落地抱杆垂直度动态跟踪告警及修正技术分析

姜 斌

（国网重庆市电力公司建设分公司（监理公司），重庆 400000）

落地抱杆垂直度检测采用三维激光扫描技术，有助于提高检测方法的可靠性，需要从垂直度指标角度展开控制，保证抱杆检测过程能够顺利进行。落地抱杆垂直度检测应掌握检测原理，通过原理来掌握检测中的细节，获得精准的落地抱杆点云数据，对抱杆垂直度情况进行拟合，确保垂直度分析结果的准确性，提高动态跟踪告警及修正技术的应用效果。

1 落地抱杆垂直度动态跟踪告警技术

1.1 三维激光扫描技术

落地抱杆垂直度检测需要借助专业化的仪器，采用三维激光扫描仪可实现检测过程，得到精准性较高的检测数据，便于对垂直度情况进行动态跟踪。落地抱杆垂直度在安装过程中进行调整，需要采用动态跟踪的方式，及时对垂直度偏差进行告警，逐步对偏差情况进行调节。三维激光扫描仪属于非接触性仪器，内置有扫描观测系统，能够对抱杆的空间数据进行采集，通过点、线、面构建空间模型，基于轮廓分析落地抱杆垂直度情况，提高抱杆垂直度精准检验效果。动态跟踪告警依赖激光扫描系统的支持，操作形式上分为机载型、手持型、地面型，根据检测对象的要求进行选择。三维激光扫描仪通过坐标对落地抱杆空间数据进行识别，内置有自身坐标系统，使坐标具有相对的参考点[1]。激光扫描仪距离落地抱杆距离为S（m），横向扫描角度为α，纵向扫描角度为θ，激光发射位置为空间坐标原点，则三维激落光脚点坐标P 表示如下

1.2 点云数据采集与处理

通过三维激光扫描可获得落地抱杆的点云数据，需要确保采集方法的规范性，得到精准的三维激光落脚垫坐标，通过坐标形成扫描面模型。激光扫描仪内部自带Cyclone 软件，用于对点云数据进行保存，建立各个点为坐标之间的联系，实现对落地抱杆点云数据的处理。通过点云数据可拟合出中心轴直线，对落地抱杆的垂直情况进行判断，为垂直度的拟合控制提供参考。受到检测环境的影响，点云数据存在噪点的情况，容易造成误差的累积，将凹陷点云进行删除和校正，进而得到完整的点云图像。落地抱杆中心轴线是一条空间直线，以点云数据采集得到的轮廓点为依据，采用最小二乘法拟合出中心轴心的关键点坐标，通过空间直线标准方程可拟合出中心轴直线，具体表示如下

1.3 落地抱杆点云骨架

落地抱杆最终应形成点云骨架的形式，将点云分成基本单元面，便于通过平面方程展开分析，便于对点的变化趋势进行判断，提高垂直度分析的动态告警能力。将点云数据分成m×n 块，基本单元面中的点云命名为“点云ij”，以此来确定点云所在的位置。点云骨架是形成抱杆截面的关键，将点云拟合成平面图形进行处理。基本平面模型表示如下

平面方程的求取关键在于a、b、c 值，通常在联立方程中进行求解，基于实际点云数据得到相应的参数值。联立方程的通用表达形式如下

通过上述求解方式，可综合运用点云骨架的坐标点，为落地抱杆模型的确定提供依据，提高模型构建的精准程度，确保点云骨架空间坐标的利用率[2]。

1.4 点云骨架网的构建

落地抱杆模型最终以点云骨架网的方式进行展现，将骨架点坐标导入到编程软件中，将不同坐标点关联起来，用于对骨架变化趋势进行判断。点云骨架网需要注意拼接过程中的匹配度，对毛噪点、杂点、重复点进行完善，构建精准性较高的立体网状模型，便于掌握落地抱杆透视模型，基于三维空间角度进行分析。通过点云骨架模型可进行多角度观察，实现对骨架结构的精准分析，得到不同角度落地抱杆垂直度情况，有助于垂直度检测中的误差校正，降低偶然误差对检测结果的影响。对于存在垂直度问题的点云骨架，整体立面将会呈现为弯曲状，而且编程软件可自动给出分析结果，将骨架垂直度情况反映出来，通过点云骨架对落地抱杆垂直度进行验证，实现对落地抱杆垂直度的控制。

1.5 垂直度检测原理

落地抱杆垂直度分析需要把控检测原理，可为垂直度控制提供依据，提高垂直度控制的高效性。落地抱杆垂直度计算公式如下

式中：θ 为垂直度，°；S 为抱杆倾斜值，m；H 为抱杆顶部和底部的中心距离，m。垂直度检测围绕中心轴线展开分析，需要确保中心轴线的拟合状态，确保垂直度测量结果的准确性。通过垂直度检测可形成方向向量，在空间直角坐标系中，规定向上为Z 轴正方向，则满足垂直要求的方向向量表示如下

