CN103839194B - 基于输电线路和gis的无人机巡检图像检索系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统及方法,包括:图像处理服务器、外部信号输入装置、结果显示装置、无人机和地面监控站;所述外部信号输入装置将外部信号或指令输入所述图像处理服务器,所述结果显示装置将所述图像处理服务器的处理结果输出,所述地面监控站读取所述无人机的飞行状态信息和巡检结果数据并将读取数据发送到所述图像处理服务器,所述地面监控站与所述图像处理服务器无线通信。本发明可以提高巡检结果数据检索和处理的效率,降低巡检图像处理的成本;提高了服务器检索和处理图像的速度,降低了巡检结果的处理时间成本。

Description

基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统的运行检修领域,尤其涉及一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统及方法。背景技术

[0002] 无人机巡线在输电线路巡检中发挥着越来越重要的作用,可大大减轻电力服务人员的工作负荷,减少可能发生的人员危险的机率,降低电力设备的维护成本,提高电网的安全性和可靠性。

[0003] 在无人机巡检过程中,巡检结果的处理是无人机巡检的核心内容。如何高效、快速的对无人机巡检的结果数据图像进行处理,将无人机巡检拍摄的图像与巡检的输电线路信息进行匹配,一直是困扰无人机巡检的一个难题。无人机巡检拍摄图像的过程中,无法确定拍摄图像中的输电线路设备与实际输电线路设备的对应关系,只能根据拍摄图像的图像信息人工判断所属杆塔或输电线路段,这使得巡检图像信息与输电线路信息的对应极易出错,导致巡检图像信息和巡检缺陷信息与输电线路设备对应不准,影响缺陷判断和缺陷消缺的效率;如果无法将巡检图像与对应杆塔进行匹配,就无法有效、快速的根据输电线路信息和线路杆塔信息检索对应的图像和缺陷信息,更无法有效的对巡检的结果进行处理,影响无人机巡检结果处理的效率和准确性。

[0004] 在图像信息匹配和检索方面,国内外有比较多的专利、论文和其他资料公开。比如,华北电力大学的袁辉、余萍等人的“电力设备图像特征提取和分类方法的研究”和孙霞、 王致杰等人的“大型变电站远程监控系统的故障诊断”,针对图像内容和电力设备特征信息,识别出图像中设备类型,对图像进行分类,实现设备图像的检索,但是该方法仅能识别设备类型,无法识别设备的型号,更无法将图像与对应输电线路段、杆塔编号、巡检地理信息相关联。申请号为“200910077920.2”的《一种词典图像检索系统》专利,根据索引表检索图像信息,但是没有给出如何跟图像属性信息或者内容检索对应的图像。申请号为 “200910152883.7”的《面向WEB2.0标签图像共享空间的图像检索聚类方法》和申请号为 “200810104942.9”的《网络图像搜索中基于聚类的相关反馈检索方法》,通过聚类分析的方式进行图像分类,该种图像分类和检索方法通过图像文本信息内部之间关系进行分类和检索,无人机巡检图像文本信息中并不涉及到相应输电线路信息和杆塔信息,无法进行聚类分析和分类。以上专利或者论文均是关于图像信息匹配和检索的技术装置或者系统,但是都没有在电力系统中无人机线路巡检图像处理中应用,处于理论研究层面,无法应用于无人机输电线路巡检领域。

[0005] 综上所述,现在图像信息匹配和检索方法中,缺少有效的无人机巡检图像与输电线路信息的匹配方法和检索方法,无法根据图像信息准确的确定图像中的输电线路设备的编号和类型,其他行业的图像属性匹配和检索方法直接应用到无人机线路巡检结果处理系统中,其效果并非理想,尚有许多问题需要解决。

发明内容

[0006]为了解决以上问题,本发明提供了一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统及方法。该方法可以提高巡检结果处理的自动化和信息化程度,提高对巡检结果的检索和处理效率,降低巡检结果处理的成本。

