1直升机激光雷达扫描技术
机载激光雷达集激光扫描技术、全球定位技术和惯性导航技术三种技术于一身，将激光扫描仪、GPS接收机、惯性导航系统、数码相机及控制系统等搭载在飞机上，通过主动向地物目标发射激光脉冲获取地表的三维信息，同时，集成的数码相机能获取地表的影像数据。由于激光的波长短（一般在800~1600nm），能够穿透植被到达地表，可同时获取地表和植被信息，此外还能探测细小的电力线目标，比传统的航测技术具有优势。激光雷达能够直接获取地表的三维信息，快速生产DEM数据，结合采集的影像数据，可快速生产DOM数据，数据处理流程简单、成果生成速度快。采用VirtuoZoELE软件，根据大场景的DEM和DOM快速搭建三维立体采集环境，同时利用外业调绘的资料，可进行电力选线的优化设计。
2架空输电线路交跨密集区域激光雷达扫描作业的应用
2.1数据采集
2.1.1检校场布设
为保证数据获取精度，需在测区附近飞行检校场，对设备参数进行检校，保证数据获取精度。检校场布设一般选在包含有特征地物的城区内，通常检校场包含人字形建筑物和平直马路：
2.1.2航线设计与数据采集
测区航摄飞行航线设计从高效、经济的原则出发，综合考虑仪器设备的性能、测区地形地势、数据成果要求等一系列要素进行设计，按照GB/T19294-2003《航空摄影技术设计规范》执行。按照设计要求设置设备控制软件参数，飞机上线采集数据前，做“S”飞行，上线后保持设计的速度和高度飞行，姿态保持稳定，返航后做“S”飞行后落地。
2.2数据处理
数据采集完毕后，检查数据的完整性和正确性后，进行数据解算算和处理，主要包括三维点云数据解算和DEM和DOM生产。
2.2.1点云数据解算
利用地面基站静态观测数据、机上GPS和IMU数据，采用POSPac软件联合解POS数据，并检查POS数据解算精度。利用点云数据解算软件，输入POS数据、原始激光点云数据、设备安置角检校参数等数据，解算三维点云数据。通过外控资料求取解算数据与成果数据的转换参数（一般为七参数），将三维点云数据转换到要求的成果坐标系下。
2.2.2 DEM和DOM生产
1）DEM生产
解算的三维点云数据，利用TerraSolid中TSCAN模块，进行噪点处理后，经过自动分类将植被、建筑物、电力设施等地物数据与地表数据进行分离，然后采用人工交互编辑处理，实现点云数据的精细分类并进行分类质量控制，最后，将分类的所有地面点作为特征点进行DEM构建，并根据成果要求的比例尺进行质量检查。
2）DOM生产
利用TerraSolid中TPHOTO模块，输入相机参数和影像列表信息，基于分类后的高精度DEM数据进行影像纠正、色彩调整、影像镶嵌等技术环节，生成DOM，并根据成果要求进行质量控制与检查。
3直升机激光雷达扫描作业针对架空输电线路交跨密集区域巡检关键技术
3.1激光雷达及参数指标检测系统
在实际工作时,激光雷达在高空输电线上受风力影响易产生摇晃、抖动。为确保在动态环境下激光雷达仍可有效“捕捉”被跨越物,要求激光雷达需具备较高的扫描频率。本文系统选用的激光雷达为上海申稷光电的FS-030型激光雷达,其适用于室外环境作业,扫描频率可达2000Hz,量程30m内可达到±3cm的重复精度。
3.2激光雷达扫描频率的优化配置
