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摘要：近年来，中国的林业产业的快速发展，部分电力线路隐藏于茂密的树木内。由于线路内多发的安全距离，线路内线路闪络、停电、森林火灾等事故，给输电线路的安全运行带来了极大的灾难。传统的测量方法如用全站仪或手持式激光测距仪对地面的树木安全距离进行测量和管理，成本高，效率低。
关键词：机载激光雷达；智能测距；输电线路树障
引言
提出了机载激光雷达的智能定位基于故障树的方法，传输线的基本思路，介绍了机载激光雷达的智能测距设备的组成和结构，详细分析了机载激光雷达的智能定位输电线路树障和关键技术方法，并对预测方法在试点运行情况的基础上应用。
1、智能测距硬件组成
机载三维激光扫描设备是实现智能测距方法的硬件支撑，主要由数字激光扫描仪、高分辨率相机、POS系统和机载计算机集成，其中激光扫描仪发射激光脉冲并接收物体表面反射激光点云；高分辨率相机采集线路走廊正射影像；机载POS系统是由GPS接收机和惯性测量装置（IMU）组合而成的高精度定位定向系统，为激光扫描仪和相机提供所需要的外方位元素；机载计算机控制数据采集并保证数据同步，同时存储基础测量数据。机载计算机一般安装在机舱内，外接操作和导航终端。数字激光扫描仪、高分辨率相机、POS系统等多传感器标定集成整体后通过云台和直升机连接，使用高性能的云台能减少直升机震动对影像、激光点云获取准确性的影响，能补偿直升机飞行倾角变化，改善后续成果的质量。机载激光雷达智能测距设备整体组成及结构如图1、2所示：
2、智能测距方法
2.1数据采集阶段
使用直升机机载激光雷达对输电线路走廊进行飞行扫描，首先根据数据采集要求制定直升机扫描作业方案和实施方案，明确激光扫描设备安装调试和扫描飞行技术措施，充分考虑输电线路的走向、走廊宽度、导线排列方式等因素，设计飞行航带，布设测绘基准点，确定原始激光数据、影像数据、导航数据的格式和精度指标。直升机机载激光雷达通过起飞前准备、校验飞行、扫描作业、原始数据质量检查等一系列标准化作业流程完成数据采集。
2.2数据后处理阶段
对采集的原始数据先进行预处理，激光点云方面，按照三维激光扫描数据分类标准规范，在对激光点云进行大地定向、检校和坐标转换后，利用专业激光分类软件对地面和非地面的激光点云进行自定义分类，有效识别和提取出高密度、高精度的线路导线、杆塔、树木、交叉跨越、建筑、地表的激光点云，采用分类后地面激光点云生成精细数字高程模型（DEM），线路导线、树木、交叉跨越、建筑等非地面激光点云则通过参照影像数据进行三维可视化高程渲染；影像数据方面，利用机载POS系统所获取的影像外方位元素和分类后的激光点云，对航摄的输电线路走廊影像进行纠正影像的镶嵌拼接，生成数字正射影像（DOM）。基于上述预处理成果，将数字高程模型、数字正射影像、非地面激光点云进行配准叠置，匹配实际坐标，结合矢量化地图发布矢量数据，进行三维空间数据对象分类提取、标识、空间属性匹配、建立逻辑关系和模块化，形成导线、杆塔、树木、建筑和地面的分类对象空间专题图层信息，实现输电线路走廊三维数字模型构建，可以真实反映采集瞬间的输电线路走廊的三维空间情况，包括走廊地形、地物和导线弧垂、挂点、杆塔等线路设施设备的实际运行空间信息。
3、关键技术
3.1海量数据高效处理
