ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ОПОР ЛЭП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ
ОПОР ЛЭП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Александр Владимирович Середович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, директор Регионального центра лазерного сканирования, тел. (383)361-00-66, e-mail: a.v.seredovich@ssga.ru
Екатерина Игоревна Горохова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, инженер Регионального центра лазерного сканирования, тел. (383)361-00-66, e-mail: ekaterina. gorohova@gmail. com
Ольга Александровна Ситуха
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ведущий инженер Регионального центра лазерного сканирования, тел. (383)361-00-66, e-mail: dementeva2@rambler.ru
В статье показана проблема оценки технического состояния опор воздушных линий электропередачи. Предложена методика определения геометрических характеристик элементов опор ЛЭП с использованием технологий наземного лазерного сканирования.
Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, наземное лазерное сканирование, геометрические характеристики элементов опор линий электропередачи.
DETERMINATION OF GEOMETRIC PARAMETERS OF TRANSMISSION TOWER ELEMENTS USING TERRESTRIAL LASER SCANNING
Alexander V. Seredovich
Director of Regional Centre for Laser Scanning, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630018, Russia, phone: (383)3610066, e-mail: a.v.seredovich@ssga.ru
Ekaterina I. Gorokhova
Engineer of Regional Centre for Laser Scanning, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630018, Russia, phone: (383)3610066, e-mail: ekaterina. gorohova@gmail. com
Olga A. Situkha
Lead engineer, of Regional Centre for Laser Scanning, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630018, Russia, phone: (383)3610066, e-mail: dementeva2@rambler.ru
The problems of estimating technical state of overhead transmission towers are considered. The technique for determining geometric parameters of transmission tower elements by terrestrial laser scanning is offered.
Key words: overhead transmission lines, terrestrial laser scanning, geometric parameters of transmission tower elements.
В процессе эксплуатации воздушные линии электропередачи (ЛЭП) испытывают различного рода нагрузки, что приводит к появлению деформаций, и со временем может вывести их из строя. Поэтому, регулярно выполняется контроль и оценка технического состояния основных элементов ЛЭП.
Оценка технического состояния воздушной ЛЭП и ее элементов основывается на сравнении выявленных дефектов и неисправностей ЛЭП в целом и ее элементов с требованиями норм и допусками, приведенными в проектных ма-
териалах обследуемой ЛЭП, в государственных стандартах, ПУЭ, СНиП, «Типовой инструкции по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ»[1], технических условий и других нормативно-технических документах [2]. Обследуются следующие основные элементы воздушной (ЛЭП): опоры, фундаменты, провода, грозозащитные тросы, оттяжки опор, линейная изоляция, линейная арматура, заземляющие устройства и др. [2].
Остановимся только на опорах. Оценка технического состояния производится по характерным неисправностям основных элементов опор, которые заносятся в ведомость дефектов: отклонениям опор и их отдельных элементов от проектного положения, прогибам и деформациям элементов, уменьшению поперечного сечения расчетных элементов в результате коррозии металлических элементов и другим параметрам.
Традиционно эти контрольно-измерительные работы выполняются вручную с помощью следующих приборов: штангенциркуля, измерительной линейки, рулетки (для измерения размеров элементов, расстояний), теодолита (определение отклонений стоек опор, стрел провеса проводов), стальной проволоки диаметром 1 мм (искривление элементов конструкции) [2]. Эти работы не безопасны для исполнителей, есть ограничения по времени проведения работ (учитывается световой день).
При этом работа очень трудоемкая (большое количество элементов опор).
Технологии наземного лазерного сканирования (НЛС) позволяют самую трудоемкую часть (а именно определение геометрических параметров элементов опор) перенести в камеральные условия. При проведении полевого обследования с помощью наземного лазерного сканера нет необходимости обесточивать опоры, забираться на них, т.к. НЛС - бесконтактный способ сбора информации об объектах [3, 4, 5, 6].
В Региональном центре лазерного сканирования СГГА летом 2012 г. выполнены экспериментальные работы по определению геометрических характеристик основных элементов металлических опор ЛЭП с применением технологии наземного лазерного сканирования. Выполнена съемка семи опор ЛЭП.
Рассмотрим основные элементы металлической опоры ЛЭП (рис. 1).
Металлические опоры, изготовляемые главным образом из стали, состоят из ствола (1), траверс (2) и тросостойки (3). Как правило, на высоковольтных воздушных линиях применяются стальные опоры решетчатой конструк-
200
1-1 — 10
^
Рис. 1. Основные элементы металлической опоры ЛЭП
ции: ствол такой опоры состоит из поясов (8), раскосов (7) и распорок (9). Траверсы состоят из поясов (6), тяг 5, раскосов и распорок в решетках граней; иногда вместо тяг применяются подкосы (4). Для обеспечения жесткости конструкции и равномерной работы граней опоры при действии крутящих моментов в опорах устанавливают диафрагмы 10 [3].
Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок. По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. Основными типами ферм являются сварные. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах [7].
При полевых работах использовался сканер Leica ClO. Сканирование каждой опоры выполнялось с 5 точек установки сканера, располагаемых по схеме, представленной на рис. 2. Станции 1 -4 размещались на расстоянии 1/5 - 4/5 от высоты опоры. Станция 5 располагалась внутри опоры. Сканирование на станциях 1 -4 выполнялись с захватом опоры по вертикали и горизонтали (включая молниеотвод и фундамент) с шагом сканирования 2-3 см на максимально удаленной точке опоры. Длительность работы на станции не более 7-10 минут. Сканирование со станции 5 выполнялось с полным захватом поля зрения. При этом длительность работы на станции 5-10 минут [8, 9, 10].
