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1变电站场景激光雷达三维数据采集及变形分析技术导则范围本标准规定了变电站本体及周边环境三维数据采集要求、变形分析及成果验收方法。本标准所称的变形分析主要包括变电站本体结构变形分析和变电站环境地表变形分析。本标准适用于变电站环境的三维点云及影像数据采集,以及变电站本体结构变形分析和周围环境地表变形分析,运用于110(66)kV~500kV变电站变形监测、防灾减灾与运营管理。变电站场景数据采集及变形分析除应符合本规范的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T18314全球定位系统(GPS)测量规范GB/T24356测绘成果质量检查与验收GB/T27919IMU/GPS辅助航空摄影技术规范CH/T8023机载激光雷达数据处理技术规范CH/T8024机载激光雷达数据获取技术规范T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X3CH/T3023机载激光雷达数据获取成果质量检验技术规程CH/Z3017地面三维激光扫描作业技术规程CH/T3020实景三维地理信息数据激光雷达测量技术规程CH/Z3005低空数字航空摄影规范CH/:5001:10001:2000数字高程模型CH/:5001:10001:2000数字正射影像图T∕CAGHP002地质灾害防治基本术语T∕CAGHP014-2018地质灾害地表变形监测技术规程JGJ8-2016建筑变形测量规范GB50982-2014建筑与桥梁结构监测技术规范DL/T1637变电站机器人巡检技术导则DL/T741架空输电线路运行规程DL/T1482架空输电线路无人机巡检作业技术导则术语和定义第2部分引用规范界定的以及下列术语和定义适用于本文件。采集设备激光扫描仪LaserScanner由多个部件组成的系统。通过记录激光脉冲从发射经目标物反射到接收单元的时间延迟,精确测定从发射点到地面反射点之间的距离,获取地面反射点的三维坐标。激光雷达测量系统LiDARMeasurementSystem集成激光扫描仪、数码相机、GPS设备、IMU设备等多种传感器的测量系统,可获取带有强度信息、回波信息和颜色信息的点云数据。机载激光扫描系统AirborneLaserScanning基于机载平台的激光雷达系统,包括适用于机载环境的激光扫描仪、GPS设备、IMU设备、航空数码相机等传感器。地面激光雷达系统TerrestrialLiDARSystem在地面固定或移动平台上,集成激光扫描仪、数码相机、GPS设备和控制系统等的测量系统,可获取带有强度信息、回波信息和颜色信息的点云数据。多旋翼无人机UnmannedMulti-rotorAircraft一种具有三个及以上旋翼轴的无人驾驶旋翼飞行器。T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X15点云类型点云PointCloud三维离散的、不规则分布的点集合,附加激光回波强度、激光回波数、相机颜色等属性信息。激光点云LaserPointCloud激光雷达系统对地扫描获得地面反射点的三维坐标,每个反射点按三维坐标以点的形式分布在三维空间中的集合。数据模型数字高程模型DigitalEvevationModel:DEM一定范围内规则网格点的平面坐标(X,Y)及其高程(Z)表达地形起伏的数据集。描述区域地貌形态空间分布,采用等高线或相似立体模型经采样和量测等数据采集后内插形成。数字正射模型DigitalOrthophotoMap:DOM对航空航天影像采用正射纠正、接边、色彩调整、镶嵌,并按一定范围裁剪生成的影像数据集。三维模型Three-dimensionalModel由三角形、四边形、多边形、曲面或实体组成的目标拓扑结构,可带有纹理贴图。变形监测变形Deformation建筑物或构筑物在载荷或其它外力作用下产生的形状或位置变化的现象。