[发明专利]基于机载激光雷达的三维优化选线方法

说明书

技术领域

本发明属于架空送电线路选线技术领域，具体涉及一种基于机载激光雷达的三维线路优化设计方法。

背景技术

目前，国内的架空高压输电线路优化选线工程通常采用卫星影像和航空摄影测量相结合的技术手段来实现，即根据卫星影像或其他小比例尺地形图进行大方案比选，确定推荐路径方案，通过航空摄影测量方法获取沿线路径2km~3km宽度范围的航空影像像对，通过布设像控点，利用数字摄影测量工作站进行空中三角加密测量，恢复像对立体模型，从而构建线路走廊的三维场景，在此基础上选线设计人员需借助专用辅助设备（比如立体眼镜、立体显示屏等）才能进行三维场景图的浏览，并进行线路的三维优化选线作业。根据优化选线结果，航测内业作业人员借助数字摄影测量系统逐点进行平断面的采集编辑工作，设计人员依据平断面图进行预排杆和排杆工作。尽管基于卫星影像和航空摄影测量的优化选线技术已有近十年的历史，但该技术存在以下不可避免的缺点：a.航飞外业气象条件适应性差。由于摄影测量属于被动成像方式，对气象条件要求比较高，比如大的太阳高度角、没有云雾等。b.无法穿透植被。航空摄影测量无法穿透植被，在植被覆盖密集的区域无法进行像控点测量，无法获取植被以下的地形信息，从而在平断面和树高信息采集上显得无能为力。c.效率低。航空摄影测量的内业数据处理必须借助于大量的外业加密控制点测量，对于不规则区域的数据处理还要加大像控点的密度，大大降低了数据处理的速度。d.硬件平台要求高。基于航空摄影测量方法的三维优化选线必须在摄影测量工作站上进行，包括要求垂直扫描频率大于100Hz的CRT显示器及用于立体观测的辅助设备（立体眼镜、手轮、脚盘及立体显示屏，或其它替代设备）；e.三维可视化不直观。基于航空摄影测量方法的三维场景需要借助于专门的设备才能看到，作业人员需佩戴立体镜方可在三维场景下的进行优化选线，长时间操作容易造成眼睛疲劳，并且在立体观测时人体左右移动容易产生影像错位现象。

发明内容

本发明针对上述基于航空摄影测量的架空输电线路优化选线方法存在的不足，提出一种可在植被覆盖区高精度测图、三维可视化直观、选线排杆一体化等性能的基于机载激光雷达的三维优化选线方法，实现平断面及塔基断面的自动化出图，提高选线作业效率。

基于激光雷达的三维选线优化方法，该优化方法按以下步骤进行：1）根据线路可研路径进行航飞设计，根据设计参数，激光雷达进行航飞外业数据采集；2）通过数据预处理，将激光测距数据与POS系统定位数据联合解算得到激光点云数据；通过数据后处理，得到不同地物点云分类图、数字高程模型DEM、数字表面模型DSM、等高线以及数字正射影像图DOM；3）将点云数据、数字高程模型DEM、数字表面模型DSM、数字正射影像图DOM以及等高线导入到三维优化选线系统，借助于数据产品的特点进行路径选择，通过三维浏览查看线路走廊周边地貌，进行线路优化；4）结合三维影像及平断面，在选线软件中进行预排杆和排杆，排杆确定后输出影像路径图；5）输出影像图，并进行平断面的快速制图，用于外业放样定线测量。

所述的航飞设计结合机载激光雷达、数码相机及已有测绘资料进行，其步骤是：根据可研审查后的路径方案或初步设计路径方案，利用地形图或其他具有地理定位的小比例尺影像进行航飞设计并进行航飞外业数据采集，其过程为：1）DEM、DSM与DOM精度设计，DEM、DSM与DOM成果需达到1:1000比例尺精度要求；2）系统参数及航高设计，根据DEM、DSM及DOM的精度，确定激光脚点间隔为0.5m，影像分辨率为0.1m，据此设计飞行线路、航高、飞行速度、拍照时间间隔、脉冲频率、扫描角等参数；3）沿线均匀布设至少3个地面GPS基准站，并确保两相邻基准站间距不大于50km，进行地面基准站联测，获取基准站的WGS84坐标及目标坐标系坐标，从而计算坐标转换参数将测绘成果转到目标坐标系下。

所述的数据处理的过程为：1）将GPS基准站数据、机载POS数据进行联合解算得到航迹数据，结合激光扫描数据，获取原始激光点云数据；2）利用激光雷达数据处理软件进行点云数据的分类处理，剔除粗差点，分离出地面点、地物点，通过软件模块应用地面点生产数字高程模型DEM和等高线，利用局部最高点生成数字表面模型DSM；3）参考数字高程模型DEM，对航飞影像进行数字微分纠正，在此基础上进行正射影像的镶嵌及匀光匀色，得到数字正射影像图DOM。