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天寶TX8三維激光掃描儀在風(fēng)電廠風(fēng)機(jī)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

李斌1，尹瀟1，盧濤2，劉秀涵2

(1. 山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250000； 2. 北京麥格天渱科技發(fā)展有限公司，北京 100000)

從基礎(chǔ)施工到風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，是一個(gè)長(zhǎng)周期的過(guò)程，具有監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、頻率高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法是利用GPS或全站儀進(jìn)行單點(diǎn)式監(jiān)測(cè)，其不足是監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，難以進(jìn)行全局的監(jiān)測(cè)。而利用三維激光掃描儀無(wú)需接觸目標(biāo)本身即能快速、連續(xù)、自動(dòng)地獲取海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，高精度生成三維模型，避免基于點(diǎn)數(shù)據(jù)造成的局部性和片面性。因此，本文利用天寶TX8三維激光掃描儀對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證其能否達(dá)到傳統(tǒng)方法的精度。

一、天寶TX8三維激光掃描儀簡(jiǎn)介

TX8配置了“閃電”激光技術(shù)，并結(jié)合了脈沖技術(shù)和相位技術(shù)。在120 m測(cè)程范圍內(nèi)，能夠同時(shí)保持每秒100萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的速度和2 mm的精度來(lái)獲取數(shù)據(jù)(如圖1所示)。擴(kuò)展至340 m測(cè)程范圍時(shí)，也可達(dá)到每秒40萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的速度。

圖1　TX8測(cè)距精度

高頻的數(shù)據(jù)采集使得外業(yè)掃描站與站之間的間隔越來(lái)越短，提高了掃描效率。同時(shí)，受益于 “閃電”技術(shù)，TX8受目標(biāo)表面類型和大氣條件的影響非常小，對(duì)于困難的5%反射率表面也能達(dá)到近80%的獲取率，確保了結(jié)果的完整性。對(duì)于海量數(shù)據(jù)，TX8有著實(shí)時(shí)的純化。相比于后處理方式的掃描技術(shù)，TX8有效避免了波效應(yīng)、圓角效應(yīng)及邊緣效應(yīng)。同時(shí)，TX8高效的數(shù)據(jù)流，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)寄生蟲(chóng)噪聲點(diǎn)過(guò)濾，可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)檢，減小了返工的可能性。另外，TX8嘗試進(jìn)行了內(nèi)業(yè)全自動(dòng)無(wú)目標(biāo)配準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的外業(yè)布靶相比，減少了作業(yè)時(shí)間，減輕了外業(yè)負(fù)擔(dān)，增加了可行性。

二、應(yīng)用實(shí)例

本文對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)的已運(yùn)行風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，為了進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)利用傳統(tǒng)的全站儀進(jìn)行了監(jiān)測(cè)?？紤]到風(fēng)機(jī)為圓形物體，周圍布設(shè)由6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的高精度監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，如圖2所示。

圖2　監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)示意圖

基準(zhǔn)網(wǎng)建立后，分別架設(shè)在不同基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行掃描，掃描時(shí)保證測(cè)站間有數(shù)據(jù)重疊。同時(shí)，為了對(duì)比，在風(fēng)機(jī)上均勻布設(shè)了10個(gè)反光片，利用全站儀前方交會(huì)法計(jì)算其三維坐標(biāo)。

獲取海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)處理軟件，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)拼接、建模獲取風(fēng)機(jī)的高精度三維局部及整體模型，如圖3和圖4所示。

圖3　局部三維模型

圖4　整體三維模型

對(duì)掃描的反光片坐標(biāo)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及系統(tǒng)誤差改正后與全站儀前方交會(huì)的三維坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，得到10個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)差值序列，如圖5所示。

由圖5可知，10個(gè)反光片的掃描點(diǎn)位中誤差在3 mm左右，基本滿足了建筑變形測(cè)量規(guī)范的要求，可以進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的變形監(jiān)測(cè)。

圖5　坐標(biāo)差值序列

三、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量及安全運(yùn)行情況，對(duì)于出現(xiàn)的異常變形，也可以通過(guò)變形曲線提前做到預(yù)警，因此這是保障風(fēng)機(jī)安全發(fā)電的重要措施。本文利用天寶三維激光掃描儀對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到了傳統(tǒng)全站儀監(jiān)測(cè)的精度，且更加快速、全面和高效，其主要優(yōu)點(diǎn)有：

1) 三維激光掃描技術(shù)不僅具有高精度、非接觸測(cè)量等特點(diǎn)，而且能夠快速獲得大量的掃描數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地找到圓形建筑物的關(guān)鍵位置點(diǎn)，大幅度提高外業(yè)作業(yè)效率；同時(shí)在遠(yuǎn)離掃描目標(biāo)的情況下，可獲得大量數(shù)據(jù)，減少設(shè)站頻率。

2) 三維激光掃描儀能高效率、高精度地采集到目標(biāo)表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，有效地避免傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)中，采用設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)方法(即以點(diǎn)代面的分析方法)所帶來(lái)的局部性和片面性。監(jiān)測(cè)作業(yè)無(wú)需布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量傳統(tǒng)的點(diǎn)監(jiān)測(cè)到面監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)變，而且數(shù)據(jù)更加直觀結(jié)果更加豐富，說(shuō)服力更強(qiáng)。

3) 地面三維激光掃描技術(shù)的測(cè)量方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全不同于傳統(tǒng)的測(cè)量手段，其數(shù)據(jù)處理也完全不同于已有的理論方法，獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和方式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法的弊端。

(本專欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)