淺談天寶TX8三維激光掃描儀在風電廠風機塔筒垂直度監測中的應用

蘇宗躍，趙晉睿，王玲玲，劉　淮

(1. 河北九華勘查測繪有限責任公司，河北 保定 071000； 2. 中國石油新疆油田勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國石油新疆油田公司數據公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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天寶測繪解決方案專欄

淺談天寶TX8三維激光掃描儀在風電廠風機塔筒垂直度監測中的應用

蘇宗躍1，趙晉睿1，王玲玲2，劉淮3

(1. 河北九華勘查測繪有限責任公司，河北 保定 071000； 2. 中國石油新疆油田勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國石油新疆油田公司數據公司，新疆 克拉瑪依 834000)

風電塔的維護檢測是風電場管理的一項重要工作。風機塔筒一般為高65 m的圓柱形鋼結構，表面微小凹坑也可能導致塔筒局部彎曲；運行過程中會發生由上至下的“香蕉型”傾斜；另外長期往復的循環載荷也有可能造成地基變松、塔身傾斜，進而對風電機的運行造成損害。通常對風電塔外形的檢測主要采用全站儀進行測量，費時費力。

本文利用天寶TX8三維激光掃描儀，對風機塔筒實施三維數據采集，建立高精度三維立體模型，并將整個風電場所有風機塔位的垂直度偏移量進行匯總制圖和制表，準確監測風機塔筒的傾斜程度；以對某風電廠中風機塔筒進行掃描所得數據為例進行分析，以論證三維激光掃描儀對風電塔筒垂直度在不同高度處變化的監測應用。

一、掃描方案設計及數據采集

本次外業數據采集使用目標球作為標靶，達到獲取完整高精度塔筒數據的目的。掃描儀在風塔機組周圍，有必要架設多站以獲取完整數據。數據處理階段利用天寶自主研發的Trimble RealWorks(簡稱TRW)軟件即可實現點云處理、數據分析、結果分析的工作。試驗流程如圖1所示。

圖1　試驗流程

三維激光掃描外業實施數據采集如下：①測量設備：Trimble TX8三維激光掃描儀；②測站數：6站；③拼接方式：基于目標球(靶標)的點云拼接；④拼接精度：1.8 mm；⑤外業時間：40 min。

二、實測數據處理

TX8掃描數據直接存儲為Trimble RealWorks可識別的標準工程文件(由RWI測站文件夾和RWP快捷方式組成的文件)，從高速存儲優盤(USB 3.0)中將掃描工程文件拷貝到工作站中，雙擊RWP快捷方式打開工程文件。文件第一次打開時，會進入配準模塊，首先保存工程，在配準菜單下選擇“自動提取目標并配準”一鍵操作，等待配準完成。自動配準結束并生成配準報告。如圖2所示。

圖2　配準報告

TRW10.0的分析與建模模塊將塔筒點云分割出來，將塔筒從最底部開始每隔5 m高度裁出厚0.01 m的點云切片，并擬合切片中心連接得出中軸線，穿過底面圓柱體中心點得出中垂線(基準線)。如圖3所示。

圖3　采集全部數據和剔除后點云

三、結果分析

得出風機塔筒中軸線與中垂線后，以同樣高度間隔采樣測量，得到采樣點的中軸線與中垂線水平偏移量。即根據掃描數據擬合的中軸線，與中垂線作對比，得出中軸線水平偏移量表。

將水平偏移量測量值輸出，繪制圖表如圖4所示，分析結果得知，水平偏移量隨高度大致成正比例增長。

圖5(a)為風機塔筒頂部視圖，每個測量點相對底面中心點的平移方向。圖5(b)中頂部視圖風葉和塔筒偏移方向，箭頭表示水平位移趨向。分析結果得知：塔筒水平偏移距離隨高度增長，水平偏移最大距離為0.35 m，且塔筒偏移方向為順風方向。

四、結束語

三維激光掃描結果可以用來驗證實際建成結構的幾何缺陷及傾斜狀態等信息，并可進一步基于三維激光掃描技術開發其他風電塔檢測項目，如對塔筒三維數據與設計圖紙的對比，進行不同高度處半徑設計值對比等。

圖4　中軸線水平偏移量隨高度的變化情況

圖5　中軸線水平偏移量頂視圖

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)