落地抱桿垂直度動(dòng)態(tài)跟蹤告警及修正技術(shù)分析

姜 斌

（國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司建設(shè)分公司（監(jiān)理公司），重慶 400000）

落地抱桿垂直度檢測(cè)采用三維激光掃描技術(shù)，有助于提高檢測(cè)方法的可靠性，需要從垂直度指標(biāo)角度展開(kāi)控制，保證抱桿檢測(cè)過(guò)程能夠順利進(jìn)行。落地抱桿垂直度檢測(cè)應(yīng)掌握檢測(cè)原理，通過(guò)原理來(lái)掌握檢測(cè)中的細(xì)節(jié)，獲得精準(zhǔn)的落地抱桿點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)抱桿垂直度情況進(jìn)行擬合，確保垂直度分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高動(dòng)態(tài)跟蹤告警及修正技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 落地抱桿垂直度動(dòng)態(tài)跟蹤告警技術(shù)

1.1 三維激光掃描技術(shù)

落地抱桿垂直度檢測(cè)需要借助專(zhuān)業(yè)化的儀器，采用三維激光掃描儀可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程，得到精準(zhǔn)性較高的檢測(cè)數(shù)據(jù)，便于對(duì)垂直度情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。落地抱桿垂直度在安裝過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整，需要采用動(dòng)態(tài)跟蹤的方式，及時(shí)對(duì)垂直度偏差進(jìn)行告警，逐步對(duì)偏差情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。三維激光掃描儀屬于非接觸性?xún)x器，內(nèi)置有掃描觀測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)ΡU的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)點(diǎn)、線、面構(gòu)建空間模型，基于輪廓分析落地抱桿垂直度情況，提高抱桿垂直度精準(zhǔn)檢驗(yàn)效果。動(dòng)態(tài)跟蹤告警依賴(lài)激光掃描系統(tǒng)的支持，操作形式上分為機(jī)載型、手持型、地面型，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的要求進(jìn)行選擇。三維激光掃描儀通過(guò)坐標(biāo)對(duì)落地抱桿空間數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，內(nèi)置有自身坐標(biāo)系統(tǒng)，使坐標(biāo)具有相對(duì)的參考點(diǎn)[1]。激光掃描儀距離落地抱桿距離為S（m），橫向掃描角度為α，縱向掃描角度為θ，激光發(fā)射位置為空間坐標(biāo)原點(diǎn)，則三維激落光腳點(diǎn)坐標(biāo)P 表示如下

1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與處理

通過(guò)三維激光掃描可獲得落地抱桿的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要確保采集方法的規(guī)范性，得到精準(zhǔn)的三維激光落腳墊坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)形成掃描面模型。激光掃描儀內(nèi)部自帶Cyclone 軟件，用于對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，建立各個(gè)點(diǎn)為坐標(biāo)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)落地抱桿點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理。通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)可擬合出中心軸直線，對(duì)落地抱桿的垂直情況進(jìn)行判斷，為垂直度的擬合控制提供參考。受到檢測(cè)環(huán)境的影響，點(diǎn)云數(shù)據(jù)存在噪點(diǎn)的情況，容易造成誤差的累積，將凹陷點(diǎn)云進(jìn)行刪除和校正，進(jìn)而得到完整的點(diǎn)云圖像。落地抱桿中心軸線是一條空間直線，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集得到的輪廓點(diǎn)為依據(jù)，采用最小二乘法擬合出中心軸心的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)空間直線標(biāo)準(zhǔn)方程可擬合出中心軸直線，具體表示如下

1.3 落地抱桿點(diǎn)云骨架

落地抱桿最終應(yīng)形成點(diǎn)云骨架的形式，將點(diǎn)云分成基本單元面，便于通過(guò)平面方程展開(kāi)分析，便于對(duì)點(diǎn)的變化趨勢(shì)進(jìn)行判斷，提高垂直度分析的動(dòng)態(tài)告警能力。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成m×n 塊，基本單元面中的點(diǎn)云命名為“點(diǎn)云ij”，以此來(lái)確定點(diǎn)云所在的位置。點(diǎn)云骨架是形成抱桿截面的關(guān)鍵，將點(diǎn)云擬合成平面圖形進(jìn)行處理?；酒矫婺Ｐ捅硎救缦?/p>

