落地抱桿垂直度動態跟蹤告警及修正技術分析

姜 斌

（國網重慶市電力公司建設分公司（監理公司），重慶 400000）

落地抱桿垂直度檢測采用三維激光掃描技術，有助于提高檢測方法的可靠性，需要從垂直度指標角度展開控制，保證抱桿檢測過程能夠順利進行。落地抱桿垂直度檢測應掌握檢測原理，通過原理來掌握檢測中的細節，獲得精準的落地抱桿點云數據，對抱桿垂直度情況進行擬合，確保垂直度分析結果的準確性，提高動態跟蹤告警及修正技術的應用效果。

1 落地抱桿垂直度動態跟蹤告警技術

1.1 三維激光掃描技術

落地抱桿垂直度檢測需要借助專業化的儀器，采用三維激光掃描儀可實現檢測過程，得到精準性較高的檢測數據，便于對垂直度情況進行動態跟蹤。落地抱桿垂直度在安裝過程中進行調整，需要采用動態跟蹤的方式，及時對垂直度偏差進行告警，逐步對偏差情況進行調節。三維激光掃描儀屬于非接觸性儀器，內置有掃描觀測系統，能夠對抱桿的空間數據進行采集，通過點、線、面構建空間模型，基于輪廓分析落地抱桿垂直度情況，提高抱桿垂直度精準檢驗效果。動態跟蹤告警依賴激光掃描系統的支持，操作形式上分為機載型、手持型、地面型，根據檢測對象的要求進行選擇。三維激光掃描儀通過坐標對落地抱桿空間數據進行識別，內置有自身坐標系統，使坐標具有相對的參考點[1]。激光掃描儀距離落地抱桿距離為S（m），橫向掃描角度為α，縱向掃描角度為θ，激光發射位置為空間坐標原點，則三維激落光腳點坐標P 表示如下

1.2 點云數據采集與處理

通過三維激光掃描可獲得落地抱桿的點云數據，需要確保采集方法的規范性，得到精準的三維激光落腳墊坐標，通過坐標形成掃描面模型。激光掃描儀內部自帶Cyclone 軟件，用于對點云數據進行保存，建立各個點為坐標之間的聯系，實現對落地抱桿點云數據的處理。通過點云數據可擬合出中心軸直線，對落地抱桿的垂直情況進行判斷，為垂直度的擬合控制提供參考。受到檢測環境的影響，點云數據存在噪點的情況，容易造成誤差的累積，將凹陷點云進行刪除和校正，進而得到完整的點云圖像。落地抱桿中心軸線是一條空間直線，以點云數據采集得到的輪廓點為依據，采用最小二乘法擬合出中心軸心的關鍵點坐標，通過空間直線標準方程可擬合出中心軸直線，具體表示如下

1.3 落地抱桿點云骨架

落地抱桿最終應形成點云骨架的形式，將點云分成基本單元面，便于通過平面方程展開分析，便于對點的變化趨勢進行判斷，提高垂直度分析的動態告警能力。將點云數據分成m×n 塊，基本單元面中的點云命名為“點云ij”，以此來確定點云所在的位置。點云骨架是形成抱桿截面的關鍵，將點云擬合成平面圖形進行處理。基本平面模型表示如下

平面方程的求取關鍵在于a、b、c 值，通常在聯立方程中進行求解，基于實際點云數據得到相應的參數值。聯立方程的通用表達形式如下

通過上述求解方式，可綜合運用點云骨架的坐標點，為落地抱桿模型的確定提供依據，提高模型構建的精準程度，確保點云骨架空間坐標的利用率[2]。

1.4 點云骨架網的構建

落地抱桿模型最終以點云骨架網的方式進行展現，將骨架點坐標導入到編程軟件中，將不同坐標點關聯起來，用于對骨架變化趨勢進行判斷。點云骨架網需要注意拼接過程中的匹配度，對毛噪點、雜點、重復點進行完善，構建精準性較高的立體網狀模型，便于掌握落地抱桿透視模型，基于三維空間角度進行分析。通過點云骨架模型可進行多角度觀察，實現對骨架結構的精準分析，得到不同角度落地抱桿垂直度情況，有助于垂直度檢測中的誤差校正，降低偶然誤差對檢測結果的影響。對于存在垂直度問題的點云骨架，整體立面將會呈現為彎曲狀，而且編程軟件可自動給出分析結果，將骨架垂直度情況反映出來，通過點云骨架對落地抱桿垂直度進行驗證，實現對落地抱桿垂直度的控制。

1.5 垂直度檢測原理

落地抱桿垂直度分析需要把控檢測原理，可為垂直度控制提供依據，提高垂直度控制的高效性。落地抱桿垂直度計算公式如下

式中：θ 為垂直度，°；S 為抱桿傾斜值，m；H 為抱桿頂部和底部的中心距離，m。垂直度檢測圍繞中心軸線展開分析，需要確保中心軸線的擬合狀態，確保垂直度測量結果的準確性。通過垂直度檢測可形成方向向量，在空間直角坐標系中，規定向上為Z 軸正方向，則滿足垂直要求的方向向量表示如下

