电力行业运用

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电力工程三维激光使用案例

文章发布于:2021-03-23 作者:admin 浏览次数:

 
    电力行业应用背景
 
    电力行业是技术密集和装备密集型产业,其独特的生产与经营方式决定了其发展模式的独特性。由于行业的特殊性,电力行业对已有工程的设备提出了高安全性、高可靠性、高稳定性的要求,对已有电力工程的竣工验收、设备管理、检修维护,就成了一个十分重要的课题,其主要包括电力线路巡检、验收、设备管理和分析等。
 
    把外业采集的高精度激光点云数据进行处理后,可以得到各种丰富的三维数据成果,既可以直接对点云进行坐标提取,距离量测,也可以再编辑得到传统的DLG、DEM等,还可以结合高分辨率的影像数据进行三维建模得到三维实景模型,以实现数字化设备管理及各种专业分析等[11]。
 
    目前输电线路基本位于山地,线路跨越高山大岭、河流沟壑、微气象区的现象越来越常见,为了确保输电线路的安全运行,通常需要结合电力巡线情况对输电线路进行安全维护[12]。常规的电力巡线基本采用人工巡线方式,需要巡检工人手持仪器翻山越岭,这种方法巡线的强度大、周期长、效率低、危险并且昂贵。而利用三维激光测量技术可以大大提高电力线路巡检作业的效率、降低成本。通过三维激光测量可有效获取输电线路通道范围内大量高精度的激光点云数据,经过专业的数据处理便可以在计算机里建立输电导线与线路通道范围内树木、毛竹、灌木等地物的高精度三维立体数字模型,同时可以测算出输电导线与毛竹或树冠等地物的交跨距离;甚至还可以对三维激光测量中采集的植被信息处理分类,导入相应地区植被的生长参数,对通道内的植被生长情况进行模拟,预测输电线路中的安全风险。
 
    1.工程概况
 
    以桃江某高压电塔测量项目为例,该工程位于丘陵地带,利用三维激光扫描仪对电塔进行扫描测量。为便于描述三维激光扫描仪对电塔测量的优势,特选取其中一个电塔测量点云数据进行研究。在利用三维激光扫描仪测量该电塔时,在电塔周边共设置了5个标靶,并采用全站仪测量标靶坐标。
 
    2.数据采集
 
    本次项目采用TrimbleSX10三维激光扫描仪如图2所示,其测角精度1秒和1mm+1.5ppm的无棱镜测量精度,能保证远距离的数据精度,再结合多个定焦以及变焦镜头,可以实现对近景、中景、远景进行高分辨率影像的无损有效采集。
 
  三维激光扫描仪 
 Trimble SX10三维激光扫描仪
 
    3.数据处理
 
    利用TrimbleBusinessCenter软件处理三维激光扫描数据如图3与图4所示。采用TrimbleBusinessCenter软件对外业采集的数据进行点云数据去噪、点云数据拼接、坐标系转换等。点云数据去噪是通过TrimbleBusinessCenter软件对点云数据进行着色,可通过软件的自动分类工具对点云数据进行初步分类,然后利用软件的点云分割功能对点云细分,剔除误差较大点位。TrimbleBusinessCenter软件可根据三维激光扫描仪测量时的标靶对点云数据进行自动拼接,拼接误差可根据设置误差阈值进行调整。三维激光扫描仪测量得到的点云数据坐标系统并不是常规坐标系,故需对点云数据进行坐标系统转换,TrimbleBusinessCenter软件具备自动坐标系转换工具,可根据4个以上标靶坐标便可将点云测量坐标系转换为常规坐标。
 
    三维激光扫描仪案例     三维激光扫描仪案例   三维激光扫描仪案例
                          
 
    4.点云数据分析
 
    根据TrimbleBusinessCenter软件处理得到的三维模型成品,可直接对电塔进行电塔高度测量、净空高测量,如图5所示。该三维模型成品经过地理编码,可将三维激光测量坐标系转换为常规测量坐标系统,故可在三维模型中直接获取该电塔的坐标值。
 
    5.精度分析
 
    为验证三维激光扫描仪测量精度,特对该电塔用全站仪进行了塔高测量、净空高测量与坐标测量。本文采用全站仪(测角精度2秒,距离精度1mm+1.5ppm),根据现场保留的高精度施工控制点对电塔进行测量,得到塔高、净空高与坐标数据。通过三维激光扫描仪得到的测量数据与全站仪得到的测量数据对比见表1与表2,对比结果为电塔高度相差6.4cm,净空高度相差4.5cm,坐标相差值较小,基本在2cm以内,高程相差2.6cm。因坐标值是通过测量靶标得到的,故三维激光扫描仪测量目标与全站仪所测量目标一致,进而坐标值对比相对高度测量对比差异较小。通过三维激光扫描仪测量结果的精度分析可知,在布设标靶位置测量精度较高的情况下,满足电力测量的精度要求。
 
    6.结论
 
    以往新建电力工程验收过程中一般使用全站仪测量,数据会受到风振、温差和人为等因素的影响,效率较低,验收测量精度较差。本文所述实验将三维激光测量技术应用到电力工程领域,利用地面三维激光扫描仪其非接触式测量、安全快速、数据精度可靠性高等优点,测得的电塔塔高数据、净空高数据和坐标数据与传统的全站仪测量结果相比在误差允许范围以内,大大降低人为因素在测量上引起的误差,提高了作业的效率和安全性。

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