通过这种方式，可沿着垂直方向进行检验，对规定方向的垂直度进行对比，提高垂直度检测方法的可靠性，并且检测方法更易于实现。

中心轴线法检测步骤如下：第一，沿着Z 轴方向对点云进行裁剪，形成若干点云图像，对不同截面的中心点位置进行确定，判断中心轴线拟合后是否为正中心。第二，将每段点云投影成平面模型，按照垂直度控制要求，对平面方程系数进行预设，可采用如下配置形式

第三，确定点云图像的轮廓线，通过点云随机采样得到原始数据，对落地抱杆中心轴线进行拟合，实现轴线分布情况的有效控制。第四，通过直线相交法得到中心点的位置，将不同平面的中心点连接起来，得到中心点拟合的最终轴线。第五，对中心轴线的垂直度进行检测，得到夹角θ 或tanθ 值，对垂直度情况进行判断。其中，夹角θ 越接近于90°或tanθ 越接近于1，说明落地抱杆的垂直度越高[3]。

2 落地抱杆垂直度动态跟踪修正技术

2.1 准备工作

落地抱杆垂直度修正需要进行一定的准备工作，排除外界因素对修复过程的影响，保证动态跟踪修复的有序开展。落地抱杆地基应满足强度要求，防止地基出现沉降的情况，使地基能够承担起底座的重量。地基地耐力不能低于0.3 MPa，否则将会影响到对抱杆的承载力，导致抱杆无法进行规范使用，不利于垂直度方面的控制。地基环境需要进行加固处理，采用碎石对地基进行填充，提高地基的密实程度。落地抱杆底座规格为3.5 m×3.5 m，确保底座与地基稳定接触，防止修正过程中垂直度受到影响，防止底座在抱杆安装过程发生偏移。为了保证动态跟踪修正的精度控制效果，需要确保抱杆底座的稳定性，构建抱杆垂直度修正的前提条件。

2.2 分段修正

落地抱杆高度较高，可采用分段修正的方式，如每20～25 m 作为一个分段，逐步进行安装且做好校验工作，实现抱杆垂直度的严格控制。分段修正过程中，采用三维激光扫描仪进行检测，对抱杆垂直度情况进行检验，便于提出合理性的修正方法。落地抱杆垂直度存在着误差累积的情况，每个阶段修正后误差不能超过1%，否则随着抱杆安装过程的进行，倾斜情况将逐渐增大，不利于抱杆垂直度的控制。抱杆修正的难度较大，需要注重辅助抱杆的使用，将抱杆倒装架进行就位，通过两侧摇臂对垂直度情况进行调节，使分段修正处于易于调控的状态。抱杆修正过程应设置内拉线，对抱杆进行进一步的固定，确保抱杆整体的稳固性。抱杆组装过程中，初始挠度应控制在1%以下，内拉线垂直夹角不低于20°，对抱杆的重心位置进行加固，使抱杆能够得到有效固定[4]。

2.3 平衡受力

落地抱杆垂直度修正过程中，需要注重两侧的平衡受力，将抱杆受力控制在额定载荷下，使其处于受力平衡状态。通常情况下，抱杆平衡状态一般在垂直度为90°时，有着良好的受力作用，属于抱杆平衡控制的理想状态。平衡受力是垂直度修正的关键，通过受力控制对平衡度进行调节，使抱杆垂直度修正更具有实际意义。落地抱杆垂直度修正过程中，需要考虑到整体偏差的影响，一般第1 段和第2 段对偏差的影响较大，需要通过三维激光扫描进行分析，确保垂直度情况能够趋于平缓，将垂直度绝对差异控制在0.5‰以内。垂直度跟踪修正适合采用动态跟踪形式，便于将偏移量、高差、垂直度进行对比，对垂直度的变化趋势进行验证。在落地抱杆长度不变的情况下，偏移量和高差均会对垂直度造成影响，具体影响情况可根据勾股定理展开分析。

式中：L 为抱杆长度，m；ΔX 为偏移量，m；H 为高差，m。随着偏移量的增加，高差将会逐渐降低，垂直度将会逐渐减少，导致抱杆偏离垂直方向[5]。由此可见，落地抱杆垂直度修复关键为偏移量的调整，偏移量越接近于0，垂直度越接近于90°，抱杆的平衡受力情况将越稳定，进而实现抱杆垂直度的有效修正。

