徕卡NovaMS50全站扫描仪在电厂烟囱变形监测中的应用

李　斌，王建宾，吉德云

(1. 山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250000； 2. 山东科技职业学院，山东 潍坊 261000； 3. 徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)



徕卡NovaMS50全站扫描仪在电厂烟囱变形监测中的应用

李斌1，王建宾2，吉德云3

(1. 山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250000； 2. 山东科技职业学院，山东 潍坊 261000； 3. 徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

目前电厂烟囱变形监测主要利用传统测量或GPS技术，通过布置监测点达到监测的目的。但传统的监测方法容易受场地、天气、温度及风力等因素的影响，且观测周期较长。为此，进行快速高精度及无接触变形监测成为研究的热点。本文利用LeicaNovaMS50全站扫描仪高速点云扫描、高分辨率图像采集及长距离免棱镜测距的功能，进行烟囱倾斜及挠度变化的监测分析。

一、MS50扫描烟囱的精度分析

MS50全站扫描仪的精度评定分为免棱镜测量精度和扫描精度两部分。采用扫描模式时，距离噪声即扫描点和拟合表面的残差标准差(测点中误差)在200m范围内能达到3mm；采用免棱镜模式时的测距精度为2mm+2×10-6D。实际布设监测点时，测站到烟囱的平均距离在100m左右，因此扫描模式的测点精度为3mm；再考虑烟囱高度约200m，计算免棱镜模式约为2.5mm，能够满足表1中烟囱形变监测的限差要求。

表1　烟囱顶部水平位移限差指标

二、试验分析

本文对某一新建电厂的烟囱进行扫描监测试验，该烟囱高约230m。首先，利用全站仪和水准仪建立监测基准网；然后，考虑扫描距离和精度影响，筒身130m以下采用扫描测量模式，130m以上采用自动免棱镜测量模式，两种模式有数据重合；最后，经点云去噪、三维建模、横切剖面拟合等步骤，获得

圆心坐标。为了统计圆心坐标偏差并进行形变分析，笔者分别于2015年4月1日和2015年5月20日各进行了一次扫描，拼接后的点云数据模型如图1所示。

图1　拼接后的点云数据模型

对两次扫描的点云数据进行去噪处理，点云剖面如图2所示。各选取18个剖面，计算每个剖面的拟合精度，统计结果如图3所示。从图3可以看出，随着高度的升高拟合精度随之变低，主要是由于高度越高，仪器入射角越小，采集点云越稀疏，拟合偏差变大。

图2　点云剖面

图3　剖面拟合精度统计

统计图3中各剖面的拟合标准差，计算得到平均拟合精度为5.3mm。考虑监测网点位中误差为1.4mm，扫描仪测量误差最大值为3mm，仪器对中整平误差为2mm，剖面拟合误差为5.3mm，计算MS50扫描仪监测的中误差约为6.6mm，远小于3.2cm的限差要求。因此，采用MS50全站扫描仪进行烟囱形变监测是切实可行的。通过试验分析，利用MS50全站扫描仪进行变形监测的优势主要有：

1)MS50具有全站仪和三维激光扫描仪的双重优势，能够进行控制测量、精密监测和高精度快速扫描，减少了野外携带设备的数量，提高了作业效率。

2)MS50的点云扫描速度达到1000点/s，缩短了每站的作业时间，减少了工作负荷。同时，利用MS50远距离长测程扫描的功能可进行危险区域无接触监测，保障了测量人员的安全。

3)MS50通过采集目标表面的点云数据，实现了从传统的点监测到面监测的转变，避免了点监测的局部性和片面性。在精度方面，考虑仪器对中等误差后，中误差也仅为7mm左右，满足建筑物变形监测的要求。

三、结束语

本文利用MS50全站扫描仪对电厂烟囱进行了变形监测，实现了从传统点监测到面监测的转变，缩短了观测时间。同时，利用MS50长距离免棱镜的功能可实现电厂危险区域的监测，与传统的方法相比，提高了监测的效率，更加人性化。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)

基金项目：潍坊市科学技术发展计划项目(2015GX064)

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