平面方程的求取關(guān)鍵在于a、b、c 值，通常在聯(lián)立方程中進(jìn)行求解，基于實(shí)際點(diǎn)云數(shù)據(jù)得到相應(yīng)的參數(shù)值。聯(lián)立方程的通用表達(dá)形式如下

通過(guò)上述求解方式，可綜合運(yùn)用點(diǎn)云骨架的坐標(biāo)點(diǎn)，為落地抱桿模型的確定提供依據(jù)，提高模型構(gòu)建的精準(zhǔn)程度，確保點(diǎn)云骨架空間坐標(biāo)的利用率[2]。

1.4 點(diǎn)云骨架網(wǎng)的構(gòu)建

落地抱桿模型最終以點(diǎn)云骨架網(wǎng)的方式進(jìn)行展現(xiàn)，將骨架點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入到編程軟件中，將不同坐標(biāo)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來(lái)，用于對(duì)骨架變化趨勢(shì)進(jìn)行判斷。點(diǎn)云骨架網(wǎng)需要注意拼接過(guò)程中的匹配度，對(duì)毛噪點(diǎn)、雜點(diǎn)、重復(fù)點(diǎn)進(jìn)行完善，構(gòu)建精準(zhǔn)性較高的立體網(wǎng)狀模型，便于掌握落地抱桿透視模型，基于三維空間角度進(jìn)行分析。通過(guò)點(diǎn)云骨架模型可進(jìn)行多角度觀察，實(shí)現(xiàn)對(duì)骨架結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)分析，得到不同角度落地抱桿垂直度情況，有助于垂直度檢測(cè)中的誤差校正，降低偶然誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。對(duì)于存在垂直度問(wèn)題的點(diǎn)云骨架，整體立面將會(huì)呈現(xiàn)為彎曲狀，而且編程軟件可自動(dòng)給出分析結(jié)果，將骨架垂直度情況反映出來(lái)，通過(guò)點(diǎn)云骨架對(duì)落地抱桿垂直度進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)落地抱桿垂直度的控制。

1.5 垂直度檢測(cè)原理

落地抱桿垂直度分析需要把控檢測(cè)原理，可為垂直度控制提供依據(jù)，提高垂直度控制的高效性。落地抱桿垂直度計(jì)算公式如下

式中：θ 為垂直度，°；S 為抱桿傾斜值，m；H 為抱桿頂部和底部的中心距離，m。垂直度檢測(cè)圍繞中心軸線展開(kāi)分析，需要確保中心軸線的擬合狀態(tài)，確保垂直度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)垂直度檢測(cè)可形成方向向量，在空間直角坐標(biāo)系中，規(guī)定向上為Z 軸正方向，則滿足垂直要求的方向向量表示如下

通過(guò)這種方式，可沿著垂直方向進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)規(guī)定方向的垂直度進(jìn)行對(duì)比，提高垂直度檢測(cè)方法的可靠性，并且檢測(cè)方法更易于實(shí)現(xiàn)。

中心軸線法檢測(cè)步驟如下：第一，沿著Z 軸方向?qū)c(diǎn)云進(jìn)行裁剪，形成若干點(diǎn)云圖像，對(duì)不同截面的中心點(diǎn)位置進(jìn)行確定，判斷中心軸線擬合后是否為正中心。第二，將每段點(diǎn)云投影成平面模型，按照垂直度控制要求，對(duì)平面方程系數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，可采用如下配置形式

