三维激光扫描技术在装配式架线施工中的应用

景维立(北京麦格天渱科技发展有限公司，北京 100043)

在送变电施工工程中，架线施工是非常重要的一个环节，传统方式一般采用经纬仪观测弧垂的方式，这种方式非常耗时，当输电导线跨越高速或高铁时，因为施工窗口期非常短，必须在有限的时间内快速精确地将设计的导线加到目标铁塔上，所以传统观测弧垂的施工工艺并不适合这种情况。基于这种现状，装配式架线应运而生，即事先按设计规定的弛度计算出两挂线点间悬线长度，并考虑耐张绝缘子串长度、重量及垂直二联板倾斜等因素对线长的影响后，计算出断线线长，在地面上张力拉伸出导线，量取导线长度后切断导线，压接耐张线夹，最后将耐张线夹安装到金具串上并对弛度进行微调。该工艺相对于传统弧垂观测法省去了紧线、高空压接等环节，提高了劳动效率，目前装配式架线一般采用的方式是全站仪测距法，需要将两块棱镜分别放到相邻两塔对应挂线点处，用全站仪观测出两挂线点水平距离与高差，该方式虽然精度高，但是安装与拆装棱镜时需要上塔，也存在安全风险。为了更加安全高效地施工，本文结合国网内蒙古锡盟至胜利1000 kV高压输电工程实际项目，利用天宝SX10影像扫描仪，并结合经过验证的全站仪(天宝S9)棱镜测量模式进行对比分析，探索研究基于三维激光扫描这种非接触测量实景重建技术在装配式架线施工中的应用。

1 研究区域概况

锡盟至胜利1000 kV特高压交流输变电工程位于内蒙古锡林郭勒盟境内，线路总长度2240 km。本次研究区域位于锡林浩特市南十几千米处(如图1所示)，62至65号铁塔，选取上横担其中一根导线进行试验，铁塔平均挡距大于500 m，其中63与64号塔之间跨越一条在建高速公路。

图1 铁塔分布示意图

2 测量实施方案

2.1 悬链线扫描

在施工区域建立独立施工控制网，控制点布设在线路两侧、相邻两塔中间，距离相邻两塔距离大致相等，以便于观测。输电导线从张力场牵引出来到达63号塔时，快速将天宝SX10分别架设在张力场—62之间和62—63之间，分别扫描两段悬链线，采用选择区域精确扫描可以在5 min之内完成扫描测量，效率提高。扫描设站扫描方式如图2所示。

图2 外业扫描示意图

2.2 挂点测量

虽然扫描测量可以重建出悬链线模型，但是62、63号塔的挂点无法从点云中精准识别，需要利用SX10的高分辨率望远镜配合进行免棱镜测量，通过望远镜精确定位到挂点位置，同时采用免棱镜功能测量出来。

此外，张力机放线时会粗略算出放出的输电导线长度，在放出大致长度的终点位置做上标记，并用SX10观测出坐标，且保存为截断前预估挂点，用于计算并放样真实断点坐标(如图3所示)。

图3 SX10望远镜下的挂点位置

3 悬链线长度计算

3.1 拟合悬链线

根据SX10测量的点云数据在其控制器T10平板电脑上实时显示，测量完成后，直接在T10平板上启动Trimble RealWorks软件，将测量的点云数据打开，通过软件中的悬链线拟合工具，将点云拟合成悬链线模型，从而计算出悬链线长度(张力机—62、62—63)，如图4所示。

图4 TrimbleRealworks拟合悬链线

3.2 断点坐标计算与放样

悬链线模型拟合出来后，需要计算出断点坐标，并将断点在输电导线上放样出来，切断导线，最后压接耐张线夹完成架线。断点坐标的计算没有成熟的模块，需要进行二次开发，笔者根据SX10控制软件Trimble Access(简称TA)提供的二次开发接口TASDK成功开发出断点计算功能，将悬链线模型导入到开发的TA插件中，输入截取的长度，可以自动计算出断点坐标，然后通过SX10的放样功能可以非常轻松地将断点坐标放样到输电导线上，如图5、图6所示。

图5 TA中二次开发的断点坐标计算工具

图6 断点放样示意图

4 精度验证与竣工扫描

利用三维激光扫描技术测量完成后，使用0.5″高精度全站仪天宝S9棱镜进行悬链线测量，与设计长度对比进行精度验证，结果见表1。

表1 精度对比

根据本项目施工要求，长度相对误差满足5/10 000即可，从数据结果看，可以满足精度。在实际工作中，竣工精度受多种复杂因素影响，况且扫描作业方式是拟合悬链线形状，消除了气温、拉力、弹性模量等变量因素的影响，本文从简考虑。现场扫描点云全图如图7所示。

图7 竣工扫描数据

5 结 语

本文利用地面激光扫描仪以及结合传统全站仪棱镜测量方式进行对比试验，对装配式架线施工进行应用研究。试验证明，三维激光扫描仪获取点云数据速度快、精度高、完整性好，非接触测量更加安全，数据处理流程简单，同时结合工作流程进行二次开发，使整个装配式架线施工过程在满足精度要求下顺利完成，可以取代全站仪+棱镜这种有安全隐患的测量方式，让装配式架线施工更加安全高效。

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