[0007]为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

[0008] 一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统,包括:图像处理服务器、夕卜部信号输入装置、结果显示装置、无人机和地面监控站;所述图像处理服务器用于完成输入的巡检数据的GPS位置匹配和输电线路信息的匹配,与GIS信息相关联,并根据输电线路信息和GIS信息的检索相应的巡检图像,对巡检图像进行管理,所述外部信号输入装置将外部信号或指令输入所述图像处理服务器,所述结果显示装置将所述图像处理服务器的处理结果输出,所述地面监控站读取所述无人机的飞行状态信息和巡检结果数据并将读取数据发送到所述图像处理服务器,所述地面监控站与所述图像处理服务器无线通信。

[0009]所述图像处理服务器包括:外部信号识别模块、数据存储模块、GPS位置匹配模块、输电线路匹配模块、GIS信息关联模块、图像信息处理模块、通信模块分别与数据处理模块双向通信;所述外部信号识别模块与所述外部信号输入装置连接,所述图像信息处理模块与所述结果显示装置连接,所述通信模块与所述地面监控站连接。

[0010] 所述数据处理模块包括:逻辑处理单元、时钟同步单元和状态监控单元;所述逻辑处理单元,用于对外部指令进行逻辑计算和处理;所述时钟同步单元,用于同步地面监控站和无人机的时钟;所述状态监测单元,通过无线通信方式,实时监测无人机的状态信息,并读取地面监控站中的巡检结果数据。

[0011]所述输电线路匹配模块包括:输电线路管理单元和图像匹配单元;所述输电线路管理单元,用于输电线路信息的处理;所述图像匹配单元,用于通过GPS位置信息,实现巡检图片与输电线路杆塔或者杆塔段的匹配。

[0012]所述GIS信息关联模块,包括:GIS线路数据管理单元、GIS信息展示单元、GIS信息关联单元、GIS图片展示单元和GPS定位单元;所述GIS线路数据管理单元,用于输电线路信息的导入和导出操作;所述GIS信息展示单元,用于GIS地图信息的展示;所述GIS信息关联单元,用于将图片信息与GIS信息通过输电线路信息相关联,确定巡检图像拍摄的具体数据信息;所述GIS图片展示单元,用于展示选定区域内的输电线路信息以及输电线路对应的巡检图片;所述GPS定位单元,用于通过GPS在GIS地图上定位,并将该GPS位置一定半径内的输电线路以及输电线路上对应的图片信息标识展出。

[0013]所述图像信息管理模块包括:图像检索单元和图像属性信息编辑单元;所述图像检索单元,用于提供检索图像以及对应的图像属性信息;所述图像属性信息编辑单元,用于对图像的属性信息进行编辑。

[0014] 所述通信模块采用但不限于当前的GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE以及WIFI通讯制式的无线通信方式。

[0015] 一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统的检索方法,包括如下步骤:

[0016] (I)巡检结果数据的导入:通过无线通信或者SD卡的方式将巡检图像、巡检过程数据、巡检监测数据以及飞控日志导入到所述无人机巡检图像检索系统中。

[0017] (2)巡检图像GPS位置匹配:根据巡检的图像及数据确定巡检图像拍摄时的GPS位置。

[0018] (3)输电线路信息匹配:根据步骤(2)中确定的图像拍摄时的GPS位置以及飞控监测数据确定对应的输电线路杆塔或者杆塔段。

[0019] (4)巡检图像与GIS信息关联:根据拍摄图像中的杆塔或者杆塔段与相应的GIS信息进行关联,确定巡检图像拍摄区域的信息,实现通过GIS信息查询相应的巡检图像及其属性信息。

[0020] (5)图像属性信息确认:如果是通过参考GPS位置确定的输电线路设备的,提示用户通过手工方式进行确认是否为拍摄的杆塔或者杆塔段,确认后,如果不需要调整和修改相应的属性信息的进入步骤(6);需要调整和修改的,则对拍摄图片对应的杆塔和杆塔段进行手工调整和修改后,进入步骤(4),并将相应图像信息标识为确认完成。

[0021] (6)图像匹配完成,可以根据巡检图像拍摄区域的GIS信息和输电线路信息进行相应图像ig息检索。

[0022]所述确定巡检图像拍摄时的GPS位置的方法为:

