李　斌，王建賓，吉德云

(1. 山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250000； 2. 山東科技職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261000； 3. 徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

?

徠卡NovaMS50全站掃描儀在電廠煙囪變形監(jiān)測中的應(yīng)用

李斌1，王建賓2，吉德云3

(1. 山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250000； 2. 山東科技職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261000； 3. 徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

目前電廠煙囪變形監(jiān)測主要利用傳統(tǒng)測量或GPS技術(shù)，通過布置監(jiān)測點(diǎn)達(dá)到監(jiān)測的目的。但傳統(tǒng)的監(jiān)測方法容易受場地、天氣、溫度及風(fēng)力等因素的影響，且觀測周期較長。為此，進(jìn)行快速高精度及無接觸變形監(jiān)測成為研究的熱點(diǎn)。本文利用LeicaNovaMS50全站掃描儀高速點(diǎn)云掃描、高分辨率圖像采集及長距離免棱鏡測距的功能，進(jìn)行煙囪傾斜及撓度變化的監(jiān)測分析。

一、MS50掃描煙囪的精度分析

MS50全站掃描儀的精度評定分為免棱鏡測量精度和掃描精度兩部分。采用掃描模式時(shí)，距離噪聲即掃描點(diǎn)和擬合表面的殘差標(biāo)準(zhǔn)差(測點(diǎn)中誤差)在200m范圍內(nèi)能達(dá)到3mm；采用免棱鏡模式時(shí)的測距精度為2mm+2×10-6D。實(shí)際布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，測站到煙囪的平均距離在100m左右，因此掃描模式的測點(diǎn)精度為3mm；再考慮煙囪高度約200m，計(jì)算免棱鏡模式約為2.5mm，能夠滿足表1中煙囪形變監(jiān)測的限差要求。

表1　煙囪頂部水平位移限差指標(biāo)

二、試驗(yàn)分析

本文對某一新建電廠的煙囪進(jìn)行掃描監(jiān)測試驗(yàn)，該煙囪高約230m。首先，利用全站儀和水準(zhǔn)儀建立監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)；然后，考慮掃描距離和精度影響，筒身130m以下采用掃描測量模式，130m以上采用自動免棱鏡測量模式，兩種模式有數(shù)據(jù)重合；最后，經(jīng)點(diǎn)云去噪、三維建模、橫切剖面擬合等步驟，獲得

圓心坐標(biāo)。為了統(tǒng)計(jì)圓心坐標(biāo)偏差并進(jìn)行形變分析，筆者分別于2015年4月1日和2015年5月20日各進(jìn)行了一次掃描，拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型如圖1所示。

圖1　拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型

對兩次掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，點(diǎn)云剖面如圖2所示。各選取18個(gè)剖面，計(jì)算每個(gè)剖面的擬合精度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，隨著高度的升高擬合精度隨之變低，主要是由于高度越高，儀器入射角越小，采集點(diǎn)云越稀疏，擬合偏差變大。

圖2　點(diǎn)云剖面

圖3　剖面擬合精度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)圖3中各剖面的擬合標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算得到平均擬合精度為5.3mm?？紤]監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)位中誤差為1.4mm，掃描儀測量誤差最大值為3mm，儀器對中整平誤差為2mm，剖面擬合誤差為5.3mm，計(jì)算MS50掃描儀監(jiān)測的中誤差約為6.6mm，遠(yuǎn)小于3.2cm的限差要求。因此，采用MS50全站掃描儀進(jìn)行煙囪形變監(jiān)測是切實(shí)可行的。通過試驗(yàn)分析，利用MS50全站掃描儀進(jìn)行變形監(jiān)測的優(yōu)勢主要有：

1)MS50具有全站儀和三維激光掃描儀的雙重優(yōu)勢，能夠進(jìn)行控制測量、精密監(jiān)測和高精度快速掃描，減少了野外攜帶設(shè)備的數(shù)量，提高了作業(yè)效率。

2)MS50的點(diǎn)云掃描速度達(dá)到1000點(diǎn)/s，縮短了每站的作業(yè)時(shí)間，減少了工作負(fù)荷。同時(shí)，利用MS50遠(yuǎn)距離長測程掃描的功能可進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域無接觸監(jiān)測，保障了測量人員的安全。

3)MS50通過采集目標(biāo)表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的點(diǎn)監(jiān)測到面監(jiān)測的轉(zhuǎn)變，避免了點(diǎn)監(jiān)測的局部性和片面性。在精度方面，考慮儀器對中等誤差后，中誤差也僅為7mm左右，滿足建筑物變形監(jiān)測的要求。

三、結(jié)束語

本文利用MS50全站掃描儀對電廠煙囪進(jìn)行了變形監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)點(diǎn)監(jiān)測到面監(jiān)測的轉(zhuǎn)變，縮短了觀測時(shí)間。同時(shí)，利用MS50長距離免棱鏡的功能可實(shí)現(xiàn)電廠危險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)測，與傳統(tǒng)的方法相比，提高了監(jiān)測的效率，更加人性化。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)

基金項(xiàng)目：濰坊市科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2015GX064)

徠卡測量新技術(shù)應(yīng)用專欄