第三，確定點(diǎn)云圖像的輪廓線，通過(guò)點(diǎn)云隨機(jī)采樣得到原始數(shù)據(jù)，對(duì)落地抱桿中心軸線進(jìn)行擬合，實(shí)現(xiàn)軸線分布情況的有效控制。第四，通過(guò)直線相交法得到中心點(diǎn)的位置，將不同平面的中心點(diǎn)連接起來(lái)，得到中心點(diǎn)擬合的最終軸線。第五，對(duì)中心軸線的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，得到夾角θ 或tanθ 值，對(duì)垂直度情況進(jìn)行判斷。其中，夾角θ 越接近于90°或tanθ 越接近于1，說(shuō)明落地抱桿的垂直度越高[3]。

2 落地抱桿垂直度動(dòng)態(tài)跟蹤修正技術(shù)

2.1 準(zhǔn)備工作

落地抱桿垂直度修正需要進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作，排除外界因素對(duì)修復(fù)過(guò)程的影響，保證動(dòng)態(tài)跟蹤修復(fù)的有序開(kāi)展。落地抱桿地基應(yīng)滿足強(qiáng)度要求，防止地基出現(xiàn)沉降的情況，使地基能夠承擔(dān)起底座的重量。地基地耐力不能低于0.3 MPa，否則將會(huì)影響到對(duì)抱桿的承載力，導(dǎo)致抱桿無(wú)法進(jìn)行規(guī)范使用，不利于垂直度方面的控制。地基環(huán)境需要進(jìn)行加固處理，采用碎石對(duì)地基進(jìn)行填充，提高地基的密實(shí)程度。落地抱桿底座規(guī)格為3.5 m×3.5 m，確保底座與地基穩(wěn)定接觸，防止修正過(guò)程中垂直度受到影響，防止底座在抱桿安裝過(guò)程發(fā)生偏移。為了保證動(dòng)態(tài)跟蹤修正的精度控制效果，需要確保抱桿底座的穩(wěn)定性，構(gòu)建抱桿垂直度修正的前提條件。

2.2 分段修正

落地抱桿高度較高，可采用分段修正的方式，如每20～25 m 作為一個(gè)分段，逐步進(jìn)行安裝且做好校驗(yàn)工作，實(shí)現(xiàn)抱桿垂直度的嚴(yán)格控制。分段修正過(guò)程中，采用三維激光掃描儀進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)抱桿垂直度情況進(jìn)行檢驗(yàn)，便于提出合理性的修正方法。落地抱桿垂直度存在著誤差累積的情況，每個(gè)階段修正后誤差不能超過(guò)1%，否則隨著抱桿安裝過(guò)程的進(jìn)行，傾斜情況將逐漸增大，不利于抱桿垂直度的控制。抱桿修正的難度較大，需要注重輔助抱桿的使用，將抱桿倒裝架進(jìn)行就位，通過(guò)兩側(cè)搖臂對(duì)垂直度情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，使分段修正處于易于調(diào)控的狀態(tài)。抱桿修正過(guò)程應(yīng)設(shè)置內(nèi)拉線，對(duì)抱桿進(jìn)行進(jìn)一步的固定，確保抱桿整體的穩(wěn)固性。抱桿組裝過(guò)程中，初始撓度應(yīng)控制在1%以下，內(nèi)拉線垂直夾角不低于20°，對(duì)抱桿的重心位置進(jìn)行加固，使抱桿能夠得到有效固定[4]。

2.3 平衡受力

落地抱桿垂直度修正過(guò)程中，需要注重兩側(cè)的平衡受力，將抱桿受力控制在額定載荷下，使其處于受力平衡狀態(tài)。通常情況下，抱桿平衡狀態(tài)一般在垂直度為90°時(shí)，有著良好的受力作用，屬于抱桿平衡控制的理想狀態(tài)。平衡受力是垂直度修正的關(guān)鍵，通過(guò)受力控制對(duì)平衡度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使抱桿垂直度修正更具有實(shí)際意義。落地抱桿垂直度修正過(guò)程中，需要考慮到整體偏差的影響，一般第1 段和第2 段對(duì)偏差的影響較大，需要通過(guò)三維激光掃描進(jìn)行分析，確保垂直度情況能夠趨于平緩，將垂直度絕對(duì)差異控制在0.5‰以?xún)?nèi)。垂直度跟蹤修正適合采用動(dòng)態(tài)跟蹤形式，便于將偏移量、高差、垂直度進(jìn)行對(duì)比，對(duì)垂直度的變化趨勢(shì)進(jìn)行驗(yàn)證。在落地抱桿長(zhǎng)度不變的情況下，偏移量和高差均會(huì)對(duì)垂直度造成影響，具體影響情況可根據(jù)勾股定理展開(kāi)分析。

