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机载激光雷达技术(Light/ Laser Detection and Ranging，简写为LIDAR)，是将三维激光扫描仪、全球定位系统(GPS)、惯性导航装置等集装在飞行器等空中平台上，采用航空摄影测量原理和激光测距原理，快速获取地球表面大面积影像数据和空间位置数据的技术[1,2]，具有实效新、精度高、速度快、信息丰富，覆盖面宽的特点，在水利、电力、交通、防洪、滑坡监测、林业等领域应用日益广泛。
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机载LIDAR技术相比传统的航空摄影测量技术具有明显的技术优势：
1)机载LIDAR系统快速获取地面高精度三维激光点云数据，数据获取速度大大提高[3]。
2)机载LIDAR系统可穿透植被，获取高精度的数字高程模型(DEM)和数字表面模型(DSM)数据，与传统航测精度比较如表1所示(采样数据来自分别采用传统航测与LIDAR航测方式的两线路重叠区域)。
桩号 传统航测高程/m LIDAR航测高程/m 桩位放样高程/m 与桩位放样高程较差/m 备注 传统航测 LIDAR航测 A35 191.4 189.1 189.200 -2.200 0.100 桔子3 m A36 274.0 266.1 265.200 -8.800 -0.900 松杂4 m A37 301.2 298.8 298.400 -2.800 -0.400 松树8 m A38/J10 256.9 255.6 255.300 -1.600 -0.300 松杂8 m Table 1.
Elevation differences between airborne LiDAR aerial survey and traditional aerial survey 3)机载LIDAR系统航飞时，只需在地面布设GPS基准站同步观测，而不用再做像控测量，即可通过后处理解算出激光点的三维坐标，有效减少了野外工作量[4]。
4)在南方山区，地表植被茂密，传统航摄所获取的影像往往被缺少纹理信息的植被覆盖，这给后续像控及数据处理增加了难度，也直接影响DEM成果精度，使用机载激光航测即能很好的克服此困难。
将机载LIDAR技术应用在输电线路优化设计中，可整体提升输电线路的设计深度和质量，节约工程建设投资，保护生态环境。
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滇西北至广东±800 kV特高压直流输电线路工程起点为云南省滇西北地区，途径云南、贵州、广西、广东4省区，落点广东珠三角地区，线路长度约2 000 km。其中，我院负责标包13(广东英德市至深圳东方换流站)的设计工作，线路沿线经过的区域以高山地为主，间有部分丘陵和泥沼；并且，森林茂密，地质条件复杂，勘测设计难度很大。
本线路采用德国TopoSys公司HARRIER 56机载激光测量系统，获取高精度的数字正射影像图DOM(地面分辨率0.25 m)、数字高程模型DEM与数字表面模型DSM(格网间距2.0 m)。通过中国能建广东院自主研发，拥有多项专利技术的3DRoute优化选线系统，利用“DEM叠合DOM技术”生成大场景三维模型，对招标路径进行局部优化。
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利用高分辨率和高时效性正射影像图，进行精细化判读与室内量测[5]，让设计人员能够实现室内的宏观规划与细部微调，合理避让军事设施、城镇规划、大型工矿企业、自然保护区、旅游风景区、重要通信设施，以及高山大岭、重冰区、矿产开采区等险恶地形与恶劣地质区。如图1所示，可避让房屋与铁塔跨越，节约工程投资，减少线路工程建设对地方经济发展的影响。
Figure 1. Optimization design of transmission line
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基于机载LIDAR系统所获取的高精度DEM，在3DRoute选线平台上可实时、准确的提取线路平断面与量测高差、距离等信息[6]，充分考虑地形、地貌，避免大档距、大高差、塔位地形陡峭、坡度较大，以及相邻档距相差悬殊地段，通过预排塔位进行多方案优化比选，使新建线路更加安全可靠，技术经济指标更加合理。同时，大幅地降低了重型塔及8 m以上级差高低腿的使用频率，有效地节省了塔重，并减少了开挖土方量，为沿线地方节省了宝贵的土地资源，降低了工程实施难度，有助于社会的和谐稳定。
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根据高精度的激光点云数据，采用后处理软件TerraSolid进行点云分类、DEM提取与编辑、正射影像纠正和镶嵌匀色等数据处理，可对交叉跨越线路的铁塔塔高进行准确量测。将塔高数据导入3DRoute选线平台，即可快速提取带有交叉跨越信息的线路路径平断面图，使交叉跨越设计更加优化(如图2，图3，图4，图5)，有效控制工程投资预算。
Figure 2. Extract tower's height
Figure 3. Import crisscross spanning power line
Figure 4. Extract crisscross spanning section
Figure 5. Optimize crisscross spanning design
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在3DRoute选线平台上，利用高精度、高密度的DEM实时生成塔基地形图，使优化路径避开不良地形区域。设计专业人员在前期即能进行合理地基础配置与铁塔规划，极大地缩短了勘测设计过程工期；同时，有效减少了施工过程中的土方开挖量，降低了工程建设成本，保护了生态环境。
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通过高精度的数字表面模型DSM数据，准确地量测出地表树高、房高等传统航测影像上无法获取的信息；通过线路路径三维优化设计，有效避让建构筑物及林区，有效控制拆迁及青苗赔偿费用。同时，有效估算工程建设所需要的房屋拆迁量和林木砍伐量，使工程赔偿预算更加准确合理，从而降低施工民事难度，减少工程建设对人民生活造成的不利影响。
2.1 精细化判读与室内量测
2.2 准确提取平断面
2.3 优化交叉跨越设计
2.4 快速绘制塔基地形图
2.5 有效估算拆迁与青苗赔偿
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本线路优化路径走向与招标路径基本一致，本着“统筹兼顾，相互协调”的原则，在局部地区结合高精度的LIDAR航测数据和现场踏勘进行了优化设计。路径优化后，线路长度缩短2 km，曲折系数降低为1.77，房屋拆迁量减少39 674 m2，通信基站拆迁减少1基，节约线路投资约5 987.5万元(详见表2)。同时，相比招标路径，优化路径还减少了铁路、高速、省道以上公路、大型通航河流和跨越次数，有利于线路后续协调与施工，为特高压直流输电线路工程起到了典型示范作用。
指标 优化前 优化后 变化量 线路长度/km 326 324 减少2 km 线路曲折系数 1.78 1.77 减少0.01 拆迁量/m2 59 174 19 500 减少39 674 m2 通信基站/基 1 0 减少1基拆迁 铁塔减少/t 0 157 减少157 t 投资减少/万元 0 5 987.5 减少5 987.5万元 Table 2.
Comparison table of indicators before and after path optimization
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实践证明，将机载激光雷达技术应用于输电线路优化设计，具有先进性。采用高分辨率的正射影像图(DOM)、高精度的数字高程模型(DEM)进行三维优化设计，尤其在南方地表植被茂密、地形复杂的山区，可有效提升输电线路的设计深度和质量，并优化工程建设投资预算。不过，在森林植被覆盖极其茂密、而激光点云难以穿透地表的地区，将需要传统的人工勘测辅助机载LIDAR航测，以获取精确的地面高程。随着机载激光雷达技术的迅速发展，将在输电线路路径优化中发挥更大的作用，并对输电线路的设计、施工和运行带来革命性的变化。
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