电力lidar飞行征求意见稿.docx
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电力lidar飞行征求意见稿
ICS
CCS
备案号:
中华人民共和国电力行业标准
DL/T—20
P
国家能源局发布
2010-**-** 实施
2010-**-** 发布
架空输电线路机载激光雷达测量技术规程
TechnicalspecificationsforairborneLidar
surveyingofoverheadtransmissionline
(公开征求意见稿)
前言
根据《国家能源局关于下达2009年第一批能源领域行业标准制(修)订计划的通知》(国能科技[2009]163号)的要求,标准编制组以中国南方电网有限责任公司企业标准《架空输电线路机载激光雷达测量技术规程》为基础,认真调查研究,总结近年来国内外工程测量的实践经验,充分吸收有关科研和技术发展成果,以安全适用、质量可靠、技术先进、经济合理为原则,并在广泛征求意见的基础上制定本标准。
本标准规定了110kV~750kV架空输电线路机载激光雷达测量的技术要求。
主要技术内容包括:
测量基本规定、机载激光雷达数据采集、机载激光雷达数据处理、路径调绘、卫星定位测量、三维选线和平断面测绘、定线与定位测量、技术检查与资料整理等。
本标准由中国电力企业联合会提出并归口。
本标准由中国南方电网有限责任公司负责具体技术内容的解释。
在执行过程中如有意见或建议,请寄送中国南方电网有限责任公司行业标准《架空输电线路机载激光雷达测量技术规程》编写组(地址:
×××××,邮政编码:
×××××)。
本标准编制单位:
本标准的主要起草人:
×××、×××、×××、×××
目次
1 总 则1
2 术语与符号2
2.1 术 语2
2.2 符 号4
3 测量基本规定5
4 机载激光雷达数据采集6
4.1 一般规定6
4.2 航带设计6
4.3 地面GPS参考站布设与坐标测量7
4.4 检校场布设8
4.5 机载激光雷达航摄9
4.6 测量成果10
5 机载激光雷达数据处理11
5.1 一般规定11
5.2 预处理11
5.3 激光点云分类与DEM制作12
5.4 制作DOM13
5.5 成果资料14
6 路径调绘15
6.1 一般规定15
6.2 平面调绘15
6.3 交叉跨越调绘15
6.4 成果资料16
7 卫星定位测量17
7.1 一般规定17
7.2 控制测量17
7.3 RTK测量20
7.4 联系测量21
7.5 成果资料21
8 三维选线和平断面测绘22
8.1 一般规定22
8.2 三维选线平台建立22
8.3 室内路径选择22
8.4 平断面测绘22
8.5 测量成果23
9 定线与定位测量24
9.1 一般规定24
9.2 定线测量24
9.3 定位测量25
9.4 检查测量25
9.5 成果资料26
10 技术检查与资料整理27
10.1 技术检查27
10.2 资料整理27
附录A 地面基站同步观测记录单29
附录B IMU/DGPS辅助航摄飞行数据预处理结果分析表30
附录C 500kV送电线路平断面图样图31
附录D 塔基断面图样图35
附录E 塔位地形图样图36
附录F 拥挤地段平面图样图37
附录G 变电站或发电厂进出线平面图样图38
附录H 通讯线危险影响相对位置图样图39
附录K 本规程用词说明40
引用标准名录41
附:
条文说明
1 总 则
1.0.1 为使110kV~750kV架空输电线路机载激光雷达测量工作贯彻执行国家的有关法律、法规和方针、政策,统一技术要求,充分考虑业主、设计、施工和运行的使用要求,密切结合工程测量的自然条件,做到技术先进、经济合理、保护环境,确保工程测量产品满足质量可靠、安全适用的原则,以适应现代化电网建设发展的需要,制订本规程。
