路路徑三維立體模型。
?。?)外業(yè)定位放樣。
確定了線路路徑、桿塔位置以后,就可以利用RTK(實時動態(tài))GPS進行外業(yè)定位放樣。此階段,要注意檢核危險斷面點、高等級電力線、通訊線、重要跨越、隱秘地帶的高程、塔基斷面等,如,有出入的地方,要及?r改正,并反饋給設(shè)計人員。
3 應(yīng)用實例
在某500 kV線路工程中,應(yīng)用機載激光雷達技術(shù)進行優(yōu)化選線,取得了預(yù)期的效果,與初設(shè)相比,縮短了線路長度1 km,減少了交叉跨越3處,減少了占用森林、農(nóng)田面積56畝,減少了房屋的拆遷4000 m2,節(jié)約了工程投資555萬元,切實達到了線路路徑優(yōu)化的目的。
4 LIDAR技術(shù)的誤差分析
進行了LIDAR系統(tǒng)的完善校正以后,機載LIDAR的定位精度是由GPS的定位精度、姿態(tài)測量裝置的量測精度、激光測距儀的測距精度和掃描角的測量精度決定的。系統(tǒng)中任何一種傳感器精度的降低,都會導致系統(tǒng)定位精度的下降。誤差公式如下。
在飛行高度小于600 m、地面坡度小于30°的情況下,INS的姿態(tài)測量精度對測距誤差的貢獻程度要低于GPS的定位精度對測距誤差的貢獻程度。隨著飛行高度、地面坡度的增加,姿態(tài)測量精度對測距誤差的貢獻也就逐漸增加而超過GPS定位精度對測距誤差的貢獻。因此,在低空飛行時主要是要設(shè)法提高GPS的定位精度,而高空飛行時則必須有一個高精度的姿態(tài)測量裝置。
在某高壓線路工程中,使用4臺天寶GPS 5700,用運五飛機進行航飛,利用芬蘭公司的TerraSolid商業(yè)軟件進行LIDAR數(shù)據(jù)處理,并對測量結(jié)果進行了精度分析。
5 結(jié)語
利用LIDAR技術(shù)進行電力線路的勘測設(shè)計,只需做少量的地面控制點和少量的外業(yè)調(diào)繪工作,能提高隱秘地帶測量的高程精度,縮短了勘測設(shè)計的周期,并且可以實現(xiàn)勘測設(shè)計一體化??煞奖愕剡M行電力線路工程優(yōu)化選線,效率更高,操作更簡便。利用LIDAR技術(shù)生成的三維場景,可以進行全線漫游及多視角觀察,設(shè)計人員能更好地進行優(yōu)化設(shè)計,對地物的判斷、空間位置的確定更準確、便捷,能更好地避讓重要地物,更合理地選擇線路路徑和桿塔位置。
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