電網(wǎng)是一個(gè)跨越大區(qū)域的工程，從電網(wǎng)的規(guī)劃、勘測、設(shè)計(jì)、施工、到運(yùn)營、管理、維護(hù)、營銷、決策分析等，都對區(qū)域性空間信息有著強(qiáng)烈的需求。激光LIDAR測量技術(shù)由于具有精度高、全三維特性，從而為電網(wǎng)設(shè)計(jì)和管理的精細(xì)化、科學(xué)化及高效化提供了空間數(shù)據(jù)支持。

輸電線路是電網(wǎng)的最重要組成部分，而線路走廊的地形、地貌、地物等都對線路的建設(shè)和安全運(yùn)行產(chǎn)生重大的影響，是線路設(shè)計(jì)和管理最為關(guān)注的區(qū)域。目前，電力線路走廊空間數(shù)據(jù)采集手段主要有人工測繪、航測和遙感等，而激光LIDAR測量技術(shù)可以快速對線路走廊進(jìn)行高精度三維測量，從而為輸電線路的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、管理企業(yè)和專業(yè)人員提供更快速、更高效和更科學(xué)的手段。采用激光LIDAR

測量系統(tǒng)，可以直接采集線路走廊高精度激光點(diǎn)云和高分辨率的航空數(shù)碼影像，進(jìn)而獲得高精度三維線路走廊地形地貌、線路設(shè)施設(shè)備，以及走廊地物的精確三維空間信息，包括桿塔、掛線點(diǎn)位置、電線弧垂、樹木、建筑物等，從而為電力線路規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)提供高精度測量數(shù)據(jù)成果。下圖是激光LIDAR測量技術(shù)在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用思路。

機(jī)載LiDAR電網(wǎng)應(yīng)用總體思路

機(jī)載LiDAR在輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

輸電線路在線路設(shè)計(jì)階段，需要在初步選定的線路走廊的一定寬度范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的三維測量，以進(jìn)行線路路徑和桿塔定位的優(yōu)化，盡最大程度地降低建設(shè)投資。對于輸電線路和部分高壓線路在施工圖設(shè)計(jì)階段采用航空攝影。航空攝影測量相較于工測來說是一個(gè)大的突破，但是仍然存在線路平斷面精度不高、外業(yè)工作量大、數(shù)據(jù)不直觀、軟件平臺不易用等問題。

激光雷達(dá)測量技術(shù)高效率采集的線路走廊三維數(shù)據(jù)精度高、信息豐富、數(shù)據(jù)使用方便，并能大大減少外業(yè)工作量，提高了設(shè)計(jì)效率和成果質(zhì)量，而且該技術(shù)的應(yīng)用還可以大大的節(jié)約設(shè)計(jì)、勘測的費(fèi)用、縮短作業(yè)周期，使設(shè)計(jì)更為合理，而且能將復(fù)雜的電力、電網(wǎng)信息快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、可視化的管理，可以產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)

植被茂密的線路走廊掃描效果

與傳統(tǒng)的航空攝影測量優(yōu)化選線技術(shù)相比，機(jī)載LIDAR測量技術(shù)在輸電線路優(yōu)化選線設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)中許多方面具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)如下：

1) 激光雷達(dá)可穿透植被、快速獲取地表的三維信息，通過對機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)及其同時(shí)拍攝的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，可以得到高精度的DEM、DSM、DOM、等高線以及植被分類圖等豐富的地表信息，結(jié)合DSM和DOM可得到真實(shí)的三維場景圖，參考三維場景圖進(jìn)行電力選線，可從不同視角觀看線路周圍的地物、地貌信息，使設(shè)計(jì)人員在室內(nèi)即可高效地完成圖上選線及線路優(yōu)化工作。

2) 機(jī)載激光LIDAR利用系統(tǒng)所帶的GPS數(shù)據(jù)以及IMU系統(tǒng)的精確空間位置信息，只需要外業(yè)的幾個(gè)GPS基站布控點(diǎn)，進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的差分誤差解算，基本不需要再有大量的人工外業(yè)的相控點(diǎn)，這相對于傳統(tǒng)航測方法來說，提高了很大的工作效率，并且節(jié)省了很大的工程設(shè)計(jì)成本。

3) 估算需砍伐樹木的面積

用激光雷達(dá)點(diǎn)云完成地面濾波后，參考地面點(diǎn)按不同高度對植被進(jìn)行分類處理，得到全線范圍內(nèi)的植被分布區(qū)域。從植被分布區(qū)中可直觀地判斷需砍伐植被的位置，應(yīng)用面積查詢工具可估計(jì)需砍伐植被的面積，從而避免了不必要的植被砍伐，減少了建設(shè)輸電線路對環(huán)境的破壞。

4) 估算房屋拆遷數(shù)量及賠償費(fèi)用

房屋賠償費(fèi)用在輸電線路建設(shè)成本中占有一部分比例，根據(jù)高分辨率的三維真實(shí)景觀圖，可清晰地查看設(shè)計(jì)線路走廊房屋狀況，包括房屋建筑結(jié)構(gòu)、層數(shù)及占地面積，根據(jù)這些細(xì)節(jié)可準(zhǔn)備地計(jì)算需拆遷房屋數(shù)量，估算賠償費(fèi)用，使輸電線路建設(shè)成本預(yù)算更科學(xué)。

