1引言

    随着越来越多电力铁塔的建设与运营，铁塔安全状态受到了广泛关注。提取铁塔运营过程的结构特征，计算铁塔倾斜度，实现铁塔安全监测是十分重要的问题。现阶段主要利用高精度免棱镜全站仪对铁塔结构进行测量，但该方法测量特征点少，难以全面反映铁塔结构特征，可靠性较低。地面三维激光扫描技术的推广，为铁塔安全监测提供了新的技术手段，它突破了传统的单点测量方法，具有高精度，高效率等优点，能通过海量三维点云数据获取被测物体表面几乎全部特征信息。

    梅文胜、李必军分别利用地面三维激光扫描仪进行了精细地形图测绘与建筑物特征提取，电力行业谢雄等人利用三维激光扫描仪实现了电力杆塔扫描检测；刘求龙等人利用三维激光扫描仪点云数据建立了惠龙变电站三维模型。由于电力铁塔结构形式多变，且扫描过程中受外界环境影响粗差点较多，点云后处理困难，针对这些问题，本文利用成都某变电站监测铁塔点云数据建立塔身独立坐标系，采用基于铁塔结构几何特征的RANSAC算法提取铁塔结构特征点云，计算铁塔倾斜度，实现了铁塔运营阶段安全监测。

    2地面三维激光扫描仪与塔身独立坐标系

    2.1扫描仪工作原理简介

地面三维激光扫描仪采用仪器内部坐标系,坐标原点为仪器中心,X、Y轴位于横向扫描面内,Z轴垂直于横向扫描面[7]。扫描仪发射激光射向目标点P,激光经反射后由仪器内部接收器接收,通过激光发射和接收时间差T计算目标点到仪器中心距离r,并记录横向扫描角φ和纵向扫描角θ,获取被测点球面坐标P(r,φ,θ),根据扫描仪球面坐标系与直角坐标系转换关系(公式1),得到被测点P的仪器内部空间直角坐标P(X,Y,Z)：

2.2塔身独立坐标系

    地面三维激光扫描仪获取的点云数据采用仪器内部坐标系,本文针对独立设站铁塔扫描点云,为便于后期铁塔结构点云提取、建模分析,利用铁塔点云数据根据铁塔结构几何特征建立塔身独立坐标系。图2为采用Maptek I-Site 8820扫描仪在成都某变电站监测项目中独立设站采集的铁塔点云数据。

图3铁塔原始点云数据图3为建立塔身坐标系流程图。作为铁塔结构变形重点分析部位,铁塔地线横担点云数据丰富、横担结构几何关系明显;因此定义横担中心为独立坐标系原点,横担中线为塔身坐标系X轴,Y轴顺电力线路前进方向垂直于X轴,Z轴垂直于XY平面。图4为利用地线横担点云建立的塔身坐标系原点与XY轴。