式中：L 為抱桿長(zhǎng)度，m；ΔX 為偏移量，m；H 為高差，m。隨著偏移量的增加，高差將會(huì)逐漸降低，垂直度將會(huì)逐漸減少，導(dǎo)致抱桿偏離垂直方向[5]。由此可見(jiàn)，落地抱桿垂直度修復(fù)關(guān)鍵為偏移量的調(diào)整，偏移量越接近于0，垂直度越接近于90°，抱桿的平衡受力情況將越穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抱桿垂直度的有效修正。

3 落地抱桿垂直度檢測(cè)及修正實(shí)例分析

3.1 工程概況

以某鐵塔抱桿項(xiàng)目為例，全高85.4 m，總重量152 t，需要對(duì)落地抱桿進(jìn)行安裝，使抱桿滿足組裝參數(shù)要求。落地抱桿施工采用先組裝倒裝架的方式，采用液壓頂生方式將1 200 mm×1 200 mm 抱桿頂升至40 m，在四周設(shè)置4 條拉線，滿足抱桿對(duì)受力的需求。落地抱桿不同工況參數(shù)情況見(jiàn)表1。

表1 落地抱桿工況參數(shù)表

3.2 檢測(cè)思路

落地抱桿垂直度采用地面三維激光掃描儀進(jìn)行檢驗(yàn)，最大檢測(cè)范圍在90～300 m 之間，提高抱桿的精度控制水平。本工程采用Z+F5010C 三維激光檢測(cè)儀，掃描精度為0.1 mm，滿足本工程的檢測(cè)要求。激光掃描儀主要參數(shù)見(jiàn)表2。通過(guò)掃描儀可對(duì)垂直度偏移量情況進(jìn)行控制，本工程采用動(dòng)態(tài)跟蹤告警檢測(cè)方式，組裝過(guò)程中進(jìn)行分段檢測(cè)，確保偏差情況能夠得到及時(shí)校正，防止抱桿施工產(chǎn)生連續(xù)偏差[6]。

3.3 垂直修正

落地抱桿注重高度范圍的把控，不易采用整體檢測(cè)方式，適合采用分段檢測(cè)方式，便于對(duì)垂直度情況進(jìn)行分析，確保垂直度修正方法的有效性。結(jié)合落地抱桿的高度情況，可將抱桿分成4 段展開(kāi)檢測(cè)，分別為0～25、25～50、50～75 和75～85.4 m，實(shí)現(xiàn)抱桿垂直度的分階段校正。三維激光掃描測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 中數(shù)據(jù)可知，各個(gè)階段垂直度修正情況良好，落地抱桿有著垂直度方面的要求，分段校正方法發(fā)揮了主要作用，使落地抱桿處于相對(duì)垂直狀態(tài)。

表3 三維激光掃描測(cè)量結(jié)果

3.4 中心軸線擬合

中心軸線擬合是分析落地抱桿整體垂直度情況的關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)激光三維掃描儀分析后，可得到擬合后的中心軸線方向向量，具體表示如下

可得到中心軸線與垂直方向的夾角θ=arctan（0.73×10-3），基于DL/T 319—2010《架空輸電線路施工抱桿通用技術(shù)條件及試驗(yàn)方法》要求，需要將tanθ 控制在1/1 000 以?xún)?nèi)，使抱桿傾斜度控制能夠滿足要求。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可知，tanθ=0.73×10-3＜1×10-3，說(shuō)明落地抱桿的垂直度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，桿塔抱桿項(xiàng)目達(dá)到合格范圍標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 操作注意事項(xiàng)

