三維激光掃描技術(shù)在裝配式架線施工中的應(yīng)用

景維立(北京麥格天渱科技發(fā)展有限公司，北京 100043)

在送變電施工工程中，架線施工是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方式一般采用經(jīng)緯儀觀測(cè)弧垂的方式，這種方式非常耗時(shí)，當(dāng)輸電導(dǎo)線跨越高速或高鐵時(shí)，因?yàn)槭┕ご翱谄诜浅６蹋仨氃谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)快速精確地將設(shè)計(jì)的導(dǎo)線加到目標(biāo)鐵塔上，所以傳統(tǒng)觀測(cè)弧垂的施工工藝并不適合這種情況。基于這種現(xiàn)狀，裝配式架線應(yīng)運(yùn)而生，即事先按設(shè)計(jì)規(guī)定的弛度計(jì)算出兩掛線點(diǎn)間懸線長(zhǎng)度，并考慮耐張絕緣子串長(zhǎng)度、重量及垂直二聯(lián)板傾斜等因素對(duì)線長(zhǎng)的影響后，計(jì)算出斷線線長(zhǎng)，在地面上張力拉伸出導(dǎo)線，量取導(dǎo)線長(zhǎng)度后切斷導(dǎo)線，壓接耐張線夾，最后將耐張線夾安裝到金具串上并對(duì)弛度進(jìn)行微調(diào)。該工藝相對(duì)于傳統(tǒng)弧垂觀測(cè)法省去了緊線、高空壓接等環(huán)節(jié)，提高了勞動(dòng)效率，目前裝配式架線一般采用的方式是全站儀測(cè)距法，需要將兩塊棱鏡分別放到相鄰兩塔對(duì)應(yīng)掛線點(diǎn)處，用全站儀觀測(cè)出兩掛線點(diǎn)水平距離與高差，該方式雖然精度高，但是安裝與拆裝棱鏡時(shí)需要上塔，也存在安全風(fēng)險(xiǎn)。為了更加安全高效地施工，本文結(jié)合國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古錫盟至勝利1000 kV高壓輸電工程實(shí)際項(xiàng)目，利用天寶SX10影像掃描儀，并結(jié)合經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的全站儀(天寶S9)棱鏡測(cè)量模式進(jìn)行對(duì)比分析，探索研究基于三維激光掃描這種非接觸測(cè)量實(shí)景重建技術(shù)在裝配式架線施工中的應(yīng)用。

1 研究區(qū)域概況

錫盟至勝利1000 kV特高壓交流輸變電工程位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟境內(nèi)，線路總長(zhǎng)度2240 km。本次研究區(qū)域位于錫林浩特市南十幾千米處(如圖1所示)，62至65號(hào)鐵塔，選取上橫擔(dān)其中一根導(dǎo)線進(jìn)行試驗(yàn)，鐵塔平均擋距大于500 m，其中63與64號(hào)塔之間跨越一條在建高速公路。

圖1 鐵塔分布示意圖

2 測(cè)量實(shí)施方案

2.1 懸鏈線掃描

在施工區(qū)域建立獨(dú)立施工控制網(wǎng)，控制點(diǎn)布設(shè)在線路兩側(cè)、相鄰兩塔中間，距離相鄰兩塔距離大致相等，以便于觀測(cè)。輸電導(dǎo)線從張力場(chǎng)牽引出來(lái)到達(dá)63號(hào)塔時(shí)，快速將天寶SX10分別架設(shè)在張力場(chǎng)—62之間和62—63之間，分別掃描兩段懸鏈線，采用選擇區(qū)域精確掃描可以在5 min之內(nèi)完成掃描測(cè)量，效率提高。掃描設(shè)站掃描方式如圖2所示。

圖2 外業(yè)掃描示意圖

2.2 掛點(diǎn)測(cè)量

雖然掃描測(cè)量可以重建出懸鏈線模型，但是62、63號(hào)塔的掛點(diǎn)無(wú)法從點(diǎn)云中精準(zhǔn)識(shí)別，需要利用SX10的高分辨率望遠(yuǎn)鏡配合進(jìn)行免棱鏡測(cè)量，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡精確定位到掛點(diǎn)位置，同時(shí)采用免棱鏡功能測(cè)量出來(lái)。

