國(guó)家對(duì)電力的需求呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的姿態(tài)，因此，我國(guó)對(duì)電網(wǎng)線路建設(shè)的需求也越來(lái)越迫切。

變電站和輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往非常復(fù)雜，所處的工作環(huán)境也較為危險(xiǎn)，如果使用傳統(tǒng)測(cè)量手段來(lái)建立完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息是非常困難的。

三維激光掃描系統(tǒng)是空間點(diǎn)陣掃描技術(shù)和激光無(wú)反射棱鏡長(zhǎng)距離快速測(cè)距技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一項(xiàng)新測(cè)繪技術(shù)，三維掃描克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的局限性，可采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的后處理軟件操作，可以精確而完整地測(cè)量電網(wǎng)中輸電系統(tǒng)和變電站的數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的三維模型，從而可以使得測(cè)繪技術(shù)人員突破傳統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)挖掘和開(kāi)發(fā)研究。

本文中，滬小敖借著工程師近期在輸電系統(tǒng)中的電塔測(cè)量案例，以及變電站三維建模的數(shù)據(jù)做一個(gè)三維掃描在電網(wǎng)中的應(yīng)用概述。

01 三維掃描在電網(wǎng)電塔中的應(yīng)用

1.1 電力系統(tǒng)模型的提供 

架空輸電線路是國(guó)家主干電網(wǎng)的重要組成部分，是一項(xiàng)重要的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái)，伴隨著我國(guó)電力發(fā)展步伐不斷加快，電網(wǎng)也得到迅速發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓等級(jí)不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，基本形成了完整的輸電電網(wǎng)網(wǎng)架。

高壓電塔作為輸電線路的重要組成部分，對(duì)帶電導(dǎo)線起到機(jī)械支撐作用，實(shí)現(xiàn)電力資源的遠(yuǎn)距離大范圍調(diào)配，高壓電塔的安全與否直接關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行，于此相對(duì)應(yīng)的，輸電線路故障會(huì)給人們的日常生產(chǎn)生活和國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失。因此，為了防止和杜絕電網(wǎng)安全事故的發(fā)生，電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)部門每年都需要投入大量人力、物力對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢以及時(shí)消除隱患防患于未然， 由此帶來(lái)的管理要求也不斷上升。

我們希望，通過(guò)三維可視化技術(shù)，可以再現(xiàn)電力系統(tǒng)的真實(shí)情況，把所有管理對(duì)象都置于一個(gè)真實(shí)的三維世界中，使管理者通過(guò)電腦就可以如臨現(xiàn)場(chǎng)一樣瀏覽全線，掌握電網(wǎng)實(shí)際情況，從而支持各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)管理工作。

本案例中，我們使用Trimble 天寶TX8地面三維激光掃描儀對(duì)電塔進(jìn)行掃描采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)（使用SX10 影像掃描儀進(jìn)行影像拍攝）將采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為后續(xù)的三維可視化平臺(tái)的數(shù)據(jù)應(yīng)用模型的素材，模型三維展示效果好，細(xì)化程度高，具有較高的應(yīng)用性。

歡迎點(diǎn)擊上圖查看TX8詳細(xì)參數(shù)

歡迎點(diǎn)擊上圖查看SX12詳細(xì)參數(shù)

高壓電塔具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼架細(xì)長(zhǎng)，海拔高的特點(diǎn)，三維數(shù)據(jù)獲取難度大。TX8獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)可以在這些條件下獲取比較理想的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

TX8現(xiàn)場(chǎng)工作照片

TX8掃描距離可達(dá)到340米，憑借天寶Lightning閃電技術(shù)，在其整個(gè)測(cè)程范圍內(nèi)，TX8都可以每秒1百萬(wàn)個(gè)精確激光點(diǎn)的速度獲取數(shù)據(jù)，天寶的Lightning技術(shù)很少受到表面類型和大氣條件變化的影響，所以可以從每個(gè)測(cè)站中獲得完整性的數(shù)據(jù)集。TX8集成內(nèi)置相機(jī)，僅需2分鐘時(shí)間獲取全景HDR圖像，用于生成彩色掃描。

借助天寶SX10拍攝的影像

TX8獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)

可以借此進(jìn)行任意角度、距離的精確測(cè)繪或標(biāo)準(zhǔn)模型的重建

TX8三維掃描儀與點(diǎn)云處理軟件Trimble Realworks無(wú)縫銜接，Trimble Realworks強(qiáng)大且全面的功能使得“為客戶提供完整的三維掃描解決方案”變得容易起來(lái)。

借助Trimble Realworks軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類處理

借助Trimble Realworks軟件提取線路矢量數(shù)據(jù)

1.2 電塔（高壓線塔）變形監(jiān)測(cè) 

電塔（高壓線塔）是高壓輸電線路中與地面直接接觸的構(gòu)筑物， 不可避免的地表移動(dòng)、變形將危及線塔構(gòu)件的健康， 嚴(yán)重的甚至?xí)痣娏Α⑼ㄐ胖袛啵?從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失， 因此對(duì)高壓線塔進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)具有重要意義。