1.0.2 架空输电线路工程测量阶段的划分应与设计阶段相适应,可划分为可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。
1.0.3 本标准规定了利用机载激光雷达测量技术,实施架空输电线路测量的方法、技术要求,适用于110kV~750kV的交流和直流架空输电线路新建、改建工程的测量工作。
1.0.4 架空输电线路测量工作,应明确工程建设和设计要求,认真策划,精心实施,对自然条件复杂的架空输电线路工程,应做好施工现场服务工作。
1.0.5 架空输电线路测量应积极稳妥地采用测绘新技术、新设备、新成果。
采用测绘新技术完成的产品精度,通过检验应满足本标准相应的精度要求。
1.0.6 架空输电线路测量使用的仪器和相关设备应按国家计量法的规定定期进行检定,并应在有效的使用周期内。
使用的计算机应用软件,使用前应进行鉴定或验证。
测量原始记录必须真实和准确。
1.0.7 110kV~750kV架空输电线路机载激光雷达测量除应符合本标准外,尚应符合国家现行的有关标准的规定。
2 术语与符号
2.1 术 语
2.1.1 机载激光雷达AirborneLightDetectionAndRanging
在飞机或其他飞行器上加载激光扫描仪和POS系统,以发射和接收激光脉冲的方式,获取高精度地表形态数据。
2.1.2 惯性测量单元(InertialMeasurementUnit)IMU
用于测定传感器在空间的瞬时姿态参数,即俯仰角、侧滚角和航偏角。
2.1.3 定位定向系统(PositionOrientationSystem)POS
由机载GPS接收机与IMU单元组成。
2.1.4 激光点云LiDARpointcloud
机载激光雷达系统对地面扫描获得地面反射点的三维坐标,并以离散、随机而不规则方式分布在三维空间中的点的集合。
2.1.5 数字高程模型digitalelevationmodel(DEM)
以规则格网点的高程值表达地形起伏的数据集。
2.1.6 数字表面模型digitalsurfacemodel(DSM)
以规则格网点的高程值表达地表起伏的数据集。
2.1.7 数字正射影像图digitalorthophotomap(DOM)
经过正射投影改正的影像数据集。
2.1.8 地面分辨率groundresolution
影像分辨率所对应的地面尺寸。
2.1.9 摄影航高photographicflyingheight
摄影平台至摄影分区基准面的垂直距离。
2.1.10 地面GPS参考站groundGPSreferencestation
设置于地面已知点上,与机载GPS同步观测并在后处理动态中作为参考站使用的测站。
2.1.11 连续运行参考站系统ContinuousOperationalReferenceSystem(CORS)
由若干个永久性的接收机构成导航卫星数据跟踪基准站网并和相应的数据通信网络联结成的一个网络系统。
2.1.12 差分全球定位系统(DifferentialGPS)DGPS
基本原理是把一台高性能GPS接收机放在位置已精确测定的点上,组成基准台。
基准台接收机通过接收GPS卫星信号,测得并计算出到卫星的伪距,将伪距和已知距离相比较,求得参考点在GPS系统中的伪距测量误差,再将这些误差作为修正值用来改正其它静态或动态测定的GPS数据,以提高这些未知点的GPS测量精度。
2.1.13 偏心分量LeverArms
分别将机载天线相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在以IMU测量中心为原点的像空间辅助坐标系上(以铅垂方向为Z轴,航线方向为X轴),分解为三个坐标分量,称为偏心分量(见图2.1.13)。
其中:
U,代表天线相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在X轴上的偏心分量,取飞行方向为正;
V,代表天线相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在Y轴上的偏心分量,取飞行左侧方向为正;
W,代表天线相位中心与IMU测量中心的空间偏移投影在Z轴上的偏心分量,取天顶方向为正。
图2.1.13偏心分量
2.1.14 位置精度强弱度(PositionDilutionofPrecision)PDOP
为纬度、经度和高程等误差平方和的开根号值,具体含义:
归因于卫星的几何分布,天空中卫星分布程度越好,定位精度越高,数值越小精度越高。
2.1.15 网络RTKnetworkRTK
指在一定区域内建立多个基准站,对该地区构成网状覆盖,并进行连续跟踪观测,通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算,获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数,用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式。
2.1.16 三维选线RouteSelectioninThreeDimensionEnvironment
在三维可视化环境下进行路径选择。
2.1.17 定线测量straightlinelocationsurvey
在两转角连线方向为便于平断面、交叉跨越、定位等后续测量工作而设置直线桩位置的测量。
2.1.18 定位测量locationsurvey
确定塔位位置,并测量塔位桩的累距或坐标、高程。
2.2 符 号
a——固定误差;
b——比例误差;
d——相邻点间的距离;
——同步环或异步环中基线边的个数;
——同步环或异步环纵向坐标闭合差,mm;
——同步环或异步环横向坐标闭合差,mm;
——同步环或异步环竖向坐标闭合差,mm;
——同步环或异步环环线全长闭合差,mm;
——同步环、异步环弦长或基线测量中误差,mm。
3 测量基本规定
3.0.1 架空输电线路机载激光雷达测量技术方案应根据工程实际,结合线路地形状况、激光雷达系统性能、扫描范围、安全等因素综合考虑。
3.0.2 经检查符合要求的激光点云密度应高于DEM格网点的密度。
3.0.3 采用激光点云构建DEM时,应避免损失激光点云的精度。
3.0.4 基于激光点云数据生成的DEM成果,其纵向与横向分辨率保持一致。
3.0.5 DEM相对于野外控制点的高程中误差应达到《数字测绘成果质量要求》(GB/T17941)规定的1:
2000比例尺的精度。
3.0.6 本标准以中误差作为衡量测绘精度的标准,并以二倍中误差作为极限误差。
3.0.7 测量宜采用国家统一的坐标和高程系统。
同一工程不同设计阶段的测量工作应采用一致的坐标和高程系统。
中央子午线及投影面的选择应考虑投影长度变形。
3.0.8 机载GPS接收机必须是航空型GPS信号接收机,数据采样率应优于1Hz。
要求地面静态GPS接收机的数据采样率不低于机载接收机的数据采样率。
3.0.9 控制点应选择在地势开阔和地面植被稀少,交通方便,符合卫星定位测量接收条件的位置。
宜以静态或RTK作业模式测定坐标和高程。
控制点应埋设固定桩。
3.0.10 使用卫星定位技术进行平面坐标联系测量时宜采用静态或RTK作业模式;进行平断面测量、交叉跨越平面测量、地形图测量、塔位桩和直线桩放样测量时宜采用RTK模式。
高程联系测量可采用光电测距三角高程测量或图根水准测量。
3.0.11 卫星定位测量时选用的参考椭球参数,同一工程各个阶段应保持一致。
3.0.12 线路平断面图的比例尺,宜采用水平面1:
5000、垂直1:
500。