此外，張力機(jī)放線時(shí)會(huì)粗略算出放出的輸電導(dǎo)線長(zhǎng)度，在放出大致長(zhǎng)度的終點(diǎn)位置做上標(biāo)記，并用SX10觀測(cè)出坐標(biāo)，且保存為截?cái)嗲邦A(yù)估掛點(diǎn)，用于計(jì)算并放樣真實(shí)斷點(diǎn)坐標(biāo)(如圖3所示)。

圖3 SX10望遠(yuǎn)鏡下的掛點(diǎn)位置

3 懸鏈線長(zhǎng)度計(jì)算

3.1 擬合懸鏈線

根據(jù)SX10測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在其控制器T10平板電腦上實(shí)時(shí)顯示，測(cè)量完成后，直接在T10平板上啟動(dòng)Trimble RealWorks軟件，將測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)打開(kāi)，通過(guò)軟件中的懸鏈線擬合工具，將點(diǎn)云擬合成懸鏈線模型，從而計(jì)算出懸鏈線長(zhǎng)度(張力機(jī)—62、62—63)，如圖4所示。

圖4 TrimbleRealworks擬合懸鏈線

3.2 斷點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算與放樣

懸鏈線模型擬合出來(lái)后，需要計(jì)算出斷點(diǎn)坐標(biāo)，并將斷點(diǎn)在輸電導(dǎo)線上放樣出來(lái)，切斷導(dǎo)線，最后壓接耐張線夾完成架線。斷點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算沒(méi)有成熟的模塊，需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，筆者根據(jù)SX10控制軟件Trimble Access(簡(jiǎn)稱TA)提供的二次開(kāi)發(fā)接口TASDK成功開(kāi)發(fā)出斷點(diǎn)計(jì)算功能，將懸鏈線模型導(dǎo)入到開(kāi)發(fā)的TA插件中，輸入截取的長(zhǎng)度，可以自動(dòng)計(jì)算出斷點(diǎn)坐標(biāo)，然后通過(guò)SX10的放樣功能可以非常輕松地將斷點(diǎn)坐標(biāo)放樣到輸電導(dǎo)線上，如圖5、圖6所示。

圖5 TA中二次開(kāi)發(fā)的斷點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算工具

圖6 斷點(diǎn)放樣示意圖

4 精度驗(yàn)證與竣工掃描

利用三維激光掃描技術(shù)測(cè)量完成后，使用0.5″高精度全站儀天寶S9棱鏡進(jìn)行懸鏈線測(cè)量，與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度對(duì)比進(jìn)行精度驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 精度對(duì)比

根據(jù)本項(xiàng)目施工要求，長(zhǎng)度相對(duì)誤差滿足5/10 000即可，從數(shù)據(jù)結(jié)果看，可以滿足精度。在實(shí)際工作中，竣工精度受多種復(fù)雜因素影響，況且掃描作業(yè)方式是擬合懸鏈線形狀，消除了氣溫、拉力、彈性模量等變量因素的影響，本文從簡(jiǎn)考慮。現(xiàn)場(chǎng)掃描點(diǎn)云全圖如圖7所示。

圖7 竣工掃描數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語(yǔ)

本文利用地面激光掃描儀以及結(jié)合傳統(tǒng)全站儀棱鏡測(cè)量方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)裝配式架線施工進(jìn)行應(yīng)用研究。試驗(yàn)證明，三維激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)速度快、精度高、完整性好，非接觸測(cè)量更加安全，數(shù)據(jù)處理流程簡(jiǎn)單，同時(shí)結(jié)合工作流程進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使整個(gè)裝配式架線施工過(guò)程在滿足精度要求下順利完成，可以取代全站儀+棱鏡這種有安全隱患的測(cè)量方式，讓裝配式架線施工更加安全高效。

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