5) 實(shí)時(shí)獲取斷面

利用機(jī)載LIDAR測量技術(shù)，可以快速獲取不同方向不同深度的斷面圖，可方便地觀看設(shè)計(jì)電力線與周圍地物在空間上的關(guān)系，如交叉線路在高程上的差異、設(shè)計(jì)線路與走廊范圍內(nèi)植被的高差等，一些諸如房高、樹高、桿塔高等信息則利用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動提取，避免了傳統(tǒng)航測作業(yè)中由內(nèi)業(yè)人員逐點(diǎn)進(jìn)行立體量測的繁瑣過程，與航空攝影測量優(yōu)化選線技術(shù)相比較，應(yīng)用機(jī)載LIDAR優(yōu)化選線技術(shù)進(jìn)行平斷面采集作業(yè)效率可以提高75%左右。至于平斷面精度，絕大部分機(jī)載LIDAR斷面點(diǎn)高程誤差在0.5m以內(nèi)，因此，機(jī)載激光LIDAR平斷面精度不僅完全能夠滿足線路設(shè)計(jì)的需要而且遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)航測平斷面精度。

6) 機(jī)載LIDAR測量技術(shù)生產(chǎn)的DOM和DEM 生成的三維場景操作更方便，效果更逼真，可以方便進(jìn)行全線漫游以及多視角觀察，便于設(shè)計(jì)人員從整體上把握線路路徑。

7) 選線的測量設(shè)計(jì)成果可以非常方便地為后期電網(wǎng)三維可視化管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，更有利于數(shù)字電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。

輸電線路的巡檢目的，是查找線路中的安全隱患和故障，即時(shí)進(jìn)行檢修，以盡最大限度地避免事故的發(fā)生，或以最高的效率恢復(fù)線路的正常運(yùn)行，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

機(jī)載 LIDAR 測量系統(tǒng)可以很好地解決空間定位和量測精度等問題，通過LIDAR設(shè)備，可以直接采集線路走廊高精度三維激光點(diǎn)云和高分辨率航空數(shù)碼影像，進(jìn)而獲得高精度三維線路走廊地形、地貌、地物和線路設(shè)施設(shè)備空間信息，包括桿塔、掛線點(diǎn)位置、電線弧垂等?？梢跃_、快速地量測線路走廊地物（特別是房屋、樹木、交叉跨越）到電線的距離、導(dǎo)線線間距離等是否滿足安全運(yùn)行要求。另外，高分辨率航空數(shù)碼影像可以供巡檢人員判讀輸電線路和通道安全隱患和異常。

根據(jù)《架空送電線路運(yùn)行規(guī)程》，巡線時(shí)需要檢測的安全距離主要包括：

1)  導(dǎo)線在最大計(jì)算弧垂情況下與地面最小距離；

2)  導(dǎo)線在最大計(jì)算風(fēng)偏情況下與山坡、峭壁、巖石之間的最小凈空距離；

3)  導(dǎo)線在最大計(jì)算弧垂情況下與建筑物之間的最小垂直距離；

4)  邊導(dǎo)線在最大計(jì)算風(fēng)偏情況下與建筑物之間的最小水平距離；

5)  導(dǎo)線在最大弧垂情況下與樹木之間的垂直距離；

6)  導(dǎo)線在最大風(fēng)偏情況下與樹木之間的凈空距離；

7)  導(dǎo)線到鐵路、各等級公路、電車道、河流的垂直距離和水平距離；

8)  導(dǎo)線到交叉跨越（電力線、通信線、管道和索道）的距離。

利用機(jī)載 LIDAR 技術(shù)，完全可以高精度、全面的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行規(guī)程中的這些安檢的技術(shù)要求。系統(tǒng)一旦檢測出小于安全距離的激光數(shù)據(jù)點(diǎn)，則自動匯總并輸出圖表，以便于運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行野外現(xiàn)場校核檢修。

地面危險(xiǎn)點(diǎn)檢測

植被危險(xiǎn)點(diǎn)檢測

線路走廊危險(xiǎn)點(diǎn)GIS手簿顯示

機(jī)載LIDAR系統(tǒng)在輸電線路三維可視化管理中的應(yīng)用

1、目前在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的主要是基于二維坐標(biāo)的GIS系統(tǒng)，系統(tǒng)采用層的形式區(qū)分顯示