通過這種方式，可沿著垂直方向進行檢驗，對規定方向的垂直度進行對比，提高垂直度檢測方法的可靠性，并且檢測方法更易于實現。

中心軸線法檢測步驟如下：第一，沿著Z 軸方向對點云進行裁剪，形成若干點云圖像，對不同截面的中心點位置進行確定，判斷中心軸線擬合后是否為正中心。第二，將每段點云投影成平面模型，按照垂直度控制要求，對平面方程系數進行預設，可采用如下配置形式

第三，確定點云圖像的輪廓線，通過點云隨機采樣得到原始數據，對落地抱桿中心軸線進行擬合，實現軸線分布情況的有效控制。第四，通過直線相交法得到中心點的位置，將不同平面的中心點連接起來，得到中心點擬合的最終軸線。第五，對中心軸線的垂直度進行檢測，得到夾角θ 或tanθ 值，對垂直度情況進行判斷。其中，夾角θ 越接近于90°或tanθ 越接近于1，說明落地抱桿的垂直度越高[3]。

2 落地抱桿垂直度動態跟蹤修正技術

2.1 準備工作

落地抱桿垂直度修正需要進行一定的準備工作，排除外界因素對修復過程的影響，保證動態跟蹤修復的有序開展。落地抱桿地基應滿足強度要求，防止地基出現沉降的情況，使地基能夠承擔起底座的重量。地基地耐力不能低于0.3 MPa，否則將會影響到對抱桿的承載力，導致抱桿無法進行規范使用，不利于垂直度方面的控制。地基環境需要進行加固處理，采用碎石對地基進行填充，提高地基的密實程度。落地抱桿底座規格為3.5 m×3.5 m，確保底座與地基穩定接觸，防止修正過程中垂直度受到影響，防止底座在抱桿安裝過程發生偏移。為了保證動態跟蹤修正的精度控制效果，需要確保抱桿底座的穩定性，構建抱桿垂直度修正的前提條件。

2.2 分段修正

落地抱桿高度較高，可采用分段修正的方式，如每20～25 m 作為一個分段，逐步進行安裝且做好校驗工作，實現抱桿垂直度的嚴格控制。分段修正過程中，采用三維激光掃描儀進行檢測，對抱桿垂直度情況進行檢驗，便于提出合理性的修正方法。落地抱桿垂直度存在著誤差累積的情況，每個階段修正后誤差不能超過1%，否則隨著抱桿安裝過程的進行，傾斜情況將逐漸增大，不利于抱桿垂直度的控制。抱桿修正的難度較大，需要注重輔助抱桿的使用，將抱桿倒裝架進行就位，通過兩側搖臂對垂直度情況進行調節，使分段修正處于易于調控的狀態。抱桿修正過程應設置內拉線，對抱桿進行進一步的固定，確保抱桿整體的穩固性。抱桿組裝過程中，初始撓度應控制在1%以下，內拉線垂直夾角不低于20°，對抱桿的重心位置進行加固，使抱桿能夠得到有效固定[4]。

2.3 平衡受力

落地抱桿垂直度修正過程中，需要注重兩側的平衡受力，將抱桿受力控制在額定載荷下，使其處于受力平衡狀態。通常情況下，抱桿平衡狀態一般在垂直度為90°時，有著良好的受力作用，屬于抱桿平衡控制的理想狀態。平衡受力是垂直度修正的關鍵，通過受力控制對平衡度進行調節，使抱桿垂直度修正更具有實際意義。落地抱桿垂直度修正過程中，需要考慮到整體偏差的影響，一般第1 段和第2 段對偏差的影響較大，需要通過三維激光掃描進行分析，確保垂直度情況能夠趨于平緩，將垂直度絕對差異控制在0.5‰以內。垂直度跟蹤修正適合采用動態跟蹤形式，便于將偏移量、高差、垂直度進行對比，對垂直度的變化趨勢進行驗證。在落地抱桿長度不變的情況下，偏移量和高差均會對垂直度造成影響，具體影響情況可根據勾股定理展開分析。

式中：L 為抱桿長度，m；ΔX 為偏移量，m；H 為高差，m。隨著偏移量的增加，高差將會逐漸降低，垂直度將會逐漸減少，導致抱桿偏離垂直方向[5]。由此可見，落地抱桿垂直度修復關鍵為偏移量的調整，偏移量越接近于0，垂直度越接近于90°，抱桿的平衡受力情況將越穩定，進而實現抱桿垂直度的有效修正。

