國家對電力的需求呈現(xiàn)高速增長的姿態(tài)，因此，我國對電網(wǎng)線路建設的需求也越來越迫切。

變電站和輸電系統(tǒng)的結(jié)構往往非常復雜，所處的工作環(huán)境也較為危險，如果使用傳統(tǒng)測量手段來建立完整的基礎數(shù)據(jù)信息是非常困難的。

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

本文中，滬小敖借著工程師近期在輸電系統(tǒng)中的電塔測量案例，以及變電站三維建模的數(shù)據(jù)做一個三維掃描在電網(wǎng)中的應用概述。

01 三維掃描在電網(wǎng)電塔中的應用

1.1 電力系統(tǒng)模型的提供 

架空輸電線路是國家主干電網(wǎng)的重要組成部分，是一項重要的國家基礎設施。近年來，伴隨著我國電力發(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)運行電壓等級不斷提高，網(wǎng)絡規(guī)模也不斷擴大，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，對帶電導線起到機械支撐作用，實現(xiàn)電力資源的遠距離大范圍調(diào)配，高壓電塔的安全與否直接關系到輸電線路的安全運行，于此相對應的，輸電線路故障會給人們的日常生產(chǎn)生活和國家經(jīng)濟帶來巨大損失。因此，為了防止和杜絕電網(wǎng)安全事故的發(fā)生，電網(wǎng)運行維護部門每年都需要投入大量人力、物力對輸電線路進行巡檢以及時消除隱患防患于未然， 由此帶來的管理要求也不斷上升。

我們希望，通過三維可視化技術，可以再現(xiàn)電力系統(tǒng)的真實情況，把所有管理對象都置于一個真實的三維世界中，使管理者通過電腦就可以如臨現(xiàn)場一樣瀏覽全線，掌握電網(wǎng)實際情況，從而支持各項運營管理工作。

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

歡迎點擊上圖查看TX8詳細參數(shù)

歡迎點擊上圖查看SX12詳細參數(shù)

高壓電塔具有結(jié)構復雜，鋼架細長，海拔高的特點，三維數(shù)據(jù)獲取難度大。TX8獨有的優(yōu)勢可以在這些條件下獲取比較理想的三維點云數(shù)據(jù)。

TX8現(xiàn)場工作照片

TX8掃描距離可達到340米，憑借天寶Lightning閃電技術，在其整個測程范圍內(nèi)，TX8都可以每秒1百萬個精確激光點的速度獲取數(shù)據(jù)，天寶的Lightning技術很少受到表面類型和大氣條件變化的影響，所以可以從每個測站中獲得完整性的數(shù)據(jù)集。TX8集成內(nèi)置相機，僅需2分鐘時間獲取全景HDR圖像，用于生成彩色掃描。

借助天寶SX10拍攝的影像

TX8獲取的三維點云數(shù)據(jù)

可以借此進行任意角度、距離的精確測繪或標準模型的重建

TX8三維掃描儀與點云處理軟件Trimble Realworks無縫銜接，Trimble Realworks強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。

借助Trimble Realworks軟件對點云進行分類處理

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 

電塔（高壓線塔）是高壓輸電線路中與地面直接接觸的構筑物， 不可避免的地表移動、變形將危及線塔構件的健康， 嚴重的甚至會引起電力、通信中斷， 從而造成巨大的經(jīng)濟損失， 因此對高壓線塔進行變形監(jiān)測具有重要意義。

使用三維激光掃描技術在高壓線塔變形監(jiān)測中進行應用， 克服了傳統(tǒng)監(jiān)測手段的不足，我們通過實地采集高壓線塔點云數(shù)據(jù)進行計算、分析，按照數(shù)據(jù)處理流程，可計算不同時期塔腿棱線各分段的直線方程并計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)測作出良好的技術支撐。

02變電站三維模型的建立

2.1 為改造提供基礎數(shù)據(jù)

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

隨著老舊變電站的負荷及全壽命周期的限制，越來越多的老舊變電站面臨擴建改造的問題。然而變電站不可能因為擴建改造測量而停止運行，所以采用傳統(tǒng)的測量方法具有很大的危險性及其地物不完整性。

而且其小型化、集成化特點，使得利用三維數(shù)字技術對空間進行細致布局，梳理多專業(yè)間的精密配合關系，是非常必要的

本項目中，我們使用Trimble 天寶X7設備進行掃描。

歡迎點擊上圖查看X7詳細參數(shù)

X7作為天寶（Trimble）公司旗下最新的便攜三維激光掃描設備，具有帶有組合的伺服驅(qū)動器、掃描鏡，集成的HDR成像，自動校準，自動配準，測繪等級自動整平和激光指示器等特點。

變電站三維數(shù)字點云模型

三維數(shù)字點云模型將變電站“搬”入計算機，清晰準確地記錄了構筑物的形狀及構筑物之間的空間位置關系，毫米級的精度滿足測繪需求。

通過利用三維激光掃描儀獲取的空間點云數(shù)據(jù)（包括點云模型、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)境下布置電氣設備及導體、建（構）筑物等，其三維直觀可視性將顯著提升設計質(zhì)量，為變電站的改建改造提供準確的基礎數(shù)據(jù)。

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

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

點云位置與MAX模型基本一致

MAX模型局部

三維模型渲染視圖

三維激光掃描技術很好地解決了傳統(tǒng)測繪在變電站測量工作中的難點，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，在非接觸測量方式保證安全生產(chǎn)的同時，節(jié)省了大量的人力、時間成本。在“萬物數(shù)字智能化”的大背景下，三維激光掃描技術的應用會逐漸普及，將為變電站等電力系統(tǒng)設施的三維模型建立提供越來越完善的解決方案。

03小結(jié)

滬敖3D是一家致力于三維數(shù)字化行業(yè)解決方案的技術型企業(yè)，擁有豐富的三維項目經(jīng)驗，公司以行業(yè)應用為出發(fā)點，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)管理等一系列應用服務。

滬敖3D擁有結(jié)構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、無人機傾斜攝影測量、3D打印等多種技術手段，從幾厘米到幾百米的物體或三維空間，從幾個微米到幾個厘米的精度，滬敖均可提供涵蓋軟硬件產(chǎn)品和項目服務的完整解決方案。

滬敖3D目前主要服務于制造業(yè)（汽車、航空航天、船舶、模具、鑄造以及各種機械）、建筑業(yè)（建筑設計、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、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、工程測繪、形變監(jiān)測、3D打印等技術方案。