前言
國家對電力的需求呈現(xiàn)高速增長的姿態(tài)，因此，我國對電網(wǎng)線路建設(shè)的需求也越來越迫切。
變電站和輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往非常復(fù)雜，所處的工作環(huán)境也較為危險，如果使用傳統(tǒng)測量手段來建立完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息是非常困難的。
三維激光掃描系統(tǒng)是空間點陣掃描技術(shù)和激光無反射棱鏡長距離快速測距技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一項新測繪技術(shù)，三維掃描克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性，可采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)。經(jīng)過相應(yīng)的后處理軟件操作，可以精確而完整地測量電網(wǎng)中輸電系統(tǒng)和變電站的數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的三維模型，從而可以使得測繪技術(shù)人員突破傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)處理方法，進行新的數(shù)據(jù)挖掘和開發(fā)研究。
本文中，滬小敖借著工程師近期在輸電系統(tǒng)中的電塔測量案例，以及變電站三維建模的數(shù)據(jù)做一個三維掃描在電網(wǎng)中的應(yīng)用概述。
01三維掃描在電網(wǎng)電塔中的應(yīng)用
1.1電力系統(tǒng)模型的提供
架空輸電線路是國家主干電網(wǎng)的重要組成部分，是一項重要的國家基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，伴隨著我國電力發(fā)展步伐不斷加快，電網(wǎng)也得到迅速發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)運行電壓等級不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也不斷擴大，基本形成了完整的輸電電網(wǎng)網(wǎng)架。
高壓電塔作為輸電線路的重要組成部分，對帶電導(dǎo)線起到機械支撐作用，實現(xiàn)電力資源的遠(yuǎn)距離大范圍調(diào)配，高壓電塔的安全與否直接關(guān)系到輸電線路的安全運行，于此相對應(yīng)的，輸電線路故障會給人們的日常生產(chǎn)生活和國家經(jīng)濟帶來巨大損失。因此，為了防止和杜絕電網(wǎng)安全事故的發(fā)生，電網(wǎng)運行維護部門每年都需要投入大量人力、物力對輸電線路進行巡檢以及時消除隱患防患于未然，由此帶來的管理要求也不斷上升。
我們希望，通過三維可視化技術(shù)，可以再現(xiàn)電力系統(tǒng)的真實情況，把所有管理對象都置于一個真實的三維世界中，使管理者通過電腦就可以如臨現(xiàn)場一樣瀏覽全線，掌握電網(wǎng)實際情況，從而支持各項運營管理工作。
本案例中，我們使用Trimble天寶TX8地面三維激光掃描儀對電塔進行掃描采集點云數(shù)據(jù)（使用SX10影像掃描儀進行影像拍攝）將采集的點云數(shù)據(jù)作為后續(xù)的三維可視化平臺的數(shù)據(jù)應(yīng)用模型的素材，模型三維展示效果好，細(xì)化程度高，具有較高的應(yīng)用性。
高壓電塔具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼架細(xì)長，海拔高的特點，三維數(shù)據(jù)獲取難度大。TX8獨有的優(yōu)勢可以在這些條件下獲取比較理想的三維點云數(shù)據(jù)。
TX8現(xiàn)場工作照片
TX8掃描距離可達(dá)到340米，憑借天寶Lightning閃電技術(shù)，在其整個測程范圍內(nèi)，TX8都可以每秒1百萬個精確激光點的速度獲取數(shù)據(jù)，天寶的Lightning技術(shù)很少受到表面類型和大氣條件變化的影響，所以可以從每個測站中獲得完整性的數(shù)據(jù)集。TX8集成內(nèi)置相機，僅需2分鐘時間獲取全景HDR圖像，用于生成彩色掃描。
借助天寶SX10拍攝的影像
TX8獲取的三維點云數(shù)據(jù)
