一、前言

在电力杆塔的日常管理中，杆塔倾斜状态的监测是一项非常重要的工作。传统的电力杆塔倾斜监测方法是通过在电力杆塔上架设测斜仪来进行测量，这种方法不仅测量效率低下，而且对地面情况非常敏感，需要较大面积的测区才能满足要求。

无人机激光雷达技术作为一种新兴技术，能够提供高精度、高分辨率的三维点云数据，在电力杆塔倾斜状态监测中具有重要作用。

目前，国内外学者针对无人机激光雷达技术在电力杆塔倾斜状态监测中的应用开展了研究，但大部分都是将激光雷达用于电力杆塔倾斜状态测量，对于其在电力杆塔倾斜状态监测中的应用研究较少。

二、无人机

无人机的原理是利用电机和螺旋桨旋转产生的动力来改变自身的飞行姿态，从而改变方向，达到拍摄角度的变化。目前常用的无人机有两种，一种是固定翼无人机，另一种是无人直升机。

固定翼无人机大多都是采用螺旋桨动力装置，而无人直升机一般是采用锂电池来驱动螺旋桨旋转，因此无人直升机又分为轻型和中型。小型无人直升机可以说是目前最流行的无人机种类。

无人机在电力测绘中主要是用于电力杆塔倾斜状态测量。目前大部分无人机采用的都是 LiDAR激光雷达技术，该技术目前已经广泛应用于森林防火、军事侦查、应急救援等领域。

无人机 LiDAR激光雷达系统采用激光测量方式获取电力杆塔三维点云数据，能够快速获取电力杆塔倾斜状态信息。该技术具有精度高、速度快、覆盖面积大、操作简便等特点，已经成为电力测绘领域的主要技术手段。

无人机 LiDAR激光雷达系统包括：无人机、激光发射装置、激光接收器、数据采集控制装置等。具体而言，包括：

该系统通常由云台、飞行控制器、激光发射装置、数据接收装置等组成。

无人机在飞行时会产生振动，因此需要将激光发射器安装在垂直轴上以减少振动；同时为了保证在飞行时能够精准地将激光发射器安装在水平轴上，需要设置激光接收器的俯仰角。

三、激光雷达设备

激光雷达的工作原理：激光雷达是一种通过发射激光并接收反射回来的回波来获取目标三维信息的技术。与其他传统传感器相比，激光雷达具有高精度、高分辨率、全天候作业、成本低、应用范围广等优点。

激光雷达技术：激光雷达系统由发射和接收两部分组成，在发射端，工作人员将激光发射出去，然后通过接收器将光信号接收回来。

经过一系列的转换，可以将光信号转化为电信号并传输到计算机系统。计算机系统对接收到的电信号进行处理并将结果显示在显示屏上。

激光雷达系统具有许多优点，如全天候、远距离、高分辨率和高精度等。但是，由于激光雷达系统的成本较高，并且需要使用昂贵的部件，因此很难在普通的消费电子设备上使用。

目前，大多数激光雷达系统都采用脉冲压缩技术进行数据传输，但这种技术会使激光雷达系统的成本降低很多，并且可以通过增加发射和接收组件来实现更高的数据传输速率。

脉冲压缩技术还可以使激光雷达系统具有较好的角度分辨率和较小的成本。该技术还可以实现更高的距离分辨率和更长的数据传输时间。

此外， LiDAR系统还可以实现动态飞行和高分辨率数据采集。这意味着无人机可以通过一次飞行获取大量点云数据并进行三维建模。

LiDAR系统还具有极高的数据采集精度，这意味着无人机可以在作业过程中获取高精度激光雷达测量数据，从而降低作业成本和提高作业效率。

随着激光雷达技术的发展，许多新技术不断涌现出来。这些新技术对电力杆塔三维重建起到了重要作用。

四、激光雷达点云技术

激光雷达传感器的工作原理是以激光为发射源，通过反射器接收来自目标物体的激光束，再根据激光束的反射强度来计算目标物体的三维坐标。与传统航测技术相比，激光雷达技术具有高精度、高分辨率和全天候等特点，在电力测绘领域具有广泛应用前景。

激光雷达系统是利用激光测距仪在一定距离上测量目标物体表面反射回波强度来计算目标物体的距离，并通过计算反射回波强度与发射脉冲之间的时间间隔来获取目标物体表面三维坐标的测量方法。

激光雷达系统是一种非接触式测量手段，它通过扫描地面或植被表面来获取其三维空间信息，可以快速获取电力杆塔和电力线路的三维坐标信息。

通过激光雷达系统获取电力杆塔及线路的三维数据，能够快速建立杆塔三维模型，同时可直接获取输电线路和杆塔的三维点云数据。

激光雷达点云数据处理软件是基于点云数据处理与分析技术开发的一款软件系统，它能将激光雷达获取的原始点云数据进行自动化处理。针对电力杆塔、输电线路等电力测绘对象，通过软件系统可实现自动采集和处理原始点云数据。

