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 1引言

    隨著越來越多電力鐵塔的建設與運營，鐵塔安全狀態(tài)受到了廣泛關(guān)注。提取鐵塔運營過程的結(jié)構(gòu)特征，計算鐵塔傾斜度，實現(xiàn)鐵塔安全監(jiān)測是十分重要的問題?，F(xiàn)階段主要利用高精度免棱鏡全站儀對鐵塔結(jié)構(gòu)進行測量，但該方法測量特征點少，難以全面反映鐵塔結(jié)構(gòu)特征，可靠性較低。地面三維激光掃描技術(shù)的推廣，為鐵塔安全監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段，它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高精度，高效率等優(yōu)點，能通過海量三維點云數(shù)據(jù)獲取被測物體表面幾乎全部特征信息。

    梅文勝、李必軍分別利用地面三維激光掃描儀進行了精細地形圖測繪與建筑物特征提取，電力行業(yè)謝雄等人利用三維激光掃描儀實現(xiàn)了電力桿塔掃描檢測；劉求龍等人利用三維激光掃描儀點云數(shù)據(jù)建立了惠龍變電站三維模型。由于電力鐵塔結(jié)構(gòu)形式多變，且掃描過程中受外界環(huán)境影響粗差點較多，點云后處理困難，針對這些問題，本文利用成都某變電站監(jiān)測鐵塔點云數(shù)據(jù)建立塔身獨立坐標系，采用基于鐵塔結(jié)構(gòu)幾何特征的RANSAC算法提取鐵塔結(jié)構(gòu)特征點云，計算鐵塔傾斜度，實現(xiàn)了鐵塔運營階段安全監(jiān)測。

    2地面三維激光掃描儀與塔身獨立坐標系

    2.1掃描儀工作原理簡介

地面三維激光掃描儀采用儀器內(nèi)部坐標系,坐標原點為儀器中心,X、Y軸位于橫向掃描面內(nèi),Z軸垂直于橫向掃描面[7]。掃描儀發(fā)射激光射向目標點P,激光經(jīng)反射后由儀器內(nèi)部接收器接收,通過激光發(fā)射和接收時間差T計算目標點到儀器中心距離r,并記錄橫向掃描角φ和縱向掃描角θ,獲取被測點球面坐標P(r,φ,θ),根據(jù)掃描儀球面坐標系與直角坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系(公式1),得到被測點P的儀器內(nèi)部空間直角坐標P(X,Y,Z)：

2.2塔身獨立坐標系

    地面三維激光掃描儀獲取的點云數(shù)據(jù)采用儀器內(nèi)部坐標系,本文針對獨立設站鐵塔掃描點云,為便于后期鐵塔結(jié)構(gòu)點云提取、建模分析,利用鐵塔點云數(shù)據(jù)根據(jù)鐵塔結(jié)構(gòu)幾何特征建立塔身獨立坐標系。圖2為采用Maptek I-Site 8820掃描儀在成都某變電站監(jiān)測項目中獨立設站采集的鐵塔點云數(shù)據(jù)。

圖3鐵塔原始點云數(shù)據(jù)圖3為建立塔身坐標系流程圖。作為鐵塔結(jié)構(gòu)變形重點分析部位,鐵塔地線橫擔點云數(shù)據(jù)豐富、橫擔結(jié)構(gòu)幾何關(guān)系明顯;因此定義橫擔中心為獨立坐標系原點,橫擔中線為塔身坐標系X軸,Y軸順電力線路前進方向垂直于X軸,Z軸垂直于XY平面。圖4為利用地線橫擔點云建立的塔身坐標系原點與XY軸。