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電力行業運用

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電力工程三維激光使用案例

文章發布于:2021-03-23 作者:admin 瀏覽次數:

 
    電力行業應用背景
 
    電力行業是技術密集和裝備密集型產業,其獨特的生產與經營方式決定了其發展模式的獨特性。由于行業的特殊性,電力行業對已有工程的設備提出了高安全性、高可靠性、高穩定性的要求,對已有電力工程的竣工驗收、設備管理、檢修維護,就成了一個十分重要的課題,其主要包括電力線路巡檢、驗收、設備管理和分析等。
 
    把外業采集的高精度激光點云數據進行處理后,可以得到各種豐富的三維數據成果,既可以直接對點云進行坐標提取,距離量測,也可以再編輯得到傳統的DLG、DEM等,還可以結合高分辨率的影像數據進行三維建模得到三維實景模型,以實現數字化設備管理及各種專業分析等[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、微氣象區的現象越來越常見,為了確保輸電線路的安全運行,通常需要結合電力巡線情況對輸電線路進行安全維護[12]。常規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,這種方法巡線的強度大、周期長、效率低、危險并且昂貴。而利用三維激光測量技術可以大大提高電力線路巡檢作業的效率、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大量高精度的激光點云數據,經過專業的數據處理便可以在計算機里建立輸電導線與線路通道范圍內樹木、毛竹、灌木等地物的高精度三維立體數字模型,同時可以測算出輸電導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,導入相應地區植被的生長參數,對通道內的植被生長情況進行模擬,預測輸電線路中的安全風險。
 
    1.工程概況
 
    以桃江某高壓電塔測量項目為例,該工程位于丘陵地帶,利用三維激光掃描儀對電塔進行掃描測量。為便于描述三維激光掃描儀對電塔測量的優勢,特選取其中一個電塔測量點云數據進行研究。在利用三維激光掃描儀測量該電塔時,在電塔周邊共設置了5個標靶,并采用全站儀測量標靶坐標。
 
    2.數據采集
 
    本次項目采用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,能保證遠距離的數據精度,再結合多個定焦以及變焦鏡頭,可以實現對近景、中景、遠景進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.數據處理
 
    利用TrimbleBusinessCenter軟件處理三維激光掃描數據如圖3與圖4所示。采用TrimbleBusinessCenter軟件對外業采集的數據進行點云數據去噪、點云數據拼接、坐標系轉換等。點云數據去噪是通過TrimbleBusinessCenter軟件對點云數據進行著色,可通過軟件的自動分類工具對點云數據進行初步分類,然后利用軟件的點云分割功能對點云細分,剔除誤差較大點位。TrimbleBusinessCenter軟件可根據三維激光掃描儀測量時的標靶對點云數據進行自動拼接,拼接誤差可根據設置誤差閾值進行調整。三維激光掃描儀測量得到的點云數據坐標系統并不是常規坐標系,故需對點云數據進行坐標系統轉換,TrimbleBusinessCenter軟件具備自動坐標系轉換工具,可根據4個以上標靶坐標便可將點云測量坐標系轉換為常規坐標。
 
    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.點云數據分析
 
    根據TrimbleBusinessCenter軟件處理得到的三維模型成品,可直接對電塔進行電塔高度測量、凈空高測量,如圖5所示。該三維模型成品經過地理編碼,可將三維激光測量坐標系轉換為常規測量坐標系統,故可在三維模型中直接獲取該電塔的坐標值。
 
    5.精度分析
 
    為驗證三維激光掃描儀測量精度,特對該電塔用全站儀進行了塔高測量、凈空高測量與坐標測量。本文采用全站儀(測角精度2秒,距離精度1mm+1.5ppm),根據現場保留的高精度施工控制點對電塔進行測量,得到塔高、凈空高與坐標數據。通過三維激光掃描儀得到的測量數據與全站儀得到的測量數據對比見表1與表2,對比結果為電塔高度相差6.4cm,凈空高度相差4.5cm,坐標相差值較小,基本在2cm以內,高程相差2.6cm。因坐標值是通過測量靶標得到的,故三維激光掃描儀測量目標與全站儀所測量目標一致,進而坐標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果的精度分析可知,在布設標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.結論
 
    以往新建電力工程驗收過程中一般使用全站儀測量,數據會受到風振、溫差和人為等因素的影響,效率較低,驗收測量精度較差。本文所述實驗將三維激光測量技術應用到電力工程領域,利用地面三維激光掃描儀其非接觸式測量、安全快速、數據精度可靠性高等優點,測得的電塔塔高數據、凈空高數據和坐標數據與傳統的全站儀測量結果相比在誤差允許范圍以內,大大降低人為因素在測量上引起的誤差,提高了作業的效率和安全性。

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