電網是一個跨越大區域的工程，從電網的規劃、勘測、設計、施工、到運營、管理、維護、營銷、決策分析等，都對區域性空間信息有著強烈的需求。激光LIDAR測量技術由于具有精度高、全三維特性，從而為電網設計和管理的精細化、科學化及高效化提供了空間數據支持。

輸電線路是電網的最重要組成部分，而線路走廊的地形、地貌、地物等都對線路的建設和安全運行產生重大的影響，是線路設計和管理最為關注的區域。目前，電力線路走廊空間數據采集手段主要有人工測繪、航測和遙感等，而激光LIDAR測量技術可以快速對線路走廊進行高精度三維測量，從而為輸電線路的設計、運行、維護、管理企業和專業人員提供更快速、更高效和更科學的手段。采用激光LIDAR

測量系統，可以直接采集線路走廊高精度激光點云和高分辨率的航空數碼影像，進而獲得高精度三維線路走廊地形地貌、線路設施設備，以及走廊地物的精確三維空間信息，包括桿塔、掛線點位置、電線弧垂、樹木、建筑物等，從而為電力線路規劃設計、運行維護提供高精度測量數據成果。下圖是激光LIDAR測量技術在電網工程中的應用思路。

機載LiDAR電網應用總體思路

機載LiDAR在輸電線路優化設計中的應用

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

激光雷達測量技術高效率采集的線路走廊三維數據精度高、信息豐富、數據使用方便，并能大大減少外業工作量，提高了設計效率和成果質量，而且該技術的應用還可以大大的節約設計、勘測的費用、縮短作業周期，使設計更為合理，而且能將復雜的電力、電網信息快速實現網絡化、可視化的管理，可以產生很好的經濟效益及社會效益。

輸電線路優化設計

植被茂密的線路走廊掃描效果

與傳統的航空攝影測量優化選線技術相比，機載LIDAR測量技術在輸電線路優化選線設計業務中許多方面具有明顯的優勢，主要表現如下：

1) 激光雷達可穿透植被、快速獲取地表的三維信息，通過對機載激光雷達數據及其同時拍攝的影像數據進行一系列處理，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，結合DSM和DOM可得到真實的三維場景圖，參考三維場景圖進行電力選線，可從不同視角觀看線路周圍的地物、地貌信息，使設計人員在室內即可高效地完成圖上選線及線路優化工作。

2) 機載激光LIDAR利用系統所帶的GPS數據以及IMU系統的精確空間位置信息，只需要外業的幾個GPS基站布控點，進行GPS數據的差分誤差解算，基本不需要再有大量的人工外業的相控點，這相對于傳統航測方法來說，提高了很大的工作效率，并且節省了很大的工程設計成本。

3) 估算需砍伐樹木的面積

用激光雷達點云完成地面濾波后，參考地面點按不同高度對植被進行分類處理，得到全線范圍內的植被分布區域。從植被分布區中可直觀地判斷需砍伐植被的位置，應用面積查詢工具可估計需砍伐植被的面積，從而避免了不必要的植被砍伐，減少了建設輸電線路對環境的破壞。

4) 估算房屋拆遷數量及賠償費用

房屋賠償費用在輸電線路建設成本中占有一部分比例，根據高分辨率的三維真實景觀圖，可清晰地查看設計線路走廊房屋狀況，包括房屋建筑結構、層數及占地面積，根據這些細節可準備地計算需拆遷房屋數量，估算賠償費用，使輸電線路建設成本預算更科學。

5) 實時獲取斷面

利用機載LIDAR測量技術，可以快速獲取不同方向不同深度的斷面圖，可方便地觀看設計電力線與周圍地物在空間上的關系，如交叉線路在高程上的差異、設計線路與走廊范圍內植被的高差等，一些諸如房高、樹高、桿塔高等信息則利用激光點云數據自動提取，避免了傳統航測作業中由內業人員逐點進行立體量測的繁瑣過程，與航空攝影測量優化選線技術相比較，應用機載LIDAR優化選線技術進行平斷面采集作業效率可以提高75%左右。至于平斷面精度，絕大部分機載LIDAR斷面點高程誤差在0.5m以內，因此，機載激光LIDAR平斷面精度不僅完全能夠滿足線路設計的需要而且遠優于傳統航測平斷面精度。

6) 機載LIDAR測量技術生產的DOM和DEM 生成的三維場景操作更方便，效果更逼真，可以方便進行全線漫游以及多視角觀察，便于設計人員從整體上把握線路路徑。

7) 選線的測量設計成果可以非常方便地為后期電網三維可視化管理提供數據基礎，更有利于數字電網的實現。

輸電線路的巡檢目的，是查找線路中的安全隱患和故障，即時進行檢修，以盡最大限度地避免事故的發生，或以最高的效率恢復線路的正常運行，確保電網的安全運行。

機載 LIDAR 測量系統可以很好地解決空間定位和量測精度等問題，通過LIDAR設備，可以直接采集線路走廊高精度三維激光點云和高分辨率航空數碼影像，進而獲得高精度三維線路走廊地形、地貌、地物和線路設施設備空間信息，包括桿塔、掛線點位置、電線弧垂等。可以精確、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、導線線間距離等是否滿足安全運行要求。另外，高分辨率航空數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《架空送電線路運行規程》，巡線時需要檢測的安全距離主要包括：