110kV~500kV架空输电线路平断面图的平面测量范围一般为中线两侧各50m;±660kV和750kV架空输电线路平断面图的平面测量范围一般为中线两侧各75m。
局部大档距地段根据设计要求加宽测量范围。
3.0.13 线路平断面图测绘中心线和左、右边线三条断面线。
边线位置距中心线的距离由设计人员确定。
3.0.14 塔基断面和塔位地形图等图件,反映的数据应与平断面图严格一致。
3.0.15 应根据现场采集的地形数据和地物信息,对机载激光雷达系统测量的线路平断面图等测量成果进行补充、修正。
4 机载激光雷达数据采集
4.1 一般规定
4.1.1 机载激光雷达数据采集工作宜在线路可行性研究阶段或初步设计路径方案审查之后进行。
4.1.2 机载激光雷达数据采集的航摄平台主要是固定翼飞机、直升机或其它小型飞行器,航摄平台应满足航空飞行安全及航摄飞行技术要求。
4.1.3 机载激光雷达系统由激光扫描仪、POS系统、控制系统以及数码相机组成。
其中POS系统包括机载GPS接收机和IMU惯性测量单元。
系统各部件应符合以下要求:
1激光扫描仪经过严格出厂检校,激光等级符合相关安全要求;
2机载GPS接收机必须为高精度动态测量型双频GPS接收机,天线必须为航空型产品,采样频率应不小于1Hz;
3IMU经过严格检校,应有检定参数文档;
4数码相机镜头内方位元素和畸变差经过严格检校,应有检定参数文档。
4.1.4 地面GPS参考站接收机性能应与机载激光雷达系统中的机载GPS接收机性能匹配,且应符合以下要求:
1必须为高精度动态测量型双频GPS接收机,采样频率不小于1Hz;
2电池或电源系统能保证航摄作业中供电不间断;
3存储器能满足不间断存储航摄作业中所采集的地面GPS参考站观测数据。
4.2 航带设计
4.2.1 一般规定
架空输电线路机载激光雷达测量宜以审查后线路路径走向为导向,连续布设若干个首尾相连的航摄分区覆盖线路带宽范围的带状摄影,各航摄分区的设置宜在保证覆盖的前提下对弯曲的地段拉直航线,选用尽量少的航带。
4.2.2 用图与资料应符合以下要求:
1航带设计用图宜采用1:
1万~1:
10万比例尺地形图或DEM和DOM数据,也可同时把其它的地形和影像数据作为参考;
2航带设计应以线路可行性研究阶段或初步设计审查后路径图及勘测任务书等文件为依据。
4.2.3 航摄范围应符合以下要求:
1以线路方案为控制,航摄范围不宜少于线路路径两侧1km,线路起点、终点处纵向各向外延伸1km;
2有特殊要求的区域可按其特殊要求确定航摄范围。
4.2.4 航摄分区的划分与组合应符合以下要求:
1航摄分区的划分应以线路方案的平面线形变化和纵断面地形高差变化为依据;
2在满足航摄范围要求的基础上,尽量使用少量航摄分区;
3航摄分区内的地形高差应不大于1/3航高;
4航摄分区接头部分不应产生绝对漏洞;
5航摄分区的长度应满足单条航线飞行时间不大于30min。
4.2.5 航摄参数设计应符合以下规定:
1扫描参数包括扫描频率、激光视场角度、激光脉冲频率、激光能量等,参数之间相互约束,需要综合考虑;
2从高效、经济的原则出发,以满足精度要求为前提,综合考虑测区地形高差及地物覆盖情况;
3激光光斑大小与航高、发射角有关系,设计时综合考虑成图精度及地形起伏状况;
4设计激光能量和航高时,保证对地面人体的安全;
5扫描参数设计时应综合激光视场角度与相机匹配,激光点密度、测点精度与测图精度关系,测距能力与地物反射率关系等情况;
6激光点间距应不大于2m,影像地面分辨率应不大于20cm。
4.2.6 成果资料应包括以下内容:
1航带设计略图;
2航摄技术参数;
3航带设计统计数值,包含航摄分区数、航带总数及航带总长、航摄总面积等。
4.3 地面GPS参考站布设与坐标测量
4.3.1 一般规定