[0023] (I)读取巡检图像的拍摄时间Photo_T,所述图片拍摄时间可精确到0.01秒。

[0024] (2)读取无人机飞行的6?3位置信息和6?3位置对应的时间,记为:〈6?3,6?3_1'>,其中,GPS的值包含了经度值和玮度值,时间精确到0.01秒。

[0025] (3)根据巡检图像的拍摄时间Photo_T,到无人机GPS获取时间GPS_T中进行检索合格比对,在时间检索范围为Photo_T± I秒的范围内,获取最接近的时间;如果获取不到最为接近时间,则扩大时间检索范围为Photo_T±2秒,确定最接近时间GPS_T1;还无法获取的,则扩大时间检索范围为Photo_T 土 4秒,确定最接近时间GPS_T1 ;还无法获取的,则扩大时间检索范围为Photo_T土 10秒,确定最接近时间GPS_TI ;还是无法检索到的,查询到最接近的时间为参考时间GPS_T2,根据参考时间GPS_T2获取的GPS位置为参考GPS值。

[0026] (4)通过确定的GPS读取时间GPS_T1,确定巡检图像拍摄的photo_GPSl(photo_gps_x,photo_gps_y)位置;根据参考时间GPS_T2,确定巡检图像的参考photo_GPS2位置。

[0027]所述确定对应的输电线路杆塔或者杆塔段的方法为:

[0028] (1)根据确定的巡检图像拍摄的?110切_6?31位置或者参考?110丨0_6?32位置,到数据存储模块中的飞行监测数据中,根据拍摄photo_GPSl位置查询巡检的水平线距L和拍摄水平视角A。

[0029] (2)计算杆塔GPS位置,根据图像拍摄的photo_GPSl位置,以及对应的水平线距L和拍摄视角A,计算对应的巡检图像拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl(line_gps_x,I ine_gps_y);具体计算算法如下:

[0030] (a)计算偏移距离 tower_L: tower_L=L/sinA;

[0031] (b)计算偏移方向,从数据存储模块中的无人机飞行状态信息中,读取无人机的飞行航向,并根据飞行航线和拍摄视角,计算出偏移视角线与正北方向的偏移角度C。

[0032] (c)计算图像拍摄的输电线路设备的GPS位置,根据图像拍摄的photo_GPSl位置(photo_gps_x,photo_gps_y)、偏移距离towerJJfP偏移角度C,计算对应的巡检图像拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl(line_gps_x,line_gps_y):

[0033] Iine_gps_x=photo_gps_x+tower_L*s inc

[0034] Iine_gps_y=photo_gps_y+tower_L*cosc0

[0035] (3)匹配巡检图像的输电线路杆塔或者杆塔段;具体方法为:

[0036] (a)根据计算出的巡检图像中拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl,到输电线路信息数据库中查询对应的GPS位置最为接近的输电线路杆塔towerO。

[0037] (b)将towerO的GPS位置值towerO_GPS与拍摄杆塔位置的GPS位置值towerO进行比较,如果两个位置的偏差在默认偏差值w以内,则认为拍摄杆塔为对应杆塔towerO,进入步骤(c);否则,认为是输电线路杆塔段,进入步骤(d)。

[0038] (c)查找相应杆塔信息中的杆塔标号,在图像文件属性信息的主题中写入对应的杆塔编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h)。

[0039] (d)查询杆塔线路上的前序pre_tower为杆塔towerO前序的第一个杆塔,后续杆塔post_tower为后序的第一个杆塔。

[°04°] (e)根据杆塔的towerO,和前序的杆塔pre_tower,确定该GPS值是否在(pre_tower,towerO )的杆塔段中,如果在图像文件属性信息主题中以pre_tower_tower0格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h);否则,查找后序杆塔post_tower,确定杆塔towerO是否在(towerO,post_tower)杆塔段中,如果在图像文件属性信息主题中以tower0-post_tower格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h),否则进入步骤(f)。

[0041] (f)判断前序杆塔或者后续杆塔与杆塔towerO的塔序号大于等于2的进入步骤(g),否则,将前序杆塔pre_tower和后续杆塔post_tower分别向外扩充一个杆塔,进入步骤Ce);

