蘇宗躍，趙晉睿，王玲玲，劉　淮

(1. 河北九華勘查測(cè)繪有限責(zé)任公司，河北 保定 071000； 2. 中國(guó)石油新疆油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國(guó)石油新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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天寶測(cè)繪解決方案專欄

淺談天寶TX8三維激光掃描儀在風(fēng)電廠風(fēng)機(jī)塔筒垂直度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

蘇宗躍1，趙晉睿1，王玲玲2，劉淮3

(1. 河北九華勘查測(cè)繪有限責(zé)任公司，河北 保定 071000； 2. 中國(guó)石油新疆油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國(guó)石油新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆 克拉瑪依 834000)

風(fēng)電塔的維護(hù)檢測(cè)是風(fēng)電場(chǎng)管理的一項(xiàng)重要工作。風(fēng)機(jī)塔筒一般為高65 m的圓柱形鋼結(jié)構(gòu)，表面微小凹坑也可能導(dǎo)致塔筒局部彎曲；運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生由上至下的“香蕉型”傾斜；另外長(zhǎng)期往復(fù)的循環(huán)載荷也有可能造成地基變松、塔身傾斜，進(jìn)而對(duì)風(fēng)電機(jī)的運(yùn)行造成損害。通常對(duì)風(fēng)電塔外形的檢測(cè)主要采用全站儀進(jìn)行測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

本文利用天寶TX8三維激光掃描儀，對(duì)風(fēng)機(jī)塔筒實(shí)施三維數(shù)據(jù)采集，建立高精度三維立體模型，并將整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)塔位的垂直度偏移量進(jìn)行匯總制圖和制表，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)塔筒的傾斜程度；以對(duì)某風(fēng)電廠中風(fēng)機(jī)塔筒進(jìn)行掃描所得數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，以論證三維激光掃描儀對(duì)風(fēng)電塔筒垂直度在不同高度處變化的監(jiān)測(cè)應(yīng)用。

一、掃描方案設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集

本次外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用目標(biāo)球作為標(biāo)靶，達(dá)到獲取完整高精度塔筒數(shù)據(jù)的目的。掃描儀在風(fēng)塔機(jī)組周圍，有必要架設(shè)多站以獲取完整數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理階段利用天寶自主研發(fā)的Trimble RealWorks(簡(jiǎn)稱TRW)軟件即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果分析的工作。試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1　試驗(yàn)流程

三維激光掃描外業(yè)實(shí)施數(shù)據(jù)采集如下：①測(cè)量設(shè)備：Trimble TX8三維激光掃描儀；②測(cè)站數(shù)：6站；③拼接方式：基于目標(biāo)球(靶標(biāo))的點(diǎn)云拼接；④拼接精度：1.8 mm；⑤外業(yè)時(shí)間：40 min。

二、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理

TX8掃描數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)為Trimble RealWorks可識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)工程文件(由RWI測(cè)站文件夾和RWP快捷方式組成的文件)，從高速存儲(chǔ)優(yōu)盤(pán)(USB 3.0)中將掃描工程文件拷貝到工作站中，雙擊RWP快捷方式打開(kāi)工程文件。文件第一次打開(kāi)時(shí)，會(huì)進(jìn)入配準(zhǔn)模塊，首先保存工程，在配準(zhǔn)菜單下選擇“自動(dòng)提取目標(biāo)并配準(zhǔn)”一鍵操作，等待配準(zhǔn)完成。自動(dòng)配準(zhǔn)結(jié)束并生成配準(zhǔn)報(bào)告。如圖2所示。

圖2　配準(zhǔn)報(bào)告

TRW10.0的分析與建模模塊將塔筒點(diǎn)云分割出來(lái)，將塔筒從最底部開(kāi)始每隔5 m高度裁出厚0.01 m的點(diǎn)云切片，并擬合切片中心連接得出中軸線，穿過(guò)底面圓柱體中心點(diǎn)得出中垂線(基準(zhǔn)線)。如圖3所示。

圖3　采集全部數(shù)據(jù)和剔除后點(diǎn)云

三、結(jié)果分析

得出風(fēng)機(jī)塔筒中軸線與中垂線后，以同樣高度間隔采樣測(cè)量，得到采樣點(diǎn)的中軸線與中垂線水平偏移量。即根據(jù)掃描數(shù)據(jù)擬合的中軸線，與中垂線作對(duì)比，得出中軸線水平偏移量表。

將水平偏移量測(cè)量值輸出，繪制圖表如圖4所示，分析結(jié)果得知，水平偏移量隨高度大致成正比例增長(zhǎng)。

圖5(a)為風(fēng)機(jī)塔筒頂部視圖，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)相對(duì)底面中心點(diǎn)的平移方向。圖5(b)中頂部視圖風(fēng)葉和塔筒偏移方向，箭頭表示水平位移趨向。分析結(jié)果得知：塔筒水平偏移距離隨高度增長(zhǎng)，水平偏移最大距離為0.35 m，且塔筒偏移方向?yàn)轫橈L(fēng)方向。

四、結(jié)束語(yǔ)

三維激光掃描結(jié)果可以用來(lái)驗(yàn)證實(shí)際建成結(jié)構(gòu)的幾何缺陷及傾斜狀態(tài)等信息，并可進(jìn)一步基于三維激光掃描技術(shù)開(kāi)發(fā)其他風(fēng)電塔檢測(cè)項(xiàng)目，如對(duì)塔筒三維數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)圖紙的對(duì)比，進(jìn)行不同高度處半徑設(shè)計(jì)值對(duì)比等。

圖4　中軸線水平偏移量隨高度的變化情況

圖5　中軸線水平偏移量頂視圖

(本專欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)