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)
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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??紤]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