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ICS
29.
240.20T/CECF23中国电力企业联合会标准T/CECXXXXX—202X变电站场景激光雷达三维数据采集及变形分析技术导则Technical guideof three-dimensional LiDARdata acquisitionand deformationanalysisof substationenvironment(征求意见稿)202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施中国电力企业联合会发布点云的点密度越高,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/布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才除尸土[无⑵NSS+MU+^Laser+teg式中---------点坐标中误差;a定位误差产生的坐标中误差;GGNSS-—GNSS姿态误差产生的坐标中误差;IMU6MU——daser—激光测距误差产生的坐标中误差;5n eg—系统集成精度l如果%Nss=±
0.02m,=±O.1°,dase尸±O.O3m,忽略口3,”=80m,则n^±14cmSMU
5.
2.3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
5.3作业准备
5.
3.1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6数据预处理方法
6.1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
6.2POS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
6.3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
6.4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
6.5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
6.6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
7.7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
8.8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
9.9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7变形分析方法
7.1变电站本体结构变形分析
7.
1.1变电站结构建模宜结合模型库,采用参数化建模方式建模
7.
1.2变电站结构变形监测宜通过对比分析多期数据三维模型获得位移、沉降、倾斜、扰度等变形参数
7.
1.3变电站其它结构形变包括日照、风振、结构健康监测,采用人工、加装传感器或自动参数提取方法进行分析
7.
1.4变形参数是反应变电站结构变化的重要指标,涉及安全稳定性分析,应在数据采集后及时完成成果计算和提交
7.2地表变形分析
7.
1.1地表三维建模宜采用三角网或多边形模型进行重建,并建立DEM模型
7.
1.2地表变形监测可从点、面、体等多个尺度对比分析多期数据获得位移、沉降、裂缝等变形量
7.
1.3地表变形量是反应变电站环境变化的重要指标,涉及安全稳定性分析,应在数据采集后及时完成成果计算和提交
10.3变形量及限差
10.
1.1电站本体结构变形有沉降、水平位移、倾斜、挠度、裂缝等不同观测周期的变电站本体结构变形分析可通过比较三维模型的形变量与测量极限误差来进行
10.
1.2表变形主要有沉降和水平位移不同观测周期的地表变形分析可通过比较DEM与DOM中的形变量与测量极限误差来进行
10.
1.3变形量小于测量极限误差时,可认为此处在这两期之间没有变形或者变形不明显
10.
1.4于多期观测成果,应综合分析多期的累积变形特征当相邻两期之间变形量小,但多期变形量呈现出明显变化趋势时,应认为其有变形8多期变形的建模和预报
8.1对于多期变电站场景变形分析成果,根据需要,应建立反应变形量与变形因子关系的数学模型,对引起变形的原因作出分析和解释,必要时还应对变形的发展趋势进行预报
8.2当一个变形体上所有观测点或部分观测点的变形状况总体一致时,可利用这些观测点的平均变形量建立相应的数学模型当各观测点变化状况差异大或某些观测点变形状况特殊时,应对各观测点或特殊的观测点分别建立数学模型根据需要,可以利用地理信息系统(GIS)技术实现多点变形状态的可视化表达
8.3建立变形量与变形因子关系数学模型可使用回归分析方法,并应符合下列规定
1.
1.
13.1应以不少于10个周期的观测数据为依据,通过分析各期所测的变形量与相应荷载或时间之间的相关性,建立荷载或时间-变形量数学模型;
1.
1.2变形量与变形因子之间的回归模型应简单,包含的变形因子数不宜超过2个回归模型可采用线性回归模型和指数回归模型、多项式回归模型等非线性回归模型对非线性回归模型,应进行线性化;
1.
1.3当只有一个变形因子时,可采用一元回归分析方法;
1.
1.4当考虑多个变形因子时,宜采用逐步回归分析方法,确定影响显著性的因子
10.
3.9对于沉降观测,当观测值近似呈等时间间隔时,可采用灰色建模方法,建立沉降量与实践之间的灰色模型
11.5对于动态变形观测获得的时序数据,可使用时间序列分析方法建模并加以分析
1.6建立变形量与变形因子关系模型后,应对模型的有效性进行验证和分析用于后续分析的数学模型应是有效的
8.7需要利用变形量与变形因子关系模型进行变化趋势预报时,应给出预报结果的误差范围和适用条件9成果验收方法
9.1质量检查
9.
1.1点云数据、影像数据、DEM、DOM、三维模型完整性检查
9.
1.2点云数据的点密度检查
9.
1.3多期数据坐标系统统一性检查
9.
1.4通过高精度单点测量技术,测量精度优于1cm的分布整个区域的坐标点,与点云数据、影像数据、DEM、DOM和三维模型进行对比,验证成果的精度质量
9.
1.5对相变监测结果进行实地核查验证,如果区域广,可抽样调查
9.2验收程序
9.
2.1数据采集执行单位按本规范和合同规定对全部成果资料进行认真检查,并详细填写检查记录表格
9.
2.2数据采集执行单位质检合格后将全部资料移交委托单位验收
9.
2.3委托单位代表依据本规范和合同规定对全部成果数据进行验收,双方进行协商处理
9.
2.4成果质量验收合格后,双方在移交书上签字确认
9.
3.1技术设计书
9.
3.2数据采集记录表
9.
3.3原始影像数据和正射影像成果
9.
3.4点云数据和三维模型
9.
3.5多期监测结果
9.
