天寶TX8三維激光掃描儀在風電廠風機變形監測中的應用

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天寶TX8三維激光掃描儀在風電廠風機變形監測中的應用

李斌1，尹瀟1，盧濤2，劉秀涵2

(1. 山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250000； 2. 北京麥格天渱科技發展有限公司，北京 100000)

從基礎施工到風機并網發電，是一個長周期的過程，具有監測周期長、頻率高等特點。傳統的方法是利用GPS或全站儀進行單點式監測，其不足是監測點少，難以進行全局的監測。而利用三維激光掃描儀無需接觸目標本身即能快速、連續、自動地獲取海量點云數據，高精度生成三維模型，避免基于點數據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某風電場風機進行監測，以驗證其能否達到傳統方法的精度。

一、天寶TX8三維激光掃描儀簡介

TX8配置了“閃電”激光技術，并結合了脈沖技術和相位技術。在120 m測程范圍內，能夠同時保持每秒100萬個點的速度和2 mm的精度來獲取數據(如圖1所示)。擴展至340 m測程范圍時，也可達到每秒40萬個點的速度。

圖1　TX8測距精度

高頻的數據采集使得外業掃描站與站之間的間隔越來越短，提高了掃描效率。同時，受益于 “閃電”技術，TX8受目標表面類型和大氣條件的影響非常小，對于困難的5%反射率表面也能達到近80%的獲取率，確保了結果的完整性。對于海量數據，TX8有著實時的純化。相比于后處理方式的掃描技術，TX8有效避免了波效應、圓角效應及邊緣效應。同時，TX8高效的數據流，也實現了實時寄生蟲噪聲點過濾，可現場進行數據質檢，減小了返工的可能性。另外，TX8嘗試進行了內業全自動無目標配準。與傳統的外業布靶相比，減少了作業時間，減輕了外業負擔，增加了可行性。

二、應用實例

本文對某風電場的已運行風機進行監測試驗，為了進行對比分析，同時利用傳統的全站儀進行了監測。考慮到風機為圓形物體，周圍布設由6個監測點組成的高精度監測基準網，如圖2所示。

圖2　監測基準點示意圖

基準網建立后，分別架設在不同基準點上進行掃描，掃描時保證測站間有數據重疊。同時，為了對比，在風機上均勻布設了10個反光片，利用全站儀前方交會法計算其三維坐標。

獲取海量點云數據后，將原始數據導入到數據處理軟件，經過數據預處理、數據拼接、建模獲取風機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

對掃描的反光片坐標經過坐標轉換及系統誤差改正后與全站儀前方交會的三維坐標進行對比，得到10個點的坐標差值序列，如圖5所示。

由圖5可知，10個反光片的掃描點位中誤差在3 mm左右，基本滿足了建筑變形測量規范的要求，可以進行風電場風機的變形監測。

圖5　坐標差值序列

三、結束語

對風機進行變形監測，可以驗證設計水平、施工質量及安全運行情況，對于出現的異常變形，也可以通過變形曲線提前做到預警，因此這是保障風機安全發電的重要措施。本文利用天寶三維激光掃描儀對風機進行監測，達到了傳統全站儀監測的精度，且更加快速、全面和高效，其主要優點有：

1) 三維激光掃描技術不僅具有高精度、非接觸測量等特點，而且能夠快速獲得大量的掃描數據，準確地找到圓形建筑物的關鍵位置點，大幅度提高外業作業效率；同時在遠離掃描目標的情況下，可獲得大量數據，減少設站頻率。

2) 三維激光掃描儀能高效率、高精度地采集到目標表面的點云數據，有效地避免傳統變形監測技術中，采用設置監測點方法(即以點代面的分析方法)所帶來的局部性和片面性。監測作業無需布設監測點，實現了測量傳統的點監測到面監測的轉變，而且數據更加直觀結果更加豐富，說服力更強。

3) 地面三維激光掃描技術的測量方式和數據結構完全不同于傳統的測量手段，其數據處理也完全不同于已有的理論方法，獲取數據的特點和方式彌補了傳統測量方法的弊端。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)