徠卡NovaMS50全站掃描儀在電廠煙囪變形監測中的應用

李　斌，王建賓，吉德云

(1. 山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250000； 2. 山東科技職業學院，山東 濰坊 261000； 3. 徠卡測量系統貿易(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測中的應用

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 濟南 250000； 2. 山東科技職業學院，山東 濰坊 261000； 3. 徠卡測量系統貿易(北京)有限公司，北京 100020)

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

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，距離噪聲即掃描點和擬合表面的殘差標準差(測點中誤差)在200m范圍內能達到3mm；采用免棱鏡模式時的測距精度為2mm+2×10-6D。實際布設監測點時，測站到煙囪的平均距離在100m左右，因此掃描模式的測點精度為3mm；再考慮煙囪高度約200m，計算免棱鏡模式約為2.5mm，能夠滿足表1中煙囪形變監測的限差要求。

表1　煙囪頂部水平位移限差指標

二、試驗分析

本文對某一新建電廠的煙囪進行掃描監測試驗，該煙囪高約230m。首先，利用全站儀和水準儀建立監測基準網；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，兩種模式有數據重合；最后，經點云去噪、三維建模、橫切剖面擬合等步驟，獲得

圓心坐標。為了統計圓心坐標偏差并進行形變分析，筆者分別于2015年4月1日和2015年5月20日各進行了一次掃描，拼接后的點云數據模型如圖1所示。

圖1　拼接后的點云數據模型

對兩次掃描的點云數據進行去噪處理，點云剖面如圖2所示。各選取18個剖面，計算每個剖面的擬合精度，統計結果如圖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，采集點云越稀疏，擬合偏差變大。

圖2　點云剖面

圖3　剖面擬合精度統計

統計圖3中各剖面的擬合標準差，計算得到平均擬合精度為5.3mm。考慮監測網點位中誤差為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，計算MS50掃描儀監測的中誤差約為6.6mm，遠小于3.2cm的限差要求。因此，采用MS50全站掃描儀進行煙囪形變監測是切實可行的。通過試驗分析，利用MS50全站掃描儀進行變形監測的優勢主要有：

1)MS50具有全站儀和三維激光掃描儀的雙重優勢，能夠進行控制測量、精密監測和高精度快速掃描，減少了野外攜帶設備的數量，提高了作業效率。

2)MS50的點云掃描速度達到1000點/s，縮短了每站的作業時間，減少了工作負荷。同時，利用MS50遠距離長測程掃描的功能可進行危險區域無接觸監測，保障了測量人員的安全。

3)MS50通過采集目標表面的點云數據，實現了從傳統的點監測到面監測的轉變，避免了點監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，滿足建筑物變形監測的要求。

三、結束語

本文利用MS50全站掃描儀對電廠煙囪進行了變形監測，實現了從傳統點監測到面監測的轉變，縮短了觀測時間。同時，利用MS50長距離免棱鏡的功能可實現電廠危險區域的監測，與傳統的方法相比，提高了監測的效率，更加人性化。

(本專欄由徠卡測量系統和本刊編輯部共同主辦)

基金項目：濰坊市科學技術發展計劃項目(2015GX064)

徠卡測量新技術應用專欄