使用三維激光掃描技術(shù)在高壓線塔變形監(jiān)測(cè)中進(jìn)行應(yīng)用， 克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段的不足，我們通過(guò)實(shí)地采集高壓線塔點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析，按照數(shù)據(jù)處理流程，可計(jì)算不同時(shí)期塔腿棱線各分段的直線方程并計(jì)算各分段間的夾角分析塔腿偏移角度及方向，從而為電塔的監(jiān)測(cè)作出良好的技術(shù)支撐。

02變電站三維模型的建立

2.1 為改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

變電站建筑物本體的復(fù)雜性及其電力、電氣、土建、暖通、給排水等專業(yè)系統(tǒng)、設(shè)備所具有的專業(yè)特征看，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于建筑行業(yè)。

隨著老舊變電站的負(fù)荷及全壽命周期的限制，越來(lái)越多的老舊變電站面臨擴(kuò)建改造的問(wèn)題。然而變電站不可能因?yàn)閿U(kuò)建改造測(cè)量而停止運(yùn)行，所以采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法具有很大的危險(xiǎn)性及其地物不完整性。

而且其小型化、集成化特點(diǎn)，使得利用三維數(shù)字技術(shù)對(duì)空間進(jìn)行細(xì)致布局，梳理多專業(yè)間的精密配合關(guān)系，是非常必要的

本項(xiàng)目中，我們使用Trimble 天寶X7設(shè)備進(jìn)行掃描。

歡迎點(diǎn)擊上圖查看X7詳細(xì)參數(shù)

X7作為天寶（Trimble）公司旗下最新的便攜三維激光掃描設(shè)備，具有帶有組合的伺服驅(qū)動(dòng)器、掃描鏡，集成的HDR成像，自動(dòng)校準(zhǔn)，自動(dòng)配準(zhǔn)，測(cè)繪等級(jí)自動(dòng)整平和激光指示器等特點(diǎn)。

變電站三維數(shù)字點(diǎn)云模型

三維數(shù)字點(diǎn)云模型將變電站“搬”入計(jì)算機(jī)，清晰準(zhǔn)確地記錄了構(gòu)筑物的形狀及構(gòu)筑物之間的空間位置關(guān)系，毫米級(jí)的精度滿足測(cè)繪需求。

通過(guò)利用三維激光掃描儀獲取的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)（包括點(diǎn)云模型、地形圖、三維參數(shù)化模型、剖面圖等），可以建立變電站三維仿真模型，在三維環(huán)境下布置電氣設(shè)備及導(dǎo)體、建（構(gòu)）筑物等，其三維直觀可視性將顯著提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，為變電站的改建改造提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 為變電站三維數(shù)字智能管理平臺(tái)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

三維數(shù)字點(diǎn)云模型可以導(dǎo)入3Ds MAX或其它三維軟件進(jìn)行建模與紋理貼圖.

點(diǎn)云位置與MAX模型基本一致

MAX模型局部

三維模型渲染視圖

三維激光掃描技術(shù)很好地解決了傳統(tǒng)測(cè)繪在變電站測(cè)量工作中的難點(diǎn)，不僅保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量，而且還大大提高了作業(yè)效率，在非接觸測(cè)量方式保證安全生產(chǎn)的同時(shí)，節(jié)省了大量的人力、時(shí)間成本。在“萬(wàn)物數(shù)字智能化”的大背景下，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用會(huì)逐漸普及，將為變電站等電力系統(tǒng)設(shè)施的三維模型建立提供越來(lái)越完善的解決方案。

03小結(jié)

滬敖3D是一家致力于三維數(shù)字化行業(yè)解決方案的技術(shù)型企業(yè)，擁有豐富的三維項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，公司以行業(yè)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，為客戶提供三維數(shù)字化采集、三維數(shù)據(jù)處理、三維數(shù)據(jù)管理等一系列應(yīng)用服務(wù)。

滬敖3D擁有結(jié)構(gòu)光拍照式三維掃描儀、手持三維掃描儀（大小空間）、地面三維激光掃描儀、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量、3D打印等多種技術(shù)手段，從幾厘米到幾百米的物體或三維空間，從幾個(gè)微米到幾個(gè)厘米的精度，滬敖均可提供涵蓋軟硬件產(chǎn)品和項(xiàng)目服務(wù)的完整解決方案。

滬敖3D目前主要服務(wù)于制造業(yè)（汽車、航空航天、船舶、模具、鑄造以及各種機(jī)械）、建筑業(yè)（建筑設(shè)計(jì)、施工、裝修等）、文化遺產(chǎn)（博物館、古建筑、考古等）、數(shù)字化工廠、警用公共安全、影視制作、教育等行業(yè)。提供質(zhì)量檢測(cè)、三維建模、逆向工程、數(shù)字存檔、GD/T分析、有限元分析、虛擬安裝、干涉分析、工程測(cè)繪、形變監(jiān)測(cè)、3D打印等技術(shù)方案。