3 落地抱杆垂直度检测及修正实例分析

3.1 工程概况

以某铁塔抱杆项目为例，全高85.4 m，总重量152 t，需要对落地抱杆进行安装，使抱杆满足组装参数要求。落地抱杆施工采用先组装倒装架的方式，采用液压顶生方式将1 200 mm×1 200 mm 抱杆顶升至40 m，在四周设置4 条拉线，满足抱杆对受力的需求。落地抱杆不同工况参数情况见表1。

表1 落地抱杆工况参数表

3.2 检测思路

落地抱杆垂直度采用地面三维激光扫描仪进行检验，最大检测范围在90～300 m 之间，提高抱杆的精度控制水平。本工程采用Z+F5010C 三维激光检测仪，扫描精度为0.1 mm，满足本工程的检测要求。激光扫描仪主要参数见表2。通过扫描仪可对垂直度偏移量情况进行控制，本工程采用动态跟踪告警检测方式，组装过程中进行分段检测，确保偏差情况能够得到及时校正，防止抱杆施工产生连续偏差[6]。

3.3 垂直修正

落地抱杆注重高度范围的把控，不易采用整体检测方式，适合采用分段检测方式，便于对垂直度情况进行分析，确保垂直度修正方法的有效性。结合落地抱杆的高度情况，可将抱杆分成4 段展开检测，分别为0～25、25～50、50～75 和75～85.4 m，实现抱杆垂直度的分阶段校正。三维激光扫描测量结果见表3。由表3 中数据可知，各个阶段垂直度修正情况良好，落地抱杆有着垂直度方面的要求，分段校正方法发挥了主要作用，使落地抱杆处于相对垂直状态。

表3 三维激光扫描测量结果

3.4 中心轴线拟合

中心轴线拟合是分析落地抱杆整体垂直度情况的关键，经过激光三维扫描仪分析后，可得到拟合后的中心轴线方向向量，具体表示如下

可得到中心轴线与垂直方向的夹角θ=arctan（0.73×10-3），基于DL/T 319—2010《架空输电线路施工抱杆通用技术条件及试验方法》要求，需要将tanθ 控制在1/1 000 以内，使抱杆倾斜度控制能够满足要求。通过与标准对比可知，tanθ=0.73×10-3＜1×10-3，说明落地抱杆的垂直度符合标准规定，杆塔抱杆项目达到合格范围标准。

3.5 操作注意事项

在操作过程中，为了充分发挥各项技术的效能，获取更加准确的结果，为施工控制工作提供更有价值的参考，应当确保各个技术环节操作的准确性，而操作者作为检测技术实施的主要操作者，专业水平和规范操作意识决定着垂直度检测的效果，因此，在检测操作过程中，需注重对操作者的培训，并提前做好检测操作安排，同时也要尽量委派操作经验丰富、规范意识较强的工作者进行实际的检测操作，降低人的因素对检测效果的影响，提高检测结果质量。此外，配套的设备作为检测工作开展的要素之一，其性能状态会在很大程度上对检测效果产生影响。所以，在检测工作开展过程中，应当注意，需提前做好设备的性能检测工作，并根据实际情况和需求做好设备调试，同时，也要严格按照现行的规范、规程进行设备的使用，以免对设备造成损坏，影响检测效果。在此过程中，也要注意优化设备的日常养护工作，并严格按照现行的规程进行设备的调试和保养，记录好设备的状态，同时，也要注意做好设备的故障预案，根据设备的现状和作业条件，提前编写好设备的故障应急处理方案，以便更好地控制设备因素对检测结果的影响。总体来说，在检测工作中，除了要重视技术方面的因素，也要关注人、设备方面的因素，提前设计检测工作方案，并结合实践经验，规避各类影响因素，以保证检测工作的效果，提升检测工作水平。为此，在检测工作方面，可以加强对事前准备、事中控制、事后总结工作的重视，并在检测之前做好预案，在检测操作时做好技术操作的规范管理，待检测完毕后，及时总结技术的落实情况，由此准确识别和优化技术操作中的不足，让垂直检测技术能够得到更好的发挥，持续提升检测结果对施工控制的参考价值，增强垂直度检测工作的落实效果。

4 结论

综上所述，落地抱杆垂直度检测非常必要，需要合理对检测方法进行应用，常用方法为三维激光扫描法，将垂直度检测系统应用其中，提高对抱杆垂直度的动态跟踪能力，针对垂直度不足的情况进行告警，实现垂直度检测的有效验证。垂直度检测为落地抱杆施工控制提供依据，结合当前的施工状态进行调整，对三维点云数据、多方位垂直度分析等技术进行应用，使垂直度判断具有良好的精度，形成高效化的抱杆垂直度跟踪方式，确保垂直度检测技术的应用水平。