可以借此進行任意角度、距離的精確測繪或標(biāo)準(zhǔn)模型的重建
TX8三維掃描儀與點云處理軟件Trimble Realworks無縫銜接，Trimble Realworks強大且全面的功能使得“為客戶提供完整的三維掃描解決方案”變得容易起來。
借助Trimble Realworks軟件對點云進行
借助Trimble Realworks軟件提取線路矢
1.2電塔（高壓線塔）變形監(jiān)測
電塔（高壓線塔）是高壓輸電線路中與地面直接接觸的構(gòu)筑物，不可避免的地表移動、變形將危及線塔構(gòu)件的健康，嚴(yán)重的甚至?xí)痣娏?、通信中斷，從而造成巨大的?jīng)濟損失，因此對高壓線塔進行變形監(jiān)測具有重要意義。
使用三維激光掃描技術(shù)在高壓線塔變形監(jiān)測中進行應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測手段的不足，我們通過實地采集高壓線塔點云數(shù)據(jù)進行計算、分析，按照數(shù)據(jù)處理流程，可計算不同時期塔腿棱線各分段的直線方程并計算各分段間的夾角分析塔腿偏移角度及方向，從而為電塔的監(jiān)測作出良好的技術(shù)支撐。
02變電站三維模型的建立
2.1為改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
變電站建筑物本體的復(fù)雜性及其電力、電氣、土建、暖通、給排水等專業(yè)系統(tǒng)、設(shè)備所具有的專業(yè)特征看，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于建筑行業(yè)。
隨著老舊變電站的負(fù)荷及全壽命周期的限制，越來越多的老舊變電站面臨擴建改造的問題。然而變電站不可能因為擴建改造測量而停止運行，所以采用傳統(tǒng)的測量方法具有很大的危險性及其地物不完整性。
而且其小型化、集成化特點，使得利用三維數(shù)字技術(shù)對空間進行細(xì)致布局，梳理多專業(yè)間的精密配合關(guān)系，是非常必要的
本項目中，我們使用Trimble天寶X7設(shè)備進行掃描。
天寶Trimble X7
X7作為天寶（Trimble）公司旗下最新的便攜三維激光掃描設(shè)備，具有帶有組合的伺服驅(qū)動器、掃描鏡，集成的HDR成像，自動校準(zhǔn)，自動配準(zhǔn)，測繪等級自動整平和激光指示器等特點。
變電站三維數(shù)字點云模型
三維數(shù)字點云模型將變電站“搬”入計算機，清晰準(zhǔn)確地記錄了構(gòu)筑物的形狀及構(gòu)筑物之間的空間位置關(guān)系，毫米級的精度滿足測繪需求。
通過利用三維激光掃描儀獲取的空間點云數(shù)據(jù)（包括點云模型、地形圖、三維參數(shù)化模型、剖面圖等），可以建立變電站三維仿真模型，在三維環(huán)境下布置電氣設(shè)備及導(dǎo)體、建（構(gòu)）筑物等，其三維直觀可視性將顯著提升設(shè)計質(zhì)量，為變電站的改建改造提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.2為變電站三維數(shù)字智能管理平臺提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
三維數(shù)字點云模型可以導(dǎo)入3Ds MAX或其它三維軟件進行建模與紋理貼圖.
點云位置與MAX模型基本一致
MAX模型局部
三維模型渲染視圖
三維激光掃描技術(shù)很好地解決了傳統(tǒng)測繪在變電站測量工作中的難點，不僅保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量，而且還大大提高了作業(yè)效率，在非接觸測量方式保證安全生產(chǎn)的同時，節(jié)省了大量的人力、時間成本。在“萬物數(shù)字智能化”的大背景下，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用會逐漸普及，將為變電站等電力系統(tǒng)設(shè)施的三維模型建立提供越來越完善的解決方案。
03小結(jié)
三維掃描的方式，一方面由于其高精度的特點，可為電網(wǎng)的外業(yè)勘測、監(jiān)測、設(shè)計施工提供數(shù)據(jù)支持與指導(dǎo)；另一方面，三維數(shù)據(jù)給予的真實感和直接的視覺沖擊，為電網(wǎng)的可視化管理提供了很好的底層數(shù)據(jù)。相信在后續(xù)的工作中，滬敖能為電網(wǎng)的建設(shè)進一步貢獻自己的力量。