传统直升机机载激光雷达测绘扫描作业，每天飞行作业6小时的影像、点云数据及POS数据会达到TB级，数据量十分庞大。进行直升机机载激光雷达智能测距树障，由于主要关注线路走廊内树木和建筑物的影响，因此对采集的非地面激光点云进行精简，分类滤波出导线、树木和建筑物的激光点云，从源头将每天数据容量降为GB级，大幅减少数据处理的工作量。研究组建专用光纤网络，提高I/O连通性，构建采集数据的批量快速存取通道，缩减采集数据的存储时间。搭建基于hadoop大数据技术的分布式云计算架构，提高激光点云分类、渲染、建模和应用方面的分析處理能力，最终实现海量数据的高效处理。
3.2准确模拟输电线路导线、树木
实际扫描输电线路导线、树木采集的激光点云是离散的，无法全面准确展示各个空间对象，针对上述问题，导线部分通过悬挂点激光点云使用架空线悬链线方程计算弧垂和线长，结合激光点云校正还原导线曲线；树木部分则融合激光点云空间结构信息和影像纹理信息来解决树木激光点云不均的问题；通过上述技术实现稳定可靠的线路导线及周围交跨树木的三维测量，从而准确评估线路导线到周围交跨树木的相对距离。
3.3模拟不同状态下安全距离分析
模拟最高气温、最大覆冰无风、最大设计风速无覆冰等多种气象设计条件，基于线路实际的激光点云数据和环境参数进行线路各种状态下导线安全距离检测，可以进一步提升线路防灾抗灾水平。
4、结语
机载激光雷达可以更好地解决空间分析和三维测量，与直升机飞行快速扫描的数据采集，方便快捷的优势非常明显，通过系统分析可以准确和有效地测量信道特征（尤其是树木）线的线间距，进行直升机机载激光雷达情报手工测量存在范围优势无可比拟的隐患排查，根据树行，进一步拓宽了架空输电线路直升机巡检操作业务。利用三维激光雷达扫描数据加深对直升机机载激光雷达的智能定位输电线路故障树的进一步开发应用将逐步进入常规应用阶段。
参考文献：
[1]于德明，沈建，汪骏，陈方东，刘伟东.直升机在电网运行维护中的研究与应用[J].电网技术，2009，（06）：107-112.
[2]张险峰，陈功，龙维，程正逢，张凯.浅谈激光雷达直升机巡线的应用现状与前景[J].电力勘测设计，2007，（06）：28-31.
[3]张赓.基于机载LiDAR点云数据的电力线安全距离检测[D].兰州交通大学，2015.
关键词：机载激光雷达；智能测距；输电线路树障
引言
提出了机载激光雷达的智能定位基于故障树的方法，传输线的基本思路，介绍了机载激光雷达的智能测距设备的组成和结构，详细分析了机载激光雷达的智能定位输电线路树障和关键技术方法，并对预测方法在试点运行情况的基础上应用。
1、智能测距硬件组成
机载三维激光扫描设备是实现智能测距方法的硬件支撑，主要由数字激光扫描仪、高分辨率相机、POS系统和机载计算机集成，其中激光扫描仪发射激光脉冲并接收物体表面反射激光点云；高分辨率相机采集线路走廊正射影像；机载POS系统是由GPS接收机和惯性测量装置（IMU）组合而成的高精度定位定向系统，为激光扫描仪和相机提供所需要的外方位元素；机载计算机控制数据采集并保证数据同步，同时存储基础测量数据。机载计算机一般安装在机舱内，外接操作和导航终端。数字激光扫描仪、高分辨率相机、POS系统等多传感器标定集成整体后通过云台和直升机连接，使用高性能的云台能减少直升机震动对影像、激光点云获取准确性的影响，能补偿直升机飞行倾角变化，改善后续成果的质量。机载激光雷达智能测距设备整体组成及结构如图1、2所示：
2、智能测距方法
2.1数据采集阶段
使用直升机机载激光雷达对输电线路走廊进行飞行扫描，首先根据数据采集要求制定直升机扫描作业方案和实施方案，明确激光扫描设备安装调试和扫描飞行技术措施，充分考虑输电线路的走向、走廊宽度、导线排列方式等因素，设计飞行航带，布设测绘基准点，确定原始激光数据、影像数据、导航数据的格式和精度指标。直升机机载激光雷达通过起飞前准备、校验飞行、扫描作业、原始数据质量检查等一系列标准化作业流程完成数据采集。