3 落地抱桿垂直度檢測及修正實例分析

3.1 工程概況

以某鐵塔抱桿項目為例，全高85.4 m，總重量152 t，需要對落地抱桿進行安裝，使抱桿滿足組裝參數要求。落地抱桿施工采用先組裝倒裝架的方式，采用液壓頂生方式將1 200 mm×1 200 mm 抱桿頂升至40 m，在四周設置4 條拉線，滿足抱桿對受力的需求。落地抱桿不同工況參數情況見表1。

表1 落地抱桿工況參數表

3.2 檢測思路

落地抱桿垂直度采用地面三維激光掃描儀進行檢驗，最大檢測范圍在90～300 m 之間，提高抱桿的精度控制水平。本工程采用Z+F5010C 三維激光檢測儀，掃描精度為0.1 mm，滿足本工程的檢測要求。激光掃描儀主要參數見表2。通過掃描儀可對垂直度偏移量情況進行控制，本工程采用動態跟蹤告警檢測方式，組裝過程中進行分段檢測，確保偏差情況能夠得到及時校正，防止抱桿施工產生連續偏差[6]。

3.3 垂直修正

落地抱桿注重高度范圍的把控，不易采用整體檢測方式，適合采用分段檢測方式，便于對垂直度情況進行分析，確保垂直度修正方法的有效性。結合落地抱桿的高度情況，可將抱桿分成4 段展開檢測，分別為0～25、25～50、50～75 和75～85.4 m，實現抱桿垂直度的分階段校正。三維激光掃描測量結果見表3。由表3 中數據可知，各個階段垂直度修正情況良好，落地抱桿有著垂直度方面的要求，分段校正方法發揮了主要作用，使落地抱桿處于相對垂直狀態。

表3 三維激光掃描測量結果

3.4 中心軸線擬合

中心軸線擬合是分析落地抱桿整體垂直度情況的關鍵，經過激光三維掃描儀分析后，可得到擬合后的中心軸線方向向量，具體表示如下

可得到中心軸線與垂直方向的夾角θ=arctan（0.73×10-3），基于DL/T 319—2010《架空輸電線路施工抱桿通用技術條件及試驗方法》要求，需要將tanθ 控制在1/1 000 以內，使抱桿傾斜度控制能夠滿足要求。通過與標準對比可知，tanθ=0.73×10-3＜1×10-3，說明落地抱桿的垂直度符合標準規定，桿塔抱桿項目達到合格范圍標準。

3.5 操作注意事項

在操作過程中，為了充分發揮各項技術的效能，獲取更加準確的結果，為施工控制工作提供更有價值的參考，應當確保各個技術環節操作的準確性，而操作者作為檢測技術實施的主要操作者，專業水平和規范操作意識決定著垂直度檢測的效果，因此，在檢測操作過程中，需注重對操作者的培訓，并提前做好檢測操作安排，同時也要盡量委派操作經驗豐富、規范意識較強的工作者進行實際的檢測操作，降低人的因素對檢測效果的影響，提高檢測結果質量。此外，配套的設備作為檢測工作開展的要素之一，其性能狀態會在很大程度上對檢測效果產生影響。所以，在檢測工作開展過程中，應當注意，需提前做好設備的性能檢測工作，并根據實際情況和需求做好設備調試，同時，也要嚴格按照現行的規范、規程進行設備的使用，以免對設備造成損壞，影響檢測效果。在此過程中，也要注意優化設備的日常養護工作，并嚴格按照現行的規程進行設備的調試和保養，記錄好設備的狀態，同時，也要注意做好設備的故障預案，根據設備的現狀和作業條件，提前編寫好設備的故障應急處理方案，以便更好地控制設備因素對檢測結果的影響。總體來說，在檢測工作中，除了要重視技術方面的因素，也要關注人、設備方面的因素，提前設計檢測工作方案，并結合實踐經驗，規避各類影響因素，以保證檢測工作的效果，提升檢測工作水平。為此，在檢測工作方面，可以加強對事前準備、事中控制、事后總結工作的重視，并在檢測之前做好預案，在檢測操作時做好技術操作的規范管理，待檢測完畢后，及時總結技術的落實情況，由此準確識別和優化技術操作中的不足，讓垂直檢測技術能夠得到更好的發揮，持續提升檢測結果對施工控制的參考價值，增強垂直度檢測工作的落實效果。

4 結論

綜上所述，落地抱桿垂直度檢測非常必要，需要合理對檢測方法進行應用，常用方法為三維激光掃描法，將垂直度檢測系統應用其中，提高對抱桿垂直度的動態跟蹤能力，針對垂直度不足的情況進行告警，實現垂直度檢測的有效驗證。垂直度檢測為落地抱桿施工控制提供依據，結合當前的施工狀態進行調整，對三維點云數據、多方位垂直度分析等技術進行應用，使垂直度判斷具有良好的精度，形成高效化的抱桿垂直度跟蹤方式，確保垂直度檢測技術的應用水平。