浅谈天宝TX8三维激光扫描仪在风电厂风机塔筒垂直度监测中的应用

苏宗跃，赵晋睿，王玲玲，刘　淮

(1. 河北九华勘查测绘有限责任公司，河北 保定 071000； 2. 中国石油新疆油田勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000； 3. 中国石油新疆油田公司数据公司，新疆 克拉玛依 834000)



天宝测绘解决方案专栏

浅谈天宝TX8三维激光扫描仪在风电厂风机塔筒垂直度监测中的应用

苏宗跃1，赵晋睿1，王玲玲2，刘淮3

(1. 河北九华勘查测绘有限责任公司，河北 保定 071000； 2. 中国石油新疆油田勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000； 3. 中国石油新疆油田公司数据公司，新疆 克拉玛依 834000)

风电塔的维护检测是风电场管理的一项重要工作。风机塔筒一般为高65 m的圆柱形钢结构，表面微小凹坑也可能导致塔筒局部弯曲；运行过程中会发生由上至下的“香蕉型”倾斜；另外长期往复的循环载荷也有可能造成地基变松、塔身倾斜，进而对风电机的运行造成损害。通常对风电塔外形的检测主要采用全站仪进行测量，费时费力。

本文利用天宝TX8三维激光扫描仪，对风机塔筒实施三维数据采集，建立高精度三维立体模型，并将整个风电场所有风机塔位的垂直度偏移量进行汇总制图和制表，准确监测风机塔筒的倾斜程度；以对某风电厂中风机塔筒进行扫描所得数据为例进行分析，以论证三维激光扫描仪对风电塔筒垂直度在不同高度处变化的监测应用。

一、扫描方案设计及数据采集

本次外业数据采集使用目标球作为标靶，达到获取完整高精度塔筒数据的目的。扫描仪在风塔机组周围，有必要架设多站以获取完整数据。数据处理阶段利用天宝自主研发的Trimble RealWorks(简称TRW)软件即可实现点云处理、数据分析、结果分析的工作。试验流程如图1所示。

图1　试验流程

三维激光扫描外业实施数据采集如下：①测量设备：Trimble TX8三维激光扫描仪；②测站数：6站；③拼接方式：基于目标球(靶标)的点云拼接；④拼接精度：1.8 mm；⑤外业时间：40 min。

二、实测数据处理

TX8扫描数据直接存储为Trimble RealWorks可识别的标准工程文件(由RWI测站文件夹和RWP快捷方式组成的文件)，从高速存储优盘(USB 3.0)中将扫描工程文件拷贝到工作站中，双击RWP快捷方式打开工程文件。文件第一次打开时，会进入配准模块，首先保存工程，在配准菜单下选择“自动提取目标并配准”一键操作，等待配准完成。自动配准结束并生成配准报告。如图2所示。

图2　配准报告

TRW10.0的分析与建模模块将塔筒点云分割出来，将塔筒从最底部开始每隔5 m高度裁出厚0.01 m的点云切片，并拟合切片中心连接得出中轴线，穿过底面圆柱体中心点得出中垂线(基准线)。如图3所示。

图3　采集全部数据和剔除后点云

三、结果分析

得出风机塔筒中轴线与中垂线后，以同样高度间隔采样测量，得到采样点的中轴线与中垂线水平偏移量。即根据扫描数据拟合的中轴线，与中垂线作对比，得出中轴线水平偏移量表。

将水平偏移量测量值输出，绘制图表如图4所示，分析结果得知，水平偏移量随高度大致成正比例增长。

图5(a)为风机塔筒顶部视图，每个测量点相对底面中心点的平移方向。图5(b)中顶部视图风叶和塔筒偏移方向，箭头表示水平位移趋向。分析结果得知：塔筒水平偏移距离随高度增长，水平偏移最大距离为0.35 m，且塔筒偏移方向为顺风方向。

四、结束语

三维激光扫描结果可以用来验证实际建成结构的几何缺陷及倾斜状态等信息，并可进一步基于三维激光扫描技术开发其他风电塔检测项目，如对塔筒三维数据与设计图纸的对比，进行不同高度处半径设计值对比等。

图4　中轴线水平偏移量随高度的变化情况

图5　中轴线水平偏移量顶视图

(本专栏由天宝测量部和本刊编辑部共同主办)