可分为沉降和位移两大类。沉降指竖直的变形,包括下沉和上升;而位移为除沉降外其它变形的统称,包括水平位移、倾斜、扰度、裂缝、收敛变形、风振变形和日照变形等。地表变形监测GroundDeformationMonitoring对地表岩土体与其上建筑物、构筑物的位移、沉降、隆起、倾斜、扰度、裂缝等微观和宏观变形现象,在一定时期内进行周期性的或实时的观测、测量,并对地质灾害进行分析预报的过程。变电站本体结构变形监测SubstationBodyStructureDeformationMonitoring对变电站及结构部件的位移、沉降、倾斜、扰度以及其他结构参数等微观和宏观变化现象,在一定时期内进行周期性的或实时的观测、测量,并对变形量进行分析预报的过程。T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X5数据采集及成果技术要求数据及成果要求对变电站及周边环境开展三维数据采集所需提交的成果包括点云数据、影像数据、数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM),实景三维模型等。采集数字正射影像数据,原始图像数据的单张相片像素应不低于2000万像素,数字正射影像整体参照CH/。采集三维点云数据,点云数据应包含绝对地理参考信息、强度信息、回波信息、真彩色信息,绝对坐标平面精度和高程精度应满足CH/,平均点密度应高于200点/m2。三维模型应包含地形和地物两个部分,地形模型宜采用带有纹理的三角网、四边形网模型,地物模型宜采用带有纹理的多边形网模型、曲面模型或实体模型。变电站站内变压器、站房、端子箱等重要设备的高程模型中点云数据、正射影像和三维模型坐标精度宜优于5cm,可根据需要选用符合相应指标的硬件采集系统、软件处理系统和建模方法。当应用于变形分析,点云数据、高程模型、正射影像和三维模型的坐标精度水平应比变形监测量高一个水平级,或者符合变形监测或地表地质灾害监测精度要求。当应用于变形分析,多期采集的数据应统一平面坐标系统和高程系统,采集的频率应符合变形监测或地表地质灾害监测时效性要求。设备要求对变电站及周边环境整场景三维数据采集宜采用多旋翼无人机搭载激光雷达测量系统进行快速获取。T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X7无人机搭载的激光雷达测量系统宜具备影像数据获取能力,可一次同时完成整场景点云数据和影像数据采集。无人机搭载激光雷达测量系统测程不低于200m,点云数据平面精度应优于10cm,高程精度应优于5cm,回波数应不低于3,相机设备有效像素数不低于2000万,系统工作温度为-20℃~50℃。变电站重要部件局部场景三维数据采集宜采用地面静态式激光雷达系统多站扫描获取毫米级高精度数据。地面静态式激光雷达测量系统测程不低于200m,所获点云数据平面和高程精度宜优于1cm,回波数应不低于3,内置或者***相机设备有效像素数不低于2000万,系统工作温度为-20℃~50℃。当应用于变形分析,多期数据的采集宜采用同一套或同一指标的软硬件系统进行数据采集和处理。使用的硬件系统以及配套数据处理软件或三方软件应通过三方性能测试。人员要求作业人员应具有架空输电线路运行维护工作经验,掌握变电站巡检有关知识,并熟悉采用无人机搭载激光雷达载荷、地面静态式激光雷达测量系统开展数据采集工作。操作人员应取得无人机飞行操作资格证,掌握无人机巡检作业方法。内业人员应具有点云和影像数据处理的经验,熟悉点云和影像数据成图与建模的方法和相关软件操作。资料准备数据采集前应充分准备作业区域的行政区划、通信、交通和自然地理等情况。数据采集前应充分收集作业区域的地形图、DEM数据、DOM数据、地质勘察等相关资料。T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X7数据采集前应充分了解飞行区域的GNSS信号、飞行安全与飞行限制等情况。作业前应根据实际需求编写技术设计书。