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 1引言

    隨著越來(lái)越多電力鐵塔的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，鐵塔安全狀態(tài)受到了廣泛關(guān)注。提取鐵塔運(yùn)營(yíng)過(guò)程的結(jié)構(gòu)特征，計(jì)算鐵塔傾斜度，實(shí)現(xiàn)鐵塔安全監(jiān)測(cè)是十分重要的問(wèn)題?，F(xiàn)階段主要利用高精度免棱鏡全站儀對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，但該方法測(cè)量特征點(diǎn)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(cè)提供了新的技術(shù)手段，它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，具有高精度，高效率等優(yōu)點(diǎn)，能通過(guò)海量三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取被測(cè)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(jìn)行了精細(xì)地形圖測(cè)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(shí)現(xiàn)了電力桿塔掃描檢測(cè)；劉求龍等人利用三維激光掃描儀點(diǎn)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(guò)程中受外界環(huán)境影響粗差點(diǎn)較多，點(diǎn)云后處理困難，針對(duì)這些問(wèn)題，本文利用成都某變電站監(jiān)測(cè)鐵塔點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立塔身獨(dú)立坐標(biāo)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(diǎn)云，計(jì)算鐵塔傾斜度，實(shí)現(xiàn)了鐵塔運(yùn)營(yíng)階段安全監(jiān)測(cè)。

    2地面三維激光掃描儀與塔身獨(dú)立坐標(biāo)系

    2.1掃描儀工作原理簡(jiǎn)介

地面三維激光掃描儀采用儀器內(nèi)部坐標(biāo)系,坐標(biāo)原點(diǎn)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(biāo)點(diǎn)P,激光經(jīng)反射后由儀器內(nèi)部接收器接收,通過(guò)激光發(fā)射和接收時(shí)間差T計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)球面坐標(biāo)P(r,φ,θ),根據(jù)掃描儀球面坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系(公式1),得到被測(cè)點(diǎn)P的儀器內(nèi)部空間直角坐標(biāo)P(X,Y,Z)：

2.2塔身獨(dú)立坐標(biāo)系

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

圖3鐵塔原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖3為建立塔身坐標(biāo)系流程圖。作為鐵塔結(jié)構(gòu)變形重點(diǎn)分析部位,鐵塔地線(xiàn)橫擔(dān)點(diǎn)云數(shù)據(jù)豐富、橫擔(dān)結(jié)構(gòu)幾何關(guān)系明顯;因此定義橫擔(dān)中心為獨(dú)立坐標(biāo)系原點(diǎn),橫擔(dān)中線(xiàn)為塔身坐標(biāo)系X軸,Y軸順電力線(xiàn)路前進(jìn)方向垂直于X軸,Z軸垂直于XY平面。圖4為利用地線(xiàn)橫擔(dān)點(diǎn)云建立的塔身坐標(biāo)系原點(diǎn)與XY軸。