通过将大量激光雷达点云数据进行分类与管理，可以快速完成电力杆塔、输电线路等电力测绘对象的三维数据采集，能够直接获取杆塔及线路等电力测绘对象的三维点云数据。

通过对电力杆塔、输电线路等电力测绘对象进行数字化建模和三维重建，可以实现电力杆塔对象的自动生成与更新。

五、电力塔倾斜状态的影响

输电线路的杆塔在电力系统中的地位举足轻重，杆塔的状态影响着输电线路的安全，尤其是电力铁塔倾斜状态更会影响电力线路的安全。

在对输电线路进行设计时，为了保证电网的安全运行，会根据不同时期杆塔的特点及原因对电力铁塔进行相应设计。针对输电线路导线可能发生的故障进行合理地设计，提高供电可靠性。

传统的导线设计是基于导线表面张力、材料弹性模量等物理特性作为依据进行计算，这些因素是影响导线的弯曲半径、导地线拉力、导线张力及材料弹性模量等因素综合作用后得到。如果根据这些因素计算出的结果进行设计，将会导致线路运行不安全。

而基于激光雷达技术的三维重建技术可以为输电线路提供较为精准、真实地三维点云数据。在获取输电线路三维点云数据过程中，需要对输电线路进行定点测量，由于采用无人机倾斜摄影技术采集电力塔杆塔数据时，杆塔相对于地面是存在一定倾斜度的。

因此无人机获取杆塔点云数据时需要考虑杆塔倾斜角度对点云数据精度的影响。此外，利用三维激光雷达技术可以从点云中提取出输电线路杆塔位置、杆塔高度等信息，在输电线路设计时，可作为参考依据。

对于输电线路的杆塔而言，由于杆塔处于地面上，其倾斜角度会对其产生一定的影响，为保证电力系统运行安全，需要对其进行倾斜角度测量。

通过三维激光雷达技术获取电力杆塔点云数据，可以对输电线路杆塔的倾斜角度进行测量，然后通过算法对点云数据进行处理，可以得到输电线路杆塔的精确坐标位置和高度。

在对输电线路进行设计时，需要考虑输电线路杆塔的倾斜角度问题。基于激光雷达技术的三维重建技术可以获取输电线路杆塔的真实三维点云数据，利用该技术可以进行输电线路杆塔倾斜角度测量，为输电线路设计提供精准、可靠的数据。

六、无人机飞行路径规划

无人机可以用于电力线路测量，但是由于电力线路的特殊性，在电力线路附近进行航拍作业时，通常会受到遮挡和干扰，导致测量结果不能完全满足设计要求，因此在进行无人机飞行时需要考虑无人机飞行路径的规划问题，对此需要注意以下几个方面：

无人机飞行路径规划需要考虑无人机飞行高度、飞行速度、飞行路线的选择，以确保可以完成电力线路的测量。

根据激光雷达获取的点云数据进行区域划分，并将其分为5个基本区域：杆塔区域、输电线路区域、高压线区域、电力设施区域、建筑区域。

建立电力杆塔模型：在获取杆塔位置信息的基础上，对杆塔进行合理分类，确定其相对于输电线路的位置关系；同时需要建立无人机飞行线路模型，根据不同的点云数据对无人机飞行路线进行规划。

利用激光雷达获取点云数据：利用激光雷达进行电力杆塔的三维建模，并对其进行分析计算，得到不同杆塔位置对应的点云数据。

计算最短路径：在点云数据中找到最佳路径后，计算出最短路径，并将其加入到电力杆塔模型中。

进行电力杆塔模型处理：利用点云数据对电力杆塔进行三维建模；利用激光雷达获取的电力杆塔三维点云数据进行处理。

最后输出结果：根据需求输出所需的文件，如点云地图、无人机飞行线路图、电力杆塔塔型点云等。

无人机飞行路径规划的难点在于无人机飞行高度和速度的选择以及无人机飞行路径的选择。目前对无人机飞行路径规划技术研究较多，但是针对电力杆塔倾斜问题的研究较少。

七、笔者观点

通过对电力杆塔的三维激光扫描，可以快速获取杆塔的三维数据，包括杆塔的高度、角度等信息，通过对比杆塔实际角度与设计角度，可以判断出杆塔是否发生了倾斜。

电力杆塔大多位于复杂地形区域，使用无人机进行三维激光扫描作业可以保证作业人员安全，同时在作业过程中可以通过路径规划算法规划出一条最优的飞行路径，不仅能够保障作业人员安全，同时还能大大提高效率。

此外无人机激光雷达系统还可以对电力杆塔进行三维建模，为后期杆塔基础设计和施工提供重要参考。

八、参考文献

1.马天峰：利用无人机激光雷达测量系统获取的高精度激光点云数据进行电力杆塔倾斜状态的测量。《中国测绘科学研究院学报》，2018,25 (04)：576-578。

2.韩玉凤：无人机激光雷达点云数据处理系统设计及实现。《测绘工程实践与创新》，2018,29 (09)：882-883。

3.李杰：基于激光雷达的杆塔倾斜状态检测方法研究。《测绘与遥感》，2018 (05)：45-47。