一种基于车载三维激光扫描技术的电杆倾斜巡查方法
方案设计
数据采集作业流程如图2所示，包括外业采集规划与准备，iScan外业采集，原始数据处理，点云数字测图，测图成果输出。
2.1 外业采集规划与准备
首先，需要根据数据采集区域的实际情况，对要采集的路线及采集过程中人员各自的工作内容等进行规划，以保证数据采集精度和作业效率等要求；其次，iScan设备的安装，硬件主要由基站、iScan、高清全景相机以及车轮编码器四部分组成。
2.2 iScan外业采集
由同步控制系统触发脉冲实现数据的同步采集，一体化三维移动测量系统操控软件提供对GPS、IMU、激光器、里程计、全景相机的启动、运行或停止等状态的操控和参数设置，并可实时显示各传感器的状态和获取的实时数据。外业数据采集过程中，车辆是以一个相对恒定的速度行驶，三维激光扫描仪和全景相机以一定的采样频率对目标物体进行扫描和拍照。
3 原始数据处理
3.1 POS解算及融合解算
首先，针对POS数据进行解算，主要将动态GPS数据、摄影姿态数据与地面基站静态数据进行组合计算处理，从而提高动态GPS数据精度，并通过GPS与IMU的相互解算，将定位测姿精度控制在测量误差允许范围内。其次，还要进行数据融合解算，使用配套软件HDDztaCombine，将iScan车载三维激光扫描系统采集的原始数据进行融合处理，自动生成格式为hls或las或xyz格式的点云数据文件。
3.2 全景拼接及数据预处理
全景拼接，使用系统配套软件HDPanoFactory，将由全景相机拍摄的原始影像拼接成一张360°全景影像。数据预处理，使用系统配套软件HD_3LS_SCENE包括以下特点：1）支持全景影像和激光点云的配准；2）提供多种方式的扫描过滤；3）提供智能的点云分类算法；4）采用多种点云渲染方式；5）支持多种点云数据格式的导出等[4]。
4 试验及分析
4.1 试验数据
本次试验区域位于昆明市虹山东路，北至学府路，南至滇缅大道，全长约1.3 km。车载三维激光扫描系统沿该路段行驶，采集路面点云数据，其中包括路灯、电杆、植被和建筑物等，通过数据解算、融合、拼接及预处理，得到结果如图3、图4所示。
4.2 试验结果
应用车载三维激光扫描系统经过外业的采集和原始数据的处理得到的三维点云数据，通过HD_3LS_SCENE软件和AutoCAD软件联动绘图方式，将三维空间圆上的坐标信息投影到基准平面上[7]，根据三维点云绘制电杆顶和电杆底的圆形外轮廓，其图形在AutoCAD中同步生成，如图5、图6所示，同时，HD_3LS_SCENE软件可对点云图进行各类测量，例如距离、面积及坐标信息，如图7、图8所示。
4.2.1 方法1
如图9所示，由测量的圆心间距d和电杆长度S，则电杆与水平方向夹角为θ，倾斜角度为90°-θ，如表1所示，计算公式如下：
4.2.2 方法2
如图9所示，由测量的杆底圆心坐标（X1，Y1，Z1）和杆顶圆心坐标（X2，Y2，Z2），如表2所示，计算出电杆长度S和高差ΔZ，则电杆与水平方向夹角为θ，倾斜角度为90°-θ，如表3所示，计算公式如下：
4.3 对比试验结果与分析
如图10所示，为了验证基于车载三维激光扫描技术电杆倾斜角度测量方法的正确性和可靠性，使用NTS-362R型全站仪对电杆倾斜度实地测量，通过测量D1、T1、D2、T2四个点的相对位置信息，从而计算D1-T1、D2-T2和水平方向的夹角分别为θ1和θ2，如表4所示，电杆的夹角为θ-，倾斜角度分别为90°-θ-，如表5所示，计算公式如下。
通过对点云数据进行信息提取并计算，结果如表6所示，方法1通过测量电杆长度以及杆顶和杆底圆心间距计算电杆倾斜角度，与全站仪测量结果对比，结果相近；方法2通过测量杆顶和杆底的圆心坐标计算电杆倾斜角度，与全站仪测量结果对比，结果相近，这两种方法基本上能达到令人满意的结果。
5 結论
针对目前电杆倾斜巡查过程中，倾斜角度测量效率低、作业强度大等缺点，本文提出基于车载三维激光扫描技术的电杆倾斜巡查方法，采用中海达iScan一体化移动三维测量系统，采集数据并进行数据信息的提取和测量，与全站仪测量结果进行对比验证，结果相近，表明基于车载三维激光扫描技术能切实有效地实现电杆倾斜快速巡查。但是，由于根据三维点云数据绘制电杆顶和底的圆形外轮廓，存在人为主观视觉因素，存在一定的误差。在以后的研究中结合视觉显著性特征通过机器自动提取杆顶和杆底的圆形外轮廓，达到更好的试验效果。基于车载三维激光扫描技术的电杆倾斜巡查方法作为一种高效的、全新的测量方法值得推广。
参考文献：
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[3]王永波， 盛业华. 基于三维激光扫描技术的超高压输电线路巡线技术研究[J]. 测绘科学， 2011， 36（5）：60-61.
[4]徐进军， 张毅， 王海成. 基于地面三维激光扫描技术的路面测量与数据处理[J]. 测绘通报， 2011（11）：34-36.
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[6]翁国康， 杨晶， 陈力，等. 中海达一体化三维移动测量系统iScan[J]. 测绘通报， 2013（4）：119-120.
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（责任编辑：曾 晶）
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