2.2数据后处理阶段
对采集的原始数据先进行预处理，激光点云方面，按照三维激光扫描数据分类标准规范，在对激光点云进行大地定向、检校和坐标转换后，利用专业激光分类软件对地面和非地面的激光点云进行自定义分类，有效识别和提取出高密度、高精度的线路导线、杆塔、树木、交叉跨越、建筑、地表的激光点云，采用分类后地面激光点云生成精细数字高程模型（DEM），线路导线、树木、交叉跨越、建筑等非地面激光点云则通过参照影像数据进行三维可视化高程渲染；影像数据方面，利用机载POS系统所获取的影像外方位元素和分类后的激光点云，对航摄的输电线路走廊影像进行纠正影像的镶嵌拼接，生成数字正射影像（DOM）。基于上述预处理成果，将数字高程模型、数字正射影像、非地面激光点云进行配准叠置，匹配实际坐标，结合矢量化地图发布矢量数据，进行三维空间数据对象分类提取、标识、空间属性匹配、建立逻辑关系和模块化，形成导线、杆塔、树木、建筑和地面的分类对象空间专题图层信息，实现输电线路走廊三维数字模型构建，可以真实反映采集瞬间的输电线路走廊的三维空间情况，包括走廊地形、地物和导线弧垂、挂点、杆塔等线路设施设备的实际运行空间信息。
3、关键技术
3.1海量数据高效处理
传统直升机机载激光雷达测绘扫描作业，每天飞行作业6小时的影像、点云数据及POS数据会达到TB级，数据量十分庞大。进行直升机机载激光雷达智能测距树障，由于主要关注线路走廊内树木和建筑物的影响，因此对采集的非地面激光点云进行精简，分类滤波出导线、树木和建筑物的激光点云，从源头将每天数据容量降为GB级，大幅减少数据处理的工作量。研究组建专用光纤网络，提高I/O连通性，构建采集数据的批量快速存取通道，缩减采集数据的存储时间。搭建基于hadoop大数据技术的分布式云计算架构，提高激光点云分类、渲染、建模和应用方面的分析處理能力，最终实现海量数据的高效处理。
3.2准确模拟输电线路导线、树木
实际扫描输电线路导线、树木采集的激光点云是离散的，无法全面准确展示各个空间对象，针对上述问题，导线部分通过悬挂点激光点云使用架空线悬链线方程计算弧垂和线长，结合激光点云校正还原导线曲线；树木部分则融合激光点云空间结构信息和影像纹理信息来解决树木激光点云不均的问题；通过上述技术实现稳定可靠的线路导线及周围交跨树木的三维测量，从而准确评估线路导线到周围交跨树木的相对距离。
3.3模拟不同状态下安全距离分析
模拟最高气温、最大覆冰无风、最大设计风速无覆冰等多种气象设计条件，基于线路实际的激光点云数据和环境参数进行线路各种状态下导线安全距离检测，可以进一步提升线路防灾抗灾水平。
4、结语
机载激光雷达可以更好地解决空间分析和三维测量，与直升机飞行快速扫描的数据采集，方便快捷的优势非常明显，通过系统分析可以准确和有效地测量信道特征（尤其是树木）线的线间距，进行直升机机载激光雷达情报手工测量存在范围优势无可比拟的隐患排查，根据树行，进一步拓宽了架空输电线路直升机巡检操作业务。利用三维激光雷达扫描数据加深对直升机机载激光雷达的智能定位输电线路故障树的进一步开发应用将逐步进入常规应用阶段。
参考文献：
[1]于德明，沈建，汪骏，陈方东，刘伟东.直升机在电网运行维护中的研究与应用[J].电网技术，2009，（06）：107-112.
[2]张险峰，陈功，龙维，程正逢，张凯.浅谈激光雷达直升机巡线的应用现状与前景[J].电力勘测设计，2007，（06）：28-31.
[3]张赓.基于机载LiDAR点云数据的电力线安全距离检测[D].兰州交通大学，2015.