通信铁塔主体结构垂直度的检测技术研究

通信铁塔主体结构垂直度的检测技术研究

沈晓银

江苏华灿电讯集团股份有限公司     江苏省如皋市       226500

摘要：通信铁塔的组成部分包括天线支撑、爬梯、避雷针、平台以及塔体，通过对其实施热镀锌防腐后，可使用在无线网络信号、超短波以及微波等方面。为了不断强化服务半径，全面保障无线通信系统有稳步运转，应在最高点设置通讯天线，这样才能确保通讯效果更加理想。通讯天线要想达到一定高度，需要广播通信铁塔来支撑，这也充分体现了通讯网络中铁塔发挥的作用。备受移动，联通,电信,公安部队等部门的青睐和好评。但近年来国内接连发生铁塔坍塌事故，制定铁塔安装检测技术方案和评估标准，实现铁塔安装质量的早期诊断，对避免网架坍塌事故的发生具有重要的意义。

关键词：通信铁塔；安装质量；垂直度；研究

前言：通信铁塔的设计、加工、安装及风荷载是评价质量的重要指标。如何准确、实效的测量和校核铁塔储备使用年限是当前铁塔安装质量检验研究的重要课题。通信铁塔属于钢结构工业产品，其寿命有限，具备一定的功能性，为了确保通信效果，应在投入使用前重视对其的检测，通过定期维护和检测。当前从客观层面分析，广播通信铁塔检测仍面临的一些难题，具体表现为三个方面：第一，在通信基站数量的日益增多下，相关维护部门与建设部门明显存在“重速度、轻检测”的思想；第二，铁塔数量多且位置较为分散。广播通信铁塔经常处于无人看管状态，由于地理位置在荒郊野外，长时间受日晒雨淋，铁塔检测工作难以落实；第三，以往采取的铁塔检测手段不仅工作效率低，而且还费时费力，检测工作不够系统化，缺少专业仪器和相应技术。

目前对通信铁塔质量检测普片仍然依靠人工爬塔对其主要质量指标进行测量，存在一定的危险性和测量结果的不确定性，同时也存在着现场检测效率低，检测速度慢等不足之处，当前国内对铁塔主体结构质量检验仅限于经纬仪测量，然而受铁塔安装地形地貌的空间限制，必然带来高程传递误差。随着现代技术的发展和测绘仪器的开发，研究采用全站仪、三维激光扫描仪对铁塔安装质量进行全面检验与安全评估，对铁塔主体结构质量检测的先进性和科学性具有重要意义。

1项目实施方案

1.1研究内容

采用三种仪器对不同类型的铁塔进行安装质量检测，分析比较检验结果的精度及可靠性；研究什么情况下用什么仪器用具体检测方法测量精度更高等内容。

1.2研究目标

采用经纬仪、全站仪三角高程测量、三维激光扫描仪的精度及可靠性；全面对广播通信铁塔的安装质量进行分析比较，为今后铁塔使用储备年限提供具体数据及依据。

1.3实施方案与拟采用的技术路线

分别采用三种仪器对不同类型的铁塔检测其安装质量，依据采集数据进行计算，分析三种仪器的测量精度；同时针对各种类型铁塔确定检测方案，提高检测效率。根据通信铁塔主材类型通常分为以下几类：

a.角钢塔：主材及腹杆主要采用角钢制作的铁塔。根据截面变数不同有三角塔、四角塔、五角塔、六角塔、八角塔。常用的为三角塔和四角塔。

b.钢管塔：主材采用钢管，腹杆等采用角钢或者钢管制作的铁塔。根据截面变数不同有三角塔、四角塔、五角塔、六角塔、八角塔。常用的为三角塔和四角塔。

c.单管塔：整塔身采用单根大直径钢管制作的悬臂式构筑物。根据连接形式分为法兰单管塔、插接式单管塔。

d.桅杆（增高架）或拉线塔：由中央立柱和纤绳（或拉索）构成的高耸钢结构。根据落地形式分为屋面桅杆（增高架）或拉线塔和落地式桅杆（增高架）或拉线塔。

2检测技术方法

经通过对各种塔型的研究，对每种塔型分别使用经纬仪、全站仪、三维激光扫描仪三种仪器测量铁塔的垂直度，经反复研究论证，分类整理了三种测量方法，整理如下：

2.1经纬仪测量单管塔垂直度

此法要求有足够大的测量场地，使用经过计量检定（校准）合格经纬仪应安置在离钢塔桅1.5倍左右塔高的对向垂直方向安置固定观测点处，观测方向设在塔柱中心点延长线上，其偏差大小将会影响测量数据的准确性。