架空输电线路下方的被跨越物在垂直方向的投影面积存在很大差异,比如,导线下方建筑物的投影面积远大于其他交叉走向的导线。为使检测系统适用于各种真实工况,移动中的激光雷达应能“捕捉”到投影面积最小的被跨越物,即要求激光雷达在经过被跨越物时可完成足够多次数的测距。若被跨越物体在雷达扫描方向的投影宽度为d,激光雷达的移动速度为v,则雷达经过被跨越物所经历的时长t1为:t1=dv设定雷达在被跨越物上所需完成的最少测距次数为M,则所需的激光扫描频率需大于F:F=Mt1=M·vd例如,当被跨越物为交叉走向的导线,导线直径仅为d=2cm,激光雷达的行进速度v为50cm/s,取M=30,则激光雷达扫描频率应大于F,F=750Hz。通过以上试算结果,并赋予系统一定的裕度,可将扫描频率设为1000Hz。
3.3雷达检测数据的预处理
由于激光雷达在交跨距离检测过程中持续作业,获取的实时数据量较大,原始数据经过滤波后并未缩减数据量。为减少系统对无线通讯信道传输速率的要求并降低通讯误码率,进一步对已滤波的检测数据进行预处理。数据预处理方法的设计必须考虑该检测系统的如下特点与功能需求:1)对一个被跨越物,其交跨距离是被跨越物与激光雷达之间的最小距离;2)不减弱激光雷达对投影面积很小的被跨越物所具备的“捕捉”能力。根据以上要求,拟对检测数据进行分段预处理:1)结合雷达扫描频率与行进速度,定义一个m值,m为该段所含的数据点个数;2)移动检测站累计激光雷达提供的数据点个数,计满m个即从中取最小值,作为处理后的距离值,并通过无线通讯传输至地面控制站。随后,进行下一个段的累计与处理。3)地面控制站的软件中设定一个“待检区”,其大小可根据验收规范与具体输电线路的规格来确定。例如,设定输电线路下方6m以内作为“待检区”,若在区域内出现有效的距离值,则认为激光雷达“捕捉”到了被跨越物并在人机界面上显示捕获状态及距离值;未进入“待检区”的距离值则作无效数据处理。通过扫描试验的数据结果分析,结合对被跨越物进行“捕捉”的实时性与距离检测的准确度,合理选定m值。本例中,激光雷达扫描频率为1000Hz,雷达的行进速度v为50cm/s,对距离4.3m远处直径为2cm的导线进行扫描,重复扫描试验20次。
4具体实现
采用无人机、直升机激光扫描系统直接获取输电线路走廊内大量高精度激光点云数据，以真三维展现形式实现输电线路走廊可视化。通过对激光点云数据的处理生成地形数据以及电/铁塔模型等数据，构建能够准确有效地模拟和再现输电线路走廊内的地形、地貌、地物的输电线路走廊三维可视化系统，实现海量数据的快速浏览、漫游、显示和管理等。基于地形起伏和植被、建筑物、线路、杆塔的高度、范围和位置，结合无人机飞行参数、相机拍摄性能，在输电线路走廊三维可视化平台上设计规划航线和航迹点，连接成一条完整的飞行航线，并进行模拟飞行，航迹文件能够保存和下发，实现无人机自主精细化巡检。
利用4G/5G技术，采用直播推流的方式实现无人机自主巡检现场画面实时回传，平台可实时显示无人机位置信息，实时监控无人机作业位置及飞行状态，保障设备操作及运行与计划相符，保障航巡作业实时监管，有序开展。对于任意选中的计划任务可查看无人机历史轨迹，提供历史轨迹回放，支持查询轨迹线上任意点、经纬度、高度、时间等信息。无人机智能巡检管控平台上的显示如下图所示：
4结论
直升机激光雷达扫描作业针对架空输电线路交跨密集区域巡检方式的影响较大，只有重视关键技术的应用，才能确保巡检的效果。
参考文献：
[1]陈利明,武艺,杨丰恺,孔令宇,王淼.无人机系统在架空输电线路巡检业务中的应用[J].测绘通报,2017(S1):169-172.
[2]毛鹏飞,丁磊.基于激光雷达测量技术的输电线路运行环境监测系统的应用[J].内蒙古电力技术,2017,35(03):69-72.
[3]胡川,吴军.输电线路无人机飞行性能评价现状和主要性能指标分析[A].2017:4.