1根据摄区情况,合理布设应不少于2个地面GPS参考站,且摄区任意位置与最近地面GPS参考站距离不宜超过30km。
地面GPS地面参考站宜优先选用正常运行CORS系统中满足要求的基准站点,也可选用已有测量控制点或者新布设地面GPS参考站点。
新布设地面GPS参考站点需进行站点坐标测量;
2地面GPS参考站精度应达到C级GPS网要求;
3选点应符合以下要求:
1)充分利用符合要求的已有控制点;
2)位于开阔处,附近无电波干扰,卫星信号接收情况良好;
3)点位应设立在稳定且便于保存的地点。
4GPS点应按规定埋石,并填写点之记。
4.3.2 GPS地面参考站坐标测量应符合以下要求:
1使用双频GPS接收机及高精度配套天线;
2采用参考站同步联测方式;
3GPS测量观测数据采样间隔为15s,高度截止角不小于15°,有效观测卫星数不少于6颗;
4记录地面参考站同步观测情况;
5解算各参考站点的WGS84坐标;
6参考站测定也可与附近的已知高等级控制点联测,实施GPS静态定位测量,约束平差联测的控制点数应不小于3个。
4.4 检校场布设
4.4.1 确定IMU在激光雷达系统整体框架中位置关系的系统差、GPS天线中心与激光雷达传感器之间的偏心差和飞行平台的系统差,需要在检校场内进行飞行校准,校准航线及检校场布设应符合下列规定:
1检校场包含对激光强反射的明显地物;
2检校飞行设备参数以测区使用最大参数为准;
3系统检校值改正后应保证激光点云数据航带间高差小于10cm;
4具体检校设计航线可以按照设备厂家提供方法进行。
推荐检校方案:
AB、EF为双向对飞航线;CD为平行飞行航线,与相邻航线重叠度30%-50%。
图4.4检校航线
4.5 机载激光雷达航摄
4.5.1 航摄前准备应符合以下要求:
1机载GPS接收天线应稳固安装在飞机顶部外表中轴线附近,应靠近飞机重心和激光扫描仪位置,避免来自飞机无线电信号源的串扰;
2飞机停机位四周应视野开阔,视场内障碍物的高度角不宜大于15º,避免GPS信号接收失锁;
3地面GPS参考站应在航摄飞行前进入观测状态,完成电源、存储系统等检查,做好观测准备;
4参考站开机时间应早于机载GPS接收机开机时间,关机时间应晚于机载GPS接收机关机时间,以保证机载GPS接收机与地面GPS参考站接收机工作时间重叠。
4.5.2 检校飞行应符合以下要求:
1工程应进行至少一次检校飞行;
2设备每次拆卸安装后,均应重新进行检校飞行;
3多架次飞行后,可以根据数据质量情况进行重新检校。
4.5.3 机载激光雷达航摄应符合以下要求:
1待飞机上所有发动机启动后,方可打开机载激光雷达系统的电源开关,以确保设备安全;
2飞机滑行前必须完成以下各项检查:
1)检查IMU设备初始化是否正常;
2)检查系统中存储设备容量能否满足满架次飞行存储要求;
3)检查航摄系统中各项参数设置是否正确。
3飞机滑行期间应避免附近有高大树木或建筑物等遮挡,以免造成GPS卫星信号失锁;
4飞机上升、下降速率不宜大于10m/s,且飞行过程中转弯坡度不宜超过20°,以免造成GPS卫星信号失锁;
5需对检校场进行飞行时宜先飞检校场,避免因各种原因无法进行检校飞行;
6为了避免IMU误差积累,进入摄区航线时,宜采用左转弯和右转弯交替方式飞行,且每次直线飞行时间不得大于30min。
7航摄飞行过程中应实时观察GPS信号状况、回波接收状况、影像质量状况和实时天气状况,并根据实际情况及时处理出现的问题:
1)GPS信号状况;
2)回波接收状况;
3)影像质量状况;
4)实时天气状况。
8飞机降落滑行至飞机停机位停稳后,须等候至少5min,确保IMU及GPS数据记录完整,待航摄系统设备电源关掉后,方可关闭飞机发动机。
4.5.4 原始数据质量检查应符合以下要求:
1激光扫描数据检查,应查看文件数量、大小是否正常和完整;