在操作過(guò)程中，為了充分發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)的效能，獲取更加準(zhǔn)確的結(jié)果，為施工控制工作提供更有價(jià)值的參考，應(yīng)當(dāng)確保各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)操作的準(zhǔn)確性，而操作者作為檢測(cè)技術(shù)實(shí)施的主要操作者，專(zhuān)業(yè)水平和規(guī)范操作意識(shí)決定著垂直度檢測(cè)的效果，因此，在檢測(cè)操作過(guò)程中，需注重對(duì)操作者的培訓(xùn)，并提前做好檢測(cè)操作安排，同時(shí)也要盡量委派操作經(jīng)驗(yàn)豐富、規(guī)范意識(shí)較強(qiáng)的工作者進(jìn)行實(shí)際的檢測(cè)操作，降低人的因素對(duì)檢測(cè)效果的影響，提高檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量。此外，配套的設(shè)備作為檢測(cè)工作開(kāi)展的要素之一，其性能狀態(tài)會(huì)在很大程度上對(duì)檢測(cè)效果產(chǎn)生影響。所以，在檢測(cè)工作開(kāi)展過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意，需提前做好設(shè)備的性能檢測(cè)工作，并根據(jù)實(shí)際情況和需求做好設(shè)備調(diào)試，同時(shí)，也要嚴(yán)格按照現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行設(shè)備的使用，以免對(duì)設(shè)備造成損壞，影響檢測(cè)效果。在此過(guò)程中，也要注意優(yōu)化設(shè)備的日常養(yǎng)護(hù)工作，并嚴(yán)格按照現(xiàn)行的規(guī)程進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試和保養(yǎng)，記錄好設(shè)備的狀態(tài)，同時(shí)，也要注意做好設(shè)備的故障預(yù)案，根據(jù)設(shè)備的現(xiàn)狀和作業(yè)條件，提前編寫(xiě)好設(shè)備的故障應(yīng)急處理方案，以便更好地控制設(shè)備因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。總體來(lái)說(shuō)，在檢測(cè)工作中，除了要重視技術(shù)方面的因素，也要關(guān)注人、設(shè)備方面的因素，提前設(shè)計(jì)檢測(cè)工作方案，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，規(guī)避各類(lèi)影響因素，以保證檢測(cè)工作的效果，提升檢測(cè)工作水平。為此，在檢測(cè)工作方面，可以加強(qiáng)對(duì)事前準(zhǔn)備、事中控制、事后總結(jié)工作的重視，并在檢測(cè)之前做好預(yù)案，在檢測(cè)操作時(shí)做好技術(shù)操作的規(guī)范管理，待檢測(cè)完畢后，及時(shí)總結(jié)技術(shù)的落實(shí)情況，由此準(zhǔn)確識(shí)別和優(yōu)化技術(shù)操作中的不足，讓垂直檢測(cè)技術(shù)能夠得到更好的發(fā)揮，持續(xù)提升檢測(cè)結(jié)果對(duì)施工控制的參考價(jià)值，增強(qiáng)垂直度檢測(cè)工作的落實(shí)效果。

4 結(jié)論

綜上所述，落地抱桿垂直度檢測(cè)非常必要，需要合理對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行應(yīng)用，常用方法為三維激光掃描法，將垂直度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用其中，提高對(duì)抱桿垂直度的動(dòng)態(tài)跟蹤能力，針對(duì)垂直度不足的情況進(jìn)行告警，實(shí)現(xiàn)垂直度檢測(cè)的有效驗(yàn)證。垂直度檢測(cè)為落地抱桿施工控制提供依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前的施工狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)、多方位垂直度分析等技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，使垂直度判斷具有良好的精度，形成高效化的抱桿垂直度跟蹤方式，確保垂直度檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用水平。