徠卡三維激光掃描儀在變電站變形監(jiān)測中的應用

黃真輝

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031)

徠卡測量新技術應用專欄

徠卡三維激光掃描儀在變電站變形監(jiān)測中的應用

黃真輝

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031)

當代科技技術的不斷發(fā)展，促進了測繪技術及電子信息技術在電力系統(tǒng)中的應用與發(fā)展。 變電站和電力輸送系統(tǒng)往往結構復雜，同時所處的環(huán)境危險，利用傳統(tǒng)的測量手段，很難搜集到完整的數(shù)據(jù)信息。通過三維激光掃描儀可以縮短時間，實現(xiàn)全面的數(shù)據(jù)采集。采集到的完整數(shù)據(jù)不僅有利于實現(xiàn)變電站的數(shù)字化建設，對于變電站的監(jiān)測等也可實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取。

變電站；三維激光掃描；變形監(jiān)測

1 項目背景

2016年底邯鄲永和220 kV變電站區(qū)出現(xiàn)不同程度沉降現(xiàn)象，為保證本站安全運行，本次測量采用激光三維掃描儀對站區(qū)進行掃描觀測，并利用徠卡Cyclone軟件對站區(qū)三維掃描數(shù)據(jù)進行擬合建模，結合高精度建模數(shù)據(jù)，對站區(qū)內(nèi)設備支架、架構橫梁等關鍵區(qū)域變形狀況進行分析，為站區(qū)安全措施處理提供參考依據(jù)。

2 項目實施

徠卡P40三維激光掃描儀工作溫度達到零下20℃，非常適合中國北方區(qū)寒冷、惡劣的室外條件。徠卡ScanStation P40每秒100萬點的掃描速度，可為變電站大場景及復雜對象的掃描工作節(jié)省人力、物力及時間成本，在制作方案時提供比較大的便利。徠卡Cyclone 9.1版本軟件提供良好的視圖拼接方式，在外業(yè)操作方面參考標靶拼接和視圖拼接兩種方式進行設站操作。

2.1 數(shù)據(jù)獲取

徠卡ScanStation P40三維激光掃描儀，掃描速度快，并且掃描精度可達1 mm，這對于快速獲取現(xiàn)場設備的三維數(shù)據(jù)有非常重要的意義。

采用自由設站的方式，沿順時針方向進行作業(yè)掃描，每站設置掃描時間1 min 49 s，共計完成15站的數(shù)據(jù)獲取。如圖1所示。

圖1

2.2 數(shù)據(jù)處理

徠卡HDS三維激光掃描儀專配有后處理軟件Cyclone，擁有強大的點云處理功能，可以實現(xiàn)點云的掃描、拼接、去噪、提取、量測、建模及發(fā)布網(wǎng)頁瀏覽模式。

將掃描到的點云數(shù)據(jù)通過USB接口導入Cyclone軟件中，查看無誤之后，通過視圖的方式進行拼接，拼接精度在2 mm以下。由于在掃描過程當中可能會有一些遮擋或人影對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，因此一般都要對已獲取的點云數(shù)據(jù)查看之后進行去噪處理。在Cyclone中可自動整體去噪也可手工去噪，去噪之后的點云數(shù)據(jù)就已經(jīng)完整地刻畫變電站復雜的形狀及特征，可進行存檔。如圖2所示。

圖2

Cyclone軟件不僅在數(shù)據(jù)管理方面有非常大的優(yōu)勢，對于數(shù)據(jù)建模可以說是事半功倍，如圖3所示。

圖3

另外，徠卡還專門開發(fā)了很多應用型的插件程序，如網(wǎng)頁插件TruView，可以將徠卡ScanStation P40三維激光掃描儀拍攝的360°全景照片以網(wǎng)頁的方式發(fā)布至網(wǎng)絡供客戶查看，各個角度方便且逼真。CAD插件CloudWorx可以讓龐大的點云數(shù)據(jù)在CAD中輕松地進行操作，生成二維的線畫圖或進行量測。

2.3 確定監(jiān)測方案

根據(jù)擬合建模完成的變電站三維模型，設置設備支架部分和架構橫梁部分的監(jiān)測部位。根據(jù)設置好的位置提取點，在模型中進行相應點的位置提取并整理成表，即可得到具體的形變量情況。如圖4—圖7所示。

圖4 設備支架數(shù)據(jù)取位圖

3 結 語

通過此次變電站數(shù)字化、監(jiān)測的項目實踐發(fā)現(xiàn)，以后此類的項目應用都可以得到有效推廣。另外，因本次三維掃描及監(jiān)測任務是第一次數(shù)據(jù)獲取，并沒有與前期觀測起算點關聯(lián)， 因此無法對站區(qū)建筑及設備基礎進行沉降量分析，只能利用本次三維觀測結果對站區(qū)內(nèi)設備支架、架構橫梁等關鍵區(qū)域變形狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)部分設備支架、架構橫梁存在安全隱患，建議作相關安全處理。后期的三維掃描數(shù)據(jù)即可以此次三維掃描數(shù)據(jù)為基礎起算數(shù)據(jù)，做出長期三維掃描監(jiān)測方案。

圖5 架構橫梁部分

圖6 設備支架觀測表

圖7 架構橫梁觀測表