На каждой станции обеспечивалась видимость и сканировались не менее 3 соседних марок. Марки тахеометром не снимались.
За время сканирования дополнительно сделаны подробные фотографии и видеосъемка опор с деталями. Для каждого элемента должны быть видны значительные деформации, форма, тип крепления концов (сварка или болты), количество болтов крепления.
Сшивка сканов выполнялась в программном продукте (ПП) Cyclone (Leica Geosystems) по маркам с точностью в среднем 1-3 мм.
На рис. 3 показана фотография опоры ЛЭП для дешифрирования данных сканирования.
Самый трудоемкий этап работ - на основе полученных данных НЛС необходимо определить длину и размер поперечного сечения каждого элемента опоры, тип соединения (сварное или болтовое), а также величину отклонения
ф МаркаД
Рис. 2. Схема установки сканера и марок для каждой опоры ЛЭП
(прогиба) элемента от нормального, проектного положения. Эти работы выполнялись в ПП Cyclone.
Рис. 3. Фотография опоры ЛЭП для дешифрирования данных сканирования
Рассмотрим этапы выполнения работ:
1. Сегментация массива точек. На этом этапе необходимо выделить в отдельное рабочее окно ПП Cyclone каждую сторону ствола опоры, каждую сторону траверса. На рис. 4 показан результат сегментации массива данных ствола опоры ЛЭП.
2. Рисовка всех элементов опоры ЛЭП (поясов, раскосов, распорок). При этом она производится по внешнему углу элемента, с помощью функции ПП Cyclone Create Object/ From Pick Points/ Line Segment. На рис. 5 показан фрагмент рисовки элементов опоры ЛЭП.
3. Присвоение каждому элементу номера, определение его геометрических размеров, тип соединения соседних элементов, размеры прогибов. Параллельно полученные параметры вносятся в сводную таблицу «Ведомость элементов опоры» (ПП Microsoft Excel). На рис. 6 показан фрагмент рисовки траверса с выявленным искривлением.
4. Заключительный этап - оформление чертежей в ПП AutoCAD. На основе данных наземного лазерного сканирования можно выполнить чертеж любого элемента, сделать чертеж необходимого сечения объекта. Исходя из требований заказчика, выполнен набор чертежей для каждой опоры, нанесены требуемые характеристики. На рис. 7 показан фрагмент чертежа элементов опоры ЛЭП в ПП AutoCAD.
Проделанная экспериментальная работа показала возможность применения технологии НЛС для определение геометрических параметров элементов опор ЛЭП [11, 12, 13]. При этом сокращается время полевых изысканий, при этом работы не зависят от времени суток, нет необходимости обесточивать опоры. Основное время по определению требуемых характеристик переносится на камеральные работы.
Рис. 4. Результат сегментации массива данных ствола опоры ЛЭП
Рис. 5. Фрагмент Рис. 6. Фрагмент рисовки траверса
рисовки элементов с выявленным искривлением
опоры ЛЭП
Рис. 7. Фрагмент чертежа элементов опоры ЛЭП в ПП AutoCAD БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. РД 34.20.504-94 «Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ».
2. А.В. Демин, В.В. Алексеев, В.М. Арсеньев, И.Г. Барг, С.Н. Шаповалов, Е.В. Горохов. Методические указания по оценке технического состояния воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ и их элементов.
3. Середович В.А., Середович А.В. Особенности, проблемы и перспективы применения НЛС // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 218-219.
4. Выполнение обмеров строительных конструкций средствами наземного лазерного сканирования при обследовании зданий и сооружений / А.В. Середович, А.В. Иванов, А.В. Усиков, О.Р. Мифтахудинова // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 220-221.
5. Середович В.А., Ткачева Г.Н., Середович А.В. Геодезический мониторинг деформаций Усть-Каменогорского судоходного шлюза // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 133-139.
6. Анализ природных и техногенных особенностей геопространства чрезвычайной ситуации / А.П. Карпик, В.А. Середович, А.В. Дубровский, Э.Л. Ким, О.И. Малыгина // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). -Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 178-184.
7. Крюков К.П. и др. «Конструкции и расчет металлических и железобетонных опор линий электропередач». Изд. 2-е. Л., «Энергия», 1975. - 456 с. с ил.
8. Середович А.В., Иванов А.В., Дементьева О.А. Применение программного продукта Riscan PRO для регистрации сканов // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 214-217.
9. Комиссаров А.В., Широкова Т.А., Романович Е.В. Обоснование выбора расстояния ме-
жду сканерными станциями при наземной лазерной съемке // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография,
маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 98-101.
10. Проверка внутреннего очертания тоннеля при помощи наземного лазерного сканера / Е.И. Горохова, И.В. Алешина, Е.В. Романович, А.В. Иванов, А.Р. Мифтафудинов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). -Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 107-114.
11. Возможности применения наземного лазерного сканирования для контроля ремонта и строительства дорог / А.В. Середович, А.В. Иванов, Е.В. Романович, О.Р. Мифтахудинова // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 2. - С. 210-213.
12. Середович В.А., Востров И.В. Обзор современных программных продуктов для создания и использования трехмерных моделей для проектирования автомобильных дорог // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 115-120.
13. Методика лазерного сканирования и пропорционального анализа форм памятника архитектуры (на примере храма Александра Невского в Новосибирске) / А.В. Радзюкевич, М.А. Чернова, В.А. Середович, А.В. Иванов, О.Р. Мифтахудинова // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 121-133.
© А.В. Середович, Е.И. Горохова, О.А. Ситуха, 2013