3.
63.6其他有关资料
9.
3.74验收报告委托单位验收完成后,应出具验收报告,基本内容包括:
9.
4.1数据采集合同和技术设计
9.
4.2数据采集的面积
9.
4.3对成果资料质量的评价
9.
4.
44.4出现的问题和处理总结附录A(资料性)变电站环境三维数据采集外业记录表变电站环境三维数据采集外业记录见表A表变电站环境三维数据采集外业记录表A变电站激光扫描作业记录表日期2022/0506作业电压站外温站内飞行飞行预估起飞机身设备状GPS信怠速检查时间等级度温度速度距离时长电量硬件态号10:0220K22℃24℃8M/S
4.6KM98%11/MI无破正常正常正常5V N损10:525℃26℃8M/S4KM9/MIN96%220K V无破正常正常正常0损11:326℃28℃8M/S
3.8KM8/MIN95%正常220K V无破正常正常0损飞行返航起飞环设备飞行模式高度境自检姿态GPS已检空旷通过稳定查GPS已检空旷通过稳定查GPS己检空旷通过稳定杳备注:附录B(规范性)变电站环境无人机三维数据采集图B变电站无人机三位数据采集飞行轨迹与真彩色点云见图Bo图B变电站无人机飞行轨迹与真彩色点云附录C(资料性)成果验收表表C成果验收表见C表C成果验收表项目验收表项目名称项目类型项目规模施工单位技术负责人开工日期项目经理项目技术负责人竣工日期序号项目验收记录验收结论1控制点共**个,抽查**精度满足**,符合2项目完整性共**面积,抽查**数据点平米密度大于**,无缺失漏洞3数据质量共**面积,抽查**数据清晰度,纹理性满足4数据成果共**,抽查**数据成果与实际情况相符,满足施工方验收方项目负责人项目负责人验收单位年月II年月II本文件按照GB/T
1.1-2020《标准化工作导则第1部分标准化文件的结构与起草规则》的规定起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国电力企业联合会提出本文件由中国电力企业联合会地理信息应用标准化技术委员会CEC/TC12归口本文件起草单位本文件主要起草人本文件为首次发布本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心北京市西城区白广路二条一号,100761o本文件按照GB/T
1.1-2020《标准化工作导则第1部分标准化文件的结构与起草规则》的规定起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国电力企业联合会提出本文件由中国电力企业联合会地理信息应用标准化技术委员会CEC/TC12归口本文件起草单位本文件主耍起草人本文件为首次发布本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心北京市西城区白广路二条一号,100761o前言HI1范围22规范性引用文件23术语和定义
33.1采集设备
33.2点云类型
43.3数据模型
44.4变形监测44数据采集及成果技术要求
54.1数据及成果要求
54.2设备要求
54.3人员要求
65.4资料准备65数据采集作业要求
76.1安全要求
75.2质量要求
75.3作业准备86数据预处理方法
86.1预处理内容
86.2POS数据处理
96.3点云数据解析
96.4多站数据配准
96.5航带平差
96.6点云赋色
96.7多平台点云配准
96.8多期数据匹配
96.9精度检查97变形分析方法
107.1变电站本体结构变形分析
107.2地表变形分析
107.3变形量及限差108多期变形的建模和预报119成果验收方法
129.1质量检查
1210.3交的资料
9008.2基础地理信息数字成果1:5001:10001:2000数字高程模型CH/T
9008.3基础地理信息数字成果1:5001:10001:2000数字正射影像图T/CAGHP002地质灾害防治基本术语T/CAGIIP014-2018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3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
3.1采集设备激光扫描仪Laser Scanner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L i DAR MeasurementSystem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Ai rborneLaser Scanning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Ter restri aI LiDARSystem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Unmanned Mu11i-rotor Aircraft一种具有三个及以上旋翼轴的无人驾驶旋翼飞行器
3.2点云类型点云Point Cloud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Laser PointCloud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
4.3数据模型数字高程模型Digital Evevati onMode I: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Digital OrthophotoMap: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-dimensional ModeI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
5.4变形监测变形Deformat ion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Ground Deformation Monitor ing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Substation BodyStructure DeformationMonitoring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4数据采集及成果技术要求
4.1数据及成果要求
4.
1.1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
4.
1.2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/T
9008.3中数据精度的规定执行
4.
1.3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/T
9008.2和01/丁
9008.3的规定,平均点密度应高于200点/m)
4.
1.4三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
4.
1.5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
4.
1.6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
4.
1.7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
6.2设备要求
4.
2.1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
4.
2.3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℃50C〜
4.
2.4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200nb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,内置或者外挂相机设备有效像素数不低于2000万,系统工作温度为-20℃50℃o〜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
4.
2.7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
4.3人员要求
4.
1.1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
4.
1.2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
4.
1.3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
4.4资料准备
4.
4.1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
4.
4.2数据采集前应充分收集作业区域的地形图、DEM数据、D0M数据、地质勘察等相关资料
4.
4.3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
5.
4.4作业前应根据实际需求编写技术设计书5数据采集作业要求
5.1安全要求
5.
1.1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
5.
1.2作业执行前应按照有关流程办理空域等相关手续
5.
1.3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
6.2质量要求
6.
1.1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夕mVX/ZS X180///X^X n1式中P——平均点密度,单位点/卡;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等如果沪32,后10Hz,力二
0.2,居80nb5=5m/s,兀=
3.1416时,则单航带飞行夕229。