图1测点布置图

设置测站点O1，测量点号布置图见图1，盘左分别测量A1、B1、A2、B2水平角度数，然后再盘右分别测量A1、B1、A2、B2水平角度数，分别计算∠A2O1B1、∠A2O1A1、∠A2O1B2半测回角度值和一测回角度平均值，进一步换算“角度值垂直度偏差”为“长度值垂直度偏差”。通过转换定值的中间环节，可得出单位“角度值垂直度偏差”所对应的单位“长度值垂直度偏差”（1mm），即，垂直度=。在观测点O1的垂直方向再次设置观测点O2，重复上述步骤，整塔垂直度为两次测量的矢量和。

2.2全站仪测量角钢塔（钢管塔）垂直度

此法同样要求有足够大的测量场地，使用经过计量检定（校准）合格经纬仪应安置在离钢塔桅1.5倍左右塔高的对向垂直方向安置固定观测点处，观测方向设在塔柱中心点延长线上，其偏差大小将会影响测量数据的准确性。

图2测点布置图

a.铁塔高度

设地6点坐标为（X6,Y6,Z6），第7点坐标为（X7,Y7,Z7）。H=|Z6-Z7|

b.铁塔垂直度

设在铁塔上任意两个位置选取中心线上的两点，其第1点坐标为（X1,Y1,Z1）,第2点坐标为（X2,Y2,Z2），可计算铁塔偏离竖直线的角度为：

铁塔垂直度为：

2.3三维激光扫描仪测量角钢塔（钢管塔）垂直度

a.通信塔点云数据获取

仪器自定义的坐标系统的激光扫描系统在运用时：Ｘ轴、Ｙ轴分别处于横向扫描面内、横向扫描面内，其中Y轴垂直于Ｘ轴，Ｚ轴垂直于横向扫描面。基于仪器架设位置的差异性，每站扫描点云数据会受到坐标系统不相同的影响，在相同坐标系基础上，将各站数据整合成完整通信塔，拼接过程中，以第一站仪器坐标系为基础，得到的结果如图3所示。

图3通信塔点云数据

b.通信塔点云数据处理

通信塔单塔占地面积较小，塔脚基础规模适中，作为点式高耸建筑物，其塔身为矩形，在出现倾斜变形时较为敏感。通信塔点云数据处理期间作业时间长且繁琐复杂，数据量可达到七百万，在研究结果方面，多数点云并不会带来较大影响。通常来说，可选择分层手段降低数据量，自上而下运用点云切片对铁塔整体情况进行充分反映。从塔底1.5米以上至26.5米以下部位选择部分塔身点云数据，将其整合为长1米厚度为1厘米的规格，再实施分层处理，点云切片共获得38个。另外，对各层点云切片平均高程实施准确计算，发图4所示为平均高程经过点云投影到平面后获得的分层结果。

图4铁塔分层点云数据

再通过边界提取、边界分割、直线拟合及切片角点计算，进而获取切片边界分割结果共计26个，对于分割后的边界选择了稳健整体最小二乘的方法实施拟合，如图5（a）呈现出了最终结果。结合相关直线参数，切片中心及触点坐标可采取相交直线予以计算，如图5（b）呈现出了铁塔线框图。

图5直线拟合与铁塔整体效果

c.数据处理结果与分析

底层切片中心为基础，认为未发生偏移，计算底层中心坐标求x,y差值，按照铁塔垂直度计算各层垂直度，公式如下：

G=E/H×100%

式中：G为垂直度，E为倾斜后偏移距离，H为对应的高度。

结论：

本文介绍了三种不同的测量方法，可操作性强。通过使用三种不同测量仪器对不同塔型的通信铁塔进行主体结构安装质量检测后，得出如下结论：a.检测单管塔、拉线塔及桅杆的安装质量可采用测量角度方法进行检测，检测设备可采用经纬仪或者全站仪；b.检测角钢塔或者钢管塔的安装质量可采用测量坐标方法进行检测，检测设备可采用全站仪或者三维激光扫描仪；现场检测通信铁塔时，需根据铁塔所处的实际地理位置，通视条件、委托方的要求等情况，合理选择检测方法。

参考文献：

[1]秦岭.通信铁塔安装质量检测系统的设计与应用——AP1000核岛钢结构工程CR10支架应用实施[J].广东通信技术,2016.09:65-68.