1)  導線在最大計算弧垂情況下與地面最小距離；

2)  導線在最大計算風偏情況下與山坡、峭壁、巖石之間的最小凈空距離；

3)  導線在最大計算弧垂情況下與建筑物之間的最小垂直距離；

4)  邊導線在最大計算風偏情況下與建筑物之間的最小水平距離；

5)  導線在最大弧垂情況下與樹木之間的垂直距離；

6)  導線在最大風偏情況下與樹木之間的凈空距離；

7)  導線到鐵路、各等級公路、電車道、河流的垂直距離和水平距離；

8)  導線到交叉跨越（電力線、通信線、管道和索道）的距離。

利用機載 LIDAR 技術，完全可以高精度、全面的實現運行規程中的這些安檢的技術要求。系統一旦檢測出小于安全距離的激光數據點，則自動匯總并輸出圖表，以便于運行維護人員進行野外現場校核檢修。

地面危險點檢測

植被危險點檢測

線路走廊危險點GIS手簿顯示

機載LIDAR系統在輸電線路三維可視化管理中的應用

1、目前在電力系統中廣泛應用的主要是基于二維坐標的GIS系統，系統采用層的形式區分顯示

目前在電力系統廣泛應用的主要是基于二維坐標的 GIS 系統，系統采用層的形式區分顯示各種類型的地物元素即在不同的層中以點、線、面等符號表征不同類型的實際物體。電網二維GIS系統已由技術研究階段進入大規模使用階段，功能日益完善，為輸電、變電、配電、電廠、供電、用電等電力各個環節的管理、運行、維護、輔助設計等提供了支撐。但二維GIS系統簡單的幾何圖形加標注的表現形式并不能真正地反映線路、桿塔等電力設備設施周圍的地形、地貌，不能為管理、檢修人員提供一個真實的環境信息；桿塔、導地線弧垂等的三維位置關系到線路安全，二維GIS不能直觀地表達這些內容。 借助GIS和三維可視化技術，將輸配電線路、供用電設備及地理環境以圖文并茂的形式準確、直觀地展現出來，為電力企業的輸配電線路、設備的規劃、設計、維護、管理、調度、分析、決策提供信息基礎和高效手段。

機載LIDAR測量系統是一種能同時快速獲取高分辨率影像數據和高精度激光點云數據的新型三維空間數據采集手段，是目前唯一可以同時準確恢復線路三維走廊地形、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際的三維空間坐標。

2、輸電線路三維可視化數字移交

1) 輸電線路勘測設計成果的三維可視化數字移交

對于新建高壓線路、超高壓線路、可以基于激光LDIAR數據進行路徑優化、排桿定位等，設計完成后，由設計單位直接提交數字化成果，包括線路走廊三維地形、地貌、走廊地物空間信息、桿塔排位結果、桿線資料等。可以直接將這些數字化成果導入輸電線路三維資料管理系統，從而更加充分地利用勘測設計成果，節省管理投資。

2) 通過巡線對已建成線路的三維重構

對于已建成線路、可以利用激光LIDAR進行掃描，處理得到DOM、DEM和激光點云，從而恢復線路三維走廊。輔以線路資料錄入，可以實現對線路資料的三維管理，這項工作可以與電力巡線同時進行，減少投資。

3、輸電線路三維可視化管理平臺主要功能

1) 電網轄區大范圍影像、地理數據二維瀏覽，如放大、縮小、平移、漫游等；

2) 電網轄區大范圍地形、地貌三維瀏覽；

3) 線路走廊（地形、跨越等）、輸電線路設施、設備三維瀏覽，應詳細到桿塔、絕緣子、間隔棒等設備的模擬顯示；

4) 繞某一桿塔自動旋轉多視角觀察；

5) 綜合管理各種空間數據，包括DOM、DEM、激光點云、矢量圖形等；

6) 海量激光點云的展示，與地形的疊加；

7) 可以基于地面模型，也可以基于激光點云，隨意進行地形斷面提取和顯示；

8) 臺帳資料錄入、查詢、統計和報表匯總；

9) 線路走廊地物精確空間位置和屬性管理；

10) 基礎桿塔、房屋、樹木三維模型管理；

11) 鐵塔設計圖紙管理；

12) 弧垂自動計算顯示；

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) 視頻監控、實時反應線路周邊環境；

17) 雷擊點顯示和信息管理。

線纜走廊三維可視化

機載LIDAR系統在輸電線路增容分析中的應用

要滿足電力能源輸送的持續增長需求，最明顯的解決方案是建設新輸電線路。由于好的線路通道已經被占據，路徑選取越來越困難，對環境的破壞會越來越嚴重，費用大大提高。因此，為了提高電網輸電能力，提高現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 測量技術快速掃描并恢復線路路走廊精確的地形、地物三維空間位置，并且能夠實時記錄作業時的環境變量信息，再利用計算機模擬提高荷載后的弧垂，進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。基于這種方法，可以計算出哪些檔可以滿足新載荷下能安全運行、哪些檔不能。對不能滿足的檔，可以選擇進行桿塔位置移動、更新部分設備、或者清楚走廊、砍伐樹木等加以解決。

線路增容模擬分析