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項(xiàng)目案例

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  • 三維激光掃描儀電力工程案例

    文章發(fā)布于:2021-03-23 作者:admin 瀏覽次數(shù):

     
        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,既可以直接對點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)提取,距離量測,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、效率低、危險(xiǎn)并且昂貴。而利用三維激光測量技術(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;甚至還可以對三維激光測量中采集的植被信息處理分類,導(dǎo)入相應(yīng)地區(qū)植被的生長參數(shù),對通道內(nèi)的植被生長情況進(jìn)行模擬,預(yù)測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電塔進(jìn)行掃描測量。為便于描述三維激光掃描儀對電塔測量的優(yōu)勢,特選取其中一個(gè)電塔測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。在利用三維激光掃描儀測量該電塔時(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,其測角精度1秒和1mm+1.5ppm的無棱鏡測量精度,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)對近景、中景、遠(yuǎn)景進(jìn)行高分辨率影像的無損有效采集。
     
      三維激光掃描儀 
     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)三維激光掃描儀測量時(shí)的標(biāo)靶對點(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)云測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為常規(guī)坐標(biāo)。
     
        三維激光掃描儀案例     三維激光掃描儀案例   三維激光掃描儀案例
                              
     
        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,可直接對電塔進(jìn)行電塔高度測量、凈空高測量,如圖5所示。該三維模型成品經(jīng)過地理編碼,可將三維激光測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為常規(guī)測量坐標(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量精度,特對該電塔用全站儀進(jìn)行了塔高測量、凈空高測量與坐標(biāo)測量。本文采用全站儀(測角精度2秒,距離精度1mm+1.5ppm),根據(jù)現(xiàn)場保留的高精度施工控制點(diǎn)對電塔進(jìn)行測量,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量數(shù)據(jù)與全站儀得到的測量數(shù)據(jù)對比見表1與表2,對比結(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)值是通過測量靶標(biāo)得到的,故三維激光掃描儀測量目標(biāo)與全站儀所測量目標(biāo)一致,進(jìn)而坐標(biāo)值對比相對高度測量對比差異較小。通過三維激光掃描儀測量結(jié)果的精度分析可知,在布設(shè)標(biāo)靶位置測量精度較高的情況下,滿足電力測量的精度要求。
     
        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量,數(shù)據(jù)會受到風(fēng)振、溫差和人為等因素的影響,效率較低,驗(yàn)收測量精度較差。本文所述實(shí)驗(yàn)將三維激光測量技術(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量、安全快速、數(shù)據(jù)精度可靠性高等優(yōu)點(diǎn),測得的電塔塔高數(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量上引起的誤差,提高了作業(yè)的效率和安全性。

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