目前在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要是基于二維坐標(biāo)的 GIS 系統(tǒng)，系統(tǒng)采用層的形式區(qū)分顯示各種類型的地物元素即在不同的層中以點(diǎn)、線、面等符號表征不同類型的實(shí)際物體。電網(wǎng)二維GIS系統(tǒng)已由技術(shù)研究階段進(jìn)入大規(guī)模使用階段，功能日益完善，為輸電、變電、配電、電廠、供電、用電等電力各個(gè)環(huán)節(jié)的管理、運(yùn)行、維護(hù)、輔助設(shè)計(jì)等提供了支撐。但二維GIS系統(tǒng)簡單的幾何圖形加標(biāo)注的表現(xiàn)形式并不能真正地反映線路、桿塔等電力設(shè)備設(shè)施周圍的地形、地貌，不能為管理、檢修人員提供一個(gè)真實(shí)的環(huán)境信息；桿塔、導(dǎo)地線弧垂等的三維位置關(guān)系到線路安全，二維GIS不能直觀地表達(dá)這些內(nèi)容。 借助GIS和三維可視化技術(shù)，將輸配電線路、供用電設(shè)備及地理環(huán)境以圖文并茂的形式準(zhǔn)確、直觀地展現(xiàn)出來，為電力企業(yè)的輸配電線路、設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、管理、調(diào)度、分析、決策提供信息基礎(chǔ)和高效手段。

機(jī)載LIDAR測量系統(tǒng)是一種能同時(shí)快速獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)和高精度激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的新型三維空間數(shù)據(jù)采集手段，是目前唯一可以同時(shí)準(zhǔn)確恢復(fù)線路三維走廊地形、地貌、線路桿塔位置形狀、線路弧垂的快速測繪手段，并且能精確地匹配實(shí)際的三維空間坐標(biāo)。

2、輸電線路三維可視化數(shù)字移交

1) 輸電線路勘測設(shè)計(jì)成果的三維可視化數(shù)字移交

對于新建高壓線路、超高壓線路、可以基于激光LDIAR數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑優(yōu)化、排桿定位等，設(shè)計(jì)完成后，由設(shè)計(jì)單位直接提交數(shù)字化成果，包括線路走廊三維地形、地貌、走廊地物空間信息、桿塔排位結(jié)果、桿線資料等?？梢灾苯訉⑦@些數(shù)字化成果導(dǎo)入輸電線路三維資料管理系統(tǒng)，從而更加充分地利用勘測設(shè)計(jì)成果，節(jié)省管理投資。

2) 通過巡線對已建成線路的三維重構(gòu)

對于已建成線路、可以利用激光LIDAR進(jìn)行掃描，處理得到DOM、DEM和激光點(diǎn)云，從而恢復(fù)線路三維走廊。輔以線路資料錄入，可以實(shí)現(xiàn)對線路資料的三維管理，這項(xiàng)工作可以與電力巡線同時(shí)進(jìn)行，減少投資。

3、輸電線路三維可視化管理平臺主要功能

1) 電網(wǎng)轄區(qū)大范圍影像、地理數(shù)據(jù)二維瀏覽，如放大、縮小、平移、漫游等；

2) 電網(wǎng)轄區(qū)大范圍地形、地貌三維瀏覽；

3) 線路走廊（地形、跨越等）、輸電線路設(shè)施、設(shè)備三維瀏覽，應(yīng)詳細(xì)到桿塔、絕緣子、間隔棒等設(shè)備的模擬顯示；

4) 繞某一桿塔自動旋轉(zhuǎn)多視角觀察；

5) 綜合管理各種空間數(shù)據(jù)，包括DOM、DEM、激光點(diǎn)云、矢量圖形等；

6) 海量激光點(diǎn)云的展示，與地形的疊加；

7) 可以基于地面模型，也可以基于激光點(diǎn)云，隨意進(jìn)行地形斷面提取和顯示；

8) 臺帳資料錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表匯總；

9) 線路走廊地物精確空間位置和屬性管理；

10) 基礎(chǔ)桿塔、房屋、樹木三維模型管理；

11) 鐵塔設(shè)計(jì)圖紙管理；

12) 弧垂自動計(jì)算顯示；

13) 沿線自動飛行；

14) 飛行路線定制和自動漫游；

15) 二維、三維量測；

16) 視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)反應(yīng)線路周邊環(huán)境；

17) 雷擊點(diǎn)顯示和信息管理。

線纜走廊三維可視化

機(jī)載LIDAR系統(tǒng)在輸電線路增容分析中的應(yīng)用

要滿足電力能源輸送的持續(xù)增長需求，最明顯的解決方案是建設(shè)新輸電線路。由于好的線路通道已經(jīng)被占據(jù)，路徑選取越來越困難，對環(huán)境的破壞會越來越嚴(yán)重，費(fèi)用大大提高。因此，為了提高電網(wǎng)輸電能力，提高現(xiàn)有線路的輸電能力成為一種可行手段，即提高電線的載流容量。

利用激光 LIDAR 測量技術(shù)快速掃描并恢復(fù)線路路走廊精確的地形、地物三維空間位置，并且能夠?qū)崟r(shí)記錄作業(yè)時(shí)的環(huán)境變量信息，再利用計(jì)算機(jī)模擬提高荷載后的弧垂，進(jìn)行弧垂對地距離安全檢測，可以為提高電線載流容量提供依據(jù)?；谶@種方法，可以計(jì)算出哪些檔可以滿足新載荷下能安全運(yùn)行、哪些檔不能。對不能滿足的檔，可以選擇進(jìn)行桿塔位置移動、更新部分設(shè)備、或者清楚走廊、砍伐樹木等加以解決。

線路增容模擬分析