激光扫描技术在电网中应用研究讲解.doc

激光扫描技术在电网中的应用研究 关键词：三维激光；高压 0、引言 目前，超高压输电线路的检测与维护方法中最常用的是利用经纬仪对输电线路进行检测，根据需要计算各项参数，如档距、弧垂、相间最近距离等，然而，该作业方法受人为因素的影响比较大，仅当线路发生故障时才能够较准确测定故障位置，并且无法精确计算上述各项参数，误差比较大。 三维激光扫描技术凭借其数据采集速度快、精度高、全天候等优良特性，可以方便地获得超高压输电线路维护过程中所需的各项参数，目前，我们将该项技术应用于输电线路相关信息的检测，取得了很好的效果。 结合三维激光扫描技术在超高压输电线路的检测与维护中的成功应用，本文从方案设计、外业数据采集、内业数据处理等 3 个方面着手，详细阐述该技术所存在的优势、具体实施流程以及未来的发展方向。 1、方案设计 根据要求，超高压输电线路的检测与维护中，需要测定的参数包括：杆塔高差、档距、弧垂、最大弧垂、任意位置处三相导线间最近距离、任意位置处每项导线其子导线间的最近距离以及三项导线间的最近距离及其位置。 施工现场位于丘陵地带，沟壑纵横交错，地形险要。另据超高压输电线路的设 计方案可知，待扫描相邻杆塔的设计档距为 1076m，导线的截面为 400mm。本次选用 Riegl 公司 LMS-Z420i 系列三维激光扫描仪进行外业数据采集，该设备的 最大射程可达 1.5km，可设定角度分辨率高达 0.004 °，因此，理论上来讲，只要电线与扫描仪的距离不超过 1000 米，均可以对其进行精确扫描。 1.1 测站的布设。测站的布设原则是用尽可能少的测站获得尽可能全面的超高压输电线的表面特征信息，在此基础上，还要考虑减少外界环境对采样过程的影响，如表面遮挡、相邻电线的重叠等。根据现场踏勘结果，且考虑到数据的 采样质量问题，最终选择四个测站分别进行扫描，扫描范围尽可能控制在 500m 范围之内，以确保数据的准确、高质量采集。 1.2Tiepoints 的布设。 Tiepoints 即人为设定的同名地物点，其作用类似于大地测量中的控制点，布设的是否合理将直接决定点云数据配准的精度。具体布 设过程中，需要满足如下要求：①任意两个相邻测站间所有的 Tiepoints 不要位于同一方向上；②相邻测站之间可以同时观测的 Tiepoints 不少于 3，最佳个数为 4-5 个，且不要位于同一方向上。 此外，通过 Tiepoints ，也可以将扫描的点云数据转化到已有的大地坐标系或者地方坐标系之中，此时需要至少 3 个 Tiepoints 与已知其大地坐标或者地方坐标的控制点重合，在此基础上，利用七参数法实现坐标换算。 2、外业数据采集 在测站布设、 Tiepoints 布设工作结束之后，即可利用三维激光扫描仪对超高压输电线路进行扫描，以期得到能够表示超高压输电线路的表面特征数据，并以点云的形式提交给用户。三维激光扫描仪的工作原理与三维激光测距系统相类似，所不同的是，在三维激光扫描系统中，获取的点云数据经过适当的处理，均被统一换算到相应的坐标系之中，从而方便用户的使用。 值得一提的是，利用 RiSCANPro(Riegl 扫描仪的随机配置软件 ) 可以实现扫描数据的在线控制和适时浏览，用户可以根据工作需要，任意设定扫描分辨率及扫 描范围，而且， LMS-Z420i 系列三维激光扫描仪在采集点云数据的同时，也可以同时采集相应的纹理数据，并且自动建立了点云数据与纹理数据之间的对应关系，为后续处理提供了诸多便利。 3、数据处理 3.1 点云数据配准。如上所述，详尽的超高压输电线路表面特征信息，需要借助多测站从不同角度对其进行扫描，对于扫描仪来说，各测站数据分别隶属于不同的坐标系，因此，需要将所有的采样数据统一换算到某一特定的坐标系之中，这一过程即所谓的点云数据配准。 多测站数据配准，其实质是通过相邻测站的同名地物点来进行，相邻测站之间需要至少 3 对以上的同名地物点来完成数据配准，在不同测站数据上指定同名地物点的精度将直接影响配准精度，鉴于此，可以考虑通过人为设立同名地物点，以此来提高数据配准的精度。本文的方案设计正是借鉴这一思想来满足高效、高精度的数据配准要求。 3.2 参数计算。点云数据配准之后，即可进行相关参数的量算工作，这里将结合输电线路扫描数据，对三项导线间的最近距离的量算方法进行分析与介绍。 为了计算指定位置处导线间的最近距离，需要首先在该位置处作以导线走向为 法向的切平面，然后在该切平面上量算各项导线间的最近距离，如图 1 所示为某剖面处相邻导线间的距离。 当需要求取相邻导线的最小距离及其位置时，理论上需要无穷多个剖面，最后取最小值即可，实际操作中，一般来讲，仅需计算各间隔棒及相邻间隔棒中心点处的导线间最近距离，作为导线间最近距离的近似值，当然，剖面越多