電力行業(yè)應(yīng)用背景

 

    電力行業(yè)是技術(shù)密集和裝備密集型產(chǎn)業(yè)，其獨(dú)特的生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)方式?jīng)Q定了其發(fā)展模式的獨(dú)特性。由于行業(yè)的特殊性，電力行業(yè)對(duì)已有工程的設(shè)備提出了高安全性、高可靠性、高穩(wěn)定性的要求，對(duì)已有電力工程的竣工驗(yàn)收、設(shè)備管理、檢修維護(hù)，就成了一個(gè)十分重要的課題，其主要包括電力線路巡檢、驗(yàn)收、設(shè)備管理和分析等。

 

    把外業(yè)采集的高精度激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以得到各種豐富的三維數(shù)據(jù)成果，既可以直接對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)提取，距離量測(cè)，也可以再編輯得到傳統(tǒng)的DLG、DEM等，還可以結(jié)合高分辨率的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模得到三維實(shí)景模型，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備管理及各種專業(yè)分析等[11]。

 

    目前輸電線路基本位于山地，線路跨越高山大嶺、河流溝壑、微氣象區(qū)的現(xiàn)象越來越常見，為了確保輸電線路的安全運(yùn)行，通常需要結(jié)合電力巡線情況對(duì)輸電線路進(jìn)行安全維護(hù)[12]。常規(guī)的電力巡線基本采用人工巡線方式，需要巡檢工人手持儀器翻山越嶺，這種方法巡線的強(qiáng)度大、周期長(zhǎng)、效率低、危險(xiǎn)并且昂貴。而利用三維激光測(cè)量技術(shù)可以大大提高電力線路巡檢作業(yè)的效率、降低成本。通過三維激光測(cè)量可有效獲取輸電線路通道范圍內(nèi)大量高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過專業(yè)的數(shù)據(jù)處理便可以在計(jì)算機(jī)里建立輸電導(dǎo)線與線路通道范圍內(nèi)樹木、毛竹、灌木等地物的高精度三維立體數(shù)字模型，同時(shí)可以測(cè)算出輸電導(dǎo)線與毛竹或樹冠等地物的交跨距離；甚至還可以對(duì)三維激光測(cè)量中采集的植被信息處理分類，導(dǎo)入相應(yīng)地區(qū)植被的生長(zhǎng)參數(shù)，對(duì)通道內(nèi)的植被生長(zhǎng)情況進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)輸電線路中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

 

    1.工程概況

 

    以桃江某高壓電塔測(cè)量項(xiàng)目為例，該工程位于丘陵地帶，利用三維激光掃描儀對(duì)電塔進(jìn)行掃描測(cè)量。為便于描述三維激光掃描儀對(duì)電塔測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，特選取其中一個(gè)電塔測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。在利用三維激光掃描儀測(cè)量該電塔時(shí)，在電塔周邊共設(shè)置了5個(gè)標(biāo)靶，并采用全站儀測(cè)量標(biāo)靶坐標(biāo)。

 

    2.數(shù)據(jù)采集

 

    本次項(xiàng)目采用TrimbleSX10三維激光掃描儀如圖2所示,其測(cè)角精度1秒和1mm+1.5ppm的無(wú)棱鏡測(cè)量精度，能保證遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)精度，再結(jié)合多個(gè)定焦以及變焦鏡頭，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)近景、中景、遠(yuǎn)景進(jìn)行高分辨率影像的無(wú)損有效采集。

 

   
 Trimble SX10三維激光掃描儀

 

    3.數(shù)據(jù)處理

 

    利用TrimbleBusinessCenter軟件處理三維激光掃描數(shù)據(jù)如圖3與圖4所示。采用TrimbleBusinessCenter軟件對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪、點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等。點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪是通過TrimbleBusinessCenter軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行著色，可通過軟件的自動(dòng)分類工具對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分類，然后利用軟件的點(diǎn)云分割功能對(duì)點(diǎn)云細(xì)分，剔除誤差較大點(diǎn)位。TrimbleBusinessCenter軟件可根據(jù)三維激光掃描儀測(cè)量時(shí)的標(biāo)靶對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)拼接，拼接誤差可根據(jù)設(shè)置誤差閾值進(jìn)行調(diào)整。三維激光掃描儀測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)并不是常規(guī)坐標(biāo)系，故需對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，TrimbleBusinessCenter軟件具備自動(dòng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工具，可根據(jù)4個(gè)以上標(biāo)靶坐標(biāo)便可將點(diǎn)云測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為常規(guī)坐標(biāo)。

 

            

 

    4.點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析

 

    根據(jù)TrimbleBusinessCenter軟件處理得到的三維模型成品，可直接對(duì)電塔進(jìn)行電塔高度測(cè)量、凈空高測(cè)量，如圖5所示。該三維模型成品經(jīng)過地理編碼，可將三維激光測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為常規(guī)測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)，故可在三維模型中直接獲取該電塔的坐標(biāo)值。
 

    5.精度分析

 

    為驗(yàn)證三維激光掃描儀測(cè)量精度，特對(duì)該電塔用全站儀進(jìn)行了塔高測(cè)量、凈空高測(cè)量與坐標(biāo)測(cè)量。本文采用全站儀（測(cè)角精度2秒,距離精度1mm+1.5ppm），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保留的高精度施工控制點(diǎn)對(duì)電塔進(jìn)行測(cè)量，得到塔高、凈空高與坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通過三維激光掃描儀得到的測(cè)量數(shù)據(jù)與全站儀得到的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比見表1與表2，對(duì)比結(jié)果為電塔高度相差6.4cm，凈空高度相差4.5cm，坐標(biāo)相差值較小，基本在2cm以內(nèi)，高程相差2.6cm。因坐標(biāo)值是通過測(cè)量靶標(biāo)得到的，故三維激光掃描儀測(cè)量目標(biāo)與全站儀所測(cè)量目標(biāo)一致，進(jìn)而坐標(biāo)值對(duì)比相對(duì)高度測(cè)量對(duì)比差異較小。通過三維激光掃描儀測(cè)量結(jié)果的精度分析可知，在布設(shè)標(biāo)靶位置測(cè)量精度較高的情況下，滿足電力測(cè)量的精度要求。

 

    6.結(jié)論

 

    以往新建電力工程驗(yàn)收過程中一般使用全站儀測(cè)量，數(shù)據(jù)會(huì)受到風(fēng)振、溫差和人為等因素的影響，效率較低，驗(yàn)收測(cè)量精度較差。本文所述實(shí)驗(yàn)將三維激光測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到電力工程領(lǐng)域，利用地面三維激光掃描儀其非接觸式測(cè)量、安全快速、數(shù)據(jù)精度可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)得的電塔塔高數(shù)據(jù)、凈空高數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的全站儀測(cè)量結(jié)果相比在誤差允許范圍以內(nèi)，大大降低人為因素在測(cè)量上引起的誤差，提高了作業(yè)的效率和安全性。