2影像数据检查,应检查影像数量,确定是否漏片,曝光是否正常,云影、清晰度、色彩是否满足要求;
3POS数据检查,应检查数据文件数量、大小是否正常和完整;
4地面GPS参考站数据检查,应检查记录数据数量、大小是否正常和完整。
4.5.5 出现以下情况应进行补飞或重飞:
1由于POS系统局部数据缺失记录或精度不够,或激光或影像质量存在局部缺陷,应进行补飞;
2因POS数据质量问题造成整条航线数据无法使用时,或整条航线的激光或影像数据缺失或存在质量缺陷,必须进行重飞。
4.5.6 设计补飞航线时,两端应超出补飞范围外500米,并考虑与原航线的旁向与航向重叠。
4.6 测量成果
4.6.1 测量成果应包括:
1原始POS数据;
2地面GPS参考站原始观测数据;
3飞行记录及地面GPS参考站参数记录资料;
4原始激光数据;
5原始数码影像数据;
6航摄设计书;
7航摄总结报告。
5 机载激光雷达数据处理
5.1 一般规定
5.1.1 航摄采集激光雷达数据后,应对激光点云数据进行大地定向,然后对其分为地面和非地面两类激光点云,利用地面类激光点云生成DEM成果;计算纠正获得数码影像的精确飞行姿态元素,进行单片微分纠正并拼接生成DOM成果。
通常机载激光雷达数据处理流程如图5.1.1所示。
图5.1.1 机载激光雷达数据处理流程图
5.2 预处理
5.2.1 原始数据初检应包含以下内容:
1数据完整性;
2偏心分量、偏心角;
3航摄航片质量;
4数据覆盖度。
5.2.2 数据前处理应包含以下内容:
1提取IMU与GPS采集数据;
2DGPS数据预处理计算;
3检查观测质量、共星情况和解算精度;
4GPS/IMU联合解算。
5.2.3 DGPS数据解算处理应满足下列要求:
1卫星的PDOP值必须小于3.5;
2解算成果的正反算的分离组合图应小于±0.1米。
5.2.4 对IMU/DGPS辅助航摄飞行数据预处理结果进行分析并编写数据前处理质量报告。
5.2.5 基于激光航线航迹文件、相机航迹文件和航片GPS时间列表,应对采集的数据覆盖范围进行以下检查分析:
1激光点间距应小于DEM格网间隔,特殊困难地区可依据工程需要适当调整;
2测区范围内激光点云与航片应无数据漏洞全覆盖。
5.2.6 不同航线重叠部分激光点云数据应符合下列要求:
1平面较差不应大于0.6m;
2高程较差不应大于0.2m。
5.2.7 坐标系统转换应尽量避免数据精度损失。
5.2.8 预处理成果数据应包含以下内容:
1定位后的激光点云;
2航片航迹;
3GPS时间列表文件。
5.3 激光点云分类与DEM制作
5.3.1 激光点云分类
1分类前应先剔除激光点云中的噪点;
2按地面与非地面对激光点云进行分类,如有特殊要求可以自定义分类;
3对激光点云数据进行多方向拉剖面检查和高程渲染三维可视化检查,可同时参考相应的影像数据。
激光点云分类需满足一下要求:
1)平地一般较平坦,没有明显突出的点出现;
2)山地坡度过渡平滑自然,没有明显突变的点出现;
3)高速公路、河流等与周围的地物相比,高度变化一般较明显,但没有孤立的明显突出的点出现。
5.3.2 采用分类后地面激光点云数据生成DEM,特殊要求区域生成时可加入特征线数据辅助生成。
应符合下列规定:
1格网大小:
2.0m×2.0m;
2高程精度要求:
表5.3.2 高程精度
地形
DEM成果精度(m)
平地
<0.4
丘陵地
<0.5
山地
<1.2
高山地
<1.5
特殊困难地区,高程中误差可放宽1/2倍。
3分块大小:
3km×3km,也可根据工程需要自行规定;
4分块之间至少保持10m重叠;
5无数据范围高程值按-9999填充;
6文件格式应满足工程项目使用需要。
5.3.3 对生成的DEM进行检查,确保满
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