淺談天寶TX8三維激光掃描儀在風電廠風機塔筒垂直度監(jiān)測中的應用

蘇宗躍，趙晉睿，王玲玲，劉　淮

(1. 河北九華勘查測繪有限責任公司，河北 保定 071000； 2. 中國石油新疆油田勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000； 3. 中國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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天寶測繪解決方案專欄

淺談天寶TX8三維激光掃描儀在風電廠風機塔筒垂直度監(jiān)測中的應用

蘇宗躍1，趙晉睿1，王玲玲2，劉淮3

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

風電塔的維護檢測是風電場管理的一項重要工作。風機塔筒一般為高65 m的圓柱形鋼結(jié)構(gòu)，表面微小凹坑也可能導致塔筒局部彎曲；運行過程中會發(fā)生由上至下的“香蕉型”傾斜；另外長期往復的循環(huán)載荷也有可能造成地基變松、塔身傾斜，進而對風電機的運行造成損害。通常對風電塔外形的檢測主要采用全站儀進行測量，費時費力。

本文利用天寶TX8三維激光掃描儀，對風機塔筒實施三維數(shù)據(jù)采集，建立高精度三維立體模型，并將整個風電場所有風機塔位的垂直度偏移量進行匯總制圖和制表，準確監(jiān)測風機塔筒的傾斜程度；以對某風電廠中風機塔筒進行掃描所得數(shù)據(jù)為例進行分析，以論證三維激光掃描儀對風電塔筒垂直度在不同高度處變化的監(jiān)測應用。

一、掃描方案設(shè)計及數(shù)據(jù)采集

本次外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用目標球作為標靶，達到獲取完整高精度塔筒數(shù)據(jù)的目的。掃描儀在風塔機組周圍，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(簡稱TRW)軟件即可實現(xiàn)點云處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果分析的工作。試驗流程如圖1所示。

圖1　試驗流程

三維激光掃描外業(yè)實施數(shù)據(jù)采集如下：①測量設(shè)備：Trimble TX8三維激光掃描儀；②測站數(shù)：6站；③拼接方式：基于目標球(靶標)的點云拼接；④拼接精度：1.8 mm；⑤外業(yè)時間：40 min。

二、實測數(shù)據(jù)處理

TX8掃描數(shù)據(jù)直接存儲為Trimble RealWorks可識別的標準工程文件(由RWI測站文件夾和RWP快捷方式組成的文件)，從高速存儲優(yōu)盤(USB 3.0)中將掃描工程文件拷貝到工作站中，雙擊RWP快捷方式打開工程文件。文件第一次打開時，會進入配準模塊，首先保存工程，在配準菜單下選擇“自動提取目標并配準”一鍵操作，等待配準完成。自動配準結(jié)束并生成配準報告。如圖2所示。

圖2　配準報告

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

圖3　采集全部數(shù)據(jù)和剔除后點云

三、結(jié)果分析

得出風機塔筒中軸線與中垂線后，以同樣高度間隔采樣測量，得到采樣點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，與中垂線作對比，得出中軸線水平偏移量表。

將水平偏移量測量值輸出，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。

圖5(a)為風機塔筒頂部視圖，每個測量點相對底面中心點的平移方向。圖5(b)中頂部視圖風葉和塔筒偏移方向，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，水平偏移最大距離為0.35 m，且塔筒偏移方向為順風方向。

四、結(jié)束語

三維激光掃描結(jié)果可以用來驗證實際建成結(jié)構(gòu)的幾何缺陷及傾斜狀態(tài)等信息，并可進一步基于三維激光掃描技術(shù)開發(fā)其他風電塔檢測項目，如對塔筒三維數(shù)據(jù)與設(shè)計圖紙的對比，進行不同高度處半徑設(shè)計值對比等。

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

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)