数据采集作业要求安全要求作业所用设备应通过检校,作业前应根据操作规范进行现场测试。作业执行前应按照有关流程办理空域等相关手续。作业应不影响变电站的正常运行,所有设备使用应按照设备商的操作手册执行。质量要求应在保证安全条件下,设备宜尽量靠近被测区域,以提高设备测量点密度和坐标精度。无人机飞行的点密度概算见公式(1)。ρ=N×((F/S)×180/(H×A×π))(1)式中:ρ———平均点密度,单位:点/m2;F————扫描仪扫描频率,如5Hz、10Hz、20Hz、100Hz、200Hz等;S————飞行平均速度,单位:m/s;H————飞行平均航高,单位:m;A————扫描仪角度分辨率,单位:°;N————扫描仪激光线数,如1、8、16、32等。如果N=32,F=10Hz,A=°,H=80m,S=5m/s,π=,则单航带飞行ρ≈229。T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X15点云的点密度越高,地物细节越丰富,地物测量的连续性越好。激光脚点平均点密度应高于200点/m2。除水域等激光回波信息弱区域外,各局部区域的点密度均应满足要求。点坐标精度受位姿测量、激光角点精度、系统集成精度(如时间和空间统一)等影响,可根据厂家的标称参数估计最优距离,以获得cm级或mm级点云数据。点坐标的精度估算见公式(2)。σ=±σGNSS2+σIMU2+σLaser2+σInteg2(2)式中:σ——————点坐标中误差;σGNSS———GNSS定位误差产生的坐标中误差;σIMU————IMU姿态误差产生的坐标中误差;σLaser——激光测距误差产生的坐标中误差;σInteg——系统集成精度。如果σGNSS=±,σIMU=±°,σLaser=±,忽略σInteg,H=80m,则σ≈±14cm。相机拍摄的几何分辨率与相机焦距和测距有关,可根据焦距和测距估算几何分辨率。如果采用激光雷达测量系统一次同时获取点云和影像数据,需要同时顾及点云密度、坐标精度和影像几何分辨率设置最大测量距离或平均航高。作业准备完成现场地理环境勘查,确定安全的起飞点和降落点,或者布设良好的扫描位置和视角。完成无人机或激光雷达测量系统参数调试和验证。数据预处理方法预处理内容对原始数据进行解码,整理激光探测数据、GPS数据、IMU数据等,生成符合要求的原始点云数据。通过多站数据配准、航带平差、点云赋色、多平台点云配准、多期数据匹配获取高质量的真彩色点云数据,为三维建模做准备。T/CECXXXXX—202XT/CECXXXXX—202X9POS数据处理实际作业分为有GNSS基站作业模型和免GNSS基站作业模式。POS数据处理是通设备商指定的软件进行处理,联合GPS数据、IMU数据获取载体的连续飞行轨迹。点云数据解析点云数据解析是联合POS数据、激光测量数据和设备商给出的系统参数,生成带有绝对地理参考的三维点云数据。点云数据的解析所采用的设备商系统参数不可或缺。点云数据宜采用标准的LAS格式,也可以采用其它格式存储。多站数据配准静态式扫描获取的数据位于不同坐标系统,可进行自动配准或手动配准完成坐标系统统一。配准中误差应不高于坐标限差的2倍。航带平差航带平差是减弱因GNSS信号引起的航带间同一地物不重合现象。航带平差要能够消除误差分布不均匀性问题,平差的中误差应不高于坐标限差的2倍。点云赋色点云赋色是将相机获取的像素灰度值赋予点云,使点云数据获得附属的纹理信息。点云赋色可采用单张相片赋色和DOM赋色方法,相应软件宜具备两种以上赋色功能。点云赋色精度应不低于5像素。多平台点云配准多平台配准是将不同平台视角获取的数据进行坐标系统精确统一,可通过自动配准或手动配准方式完成。配准中误差应不高于坐标限差的2倍。多期数据匹配多期数据匹配是将不同时期获取的数据进行坐标系统精确统一,可通过自动或手动方式完成。多期数据匹配应提取非变形区域稳定的特征进行处理。匹配中误差应不高于坐标限差的2倍。精度检查预处理完成后,应采用高精度控制点检查点云数据的精度,编写精度报告。T/CECXXXXX—202X