[0042] (g)确定杆塔段为(pre_tower,post_tower),查询pre_tower杆塔和post_tower杆塔的杆塔号,在图像文件属性信息主题中以pre_tower_post_tower格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h)。

[0043] (h)确定巡检图片对应杆塔或者杆塔段,结束计算。

[0044] (4)巡检图像关联输电线路信息;根据巡检图像以及巡检图像对应的输电线路杆塔或者杆塔段,关联相应的输电线路信息,便于通过输电线路信息检索相应的巡检图像信息。

[0045]本发明的有益效果:

[0046] 1.依据本发明,可将巡检的图像与图像所拍摄的输电线路设备自动匹配,并通过匹配结果关联相应的GIS信息,使得可以通过输电线路信息和GIS信息对巡检图像进行检索,提高巡检结果数据检索和处理的效率,降低巡检图像处理的成本。

[0047] 2.通过无人机巡检吊舱拍摄图像的时间,以及对无人机巡检的监测数据计算图像拍摄的GPS位置,从而根据无人机的航向、拍摄角度计算出拍摄的杆塔或者杆塔,无需进行图像识别,即可确定图像中拍摄的输电线路设备,减少了计算时间和计算复杂度,提高了服务器检索和处理图像的速度,降低了巡检结果的处理时间成本。

[0048] 3.巡检图像通过巡检的杆塔与GIS信息相对应,使得巡检图像可通过拍摄图像所属的行政区域、地理位置、地形地貌、海拔高度甚至气象信息和环境信息,检索相应的巡检图像,便于对巡检结果通过GIS信息的方式进行检索和处理,对于以行政区域划分的地市供电公司的输电线路管理的线路运检方式,十分方便对巡检图像中的巡检缺陷的处理,还可为运检消缺人员提供必要的消缺地理信息,提高图像中线路缺陷的效率,降低缺陷消缺的成本。

附图说明

[0049]图1为本发明系统总体结构图;

[0050]图2为本发明系统总体流程图;

[0051 ]图3为本发明无人机巡检示意图;

[0052]图4为本发明GPS位置匹配流程图;

[0053]图5为本发明输电线路匹配流程图。

[0054]其中,1.外部信号输入装置,2.图像处理服务器,3.无人机,4.地面监控站,5.结果显示装置,6.外部信号识别模块,7.数据处理模块,8.输电线路匹配模块,9.GIS信息关联模块,10.通信模块,11.数据存储模块,12.图像信息管理模块,13.GIS位置匹配模块。

具体实施方式

[0055]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

[0056]如图1所示,一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统,包括:图像处理服务器2、外部信号输入装置1、结果显示装置5、无人机3和地面监控站4;其中,图像处理服务器2与地面监控站4之间实现一对一或者一对多连接,外部信号装置I与图像处理服务器2之间一对一连接,结果显示装置5与图像助理服务器2之间一对一连接。

[0057]上述图像处理服务器2,用于完成输入的巡检数据的GPS位置匹配和输电线路信息的匹配,与GIS信息相关联,并根据输电线路信息和GIS信息的检索相应的巡检图像,对巡检图像进行管理。

[0058]上述外部信号输入装置I,用于外部信号和指令的输入,与图像处理服务器2相连接,完成外部信号和指令的输入和处理,根据外部信号完成相应的数据的输入和处理。

[0059]上述结果显示装置5,用于系统处理结果的输出和展示,与图传处理服务器2的输入端相连接,依据接受到的外部命令获取所述巡检图像数据,将巡检图像数据的处理结果通过音频、视频或者图像的方式输出出来。

[0060]外部信号输入装置I,采用触摸板实现外部信号的输入,还可选择或者组合遥控器、位移跟踪设备、六自由度运动平台、键盘、鼠标、语音识别设备或者图像识别设备。

[0061]结果显示装置5,采用显示器作为系统处理结果的输出装置,还可选择或者组合音频设备、视频设备、多通道环幕立体投影系统。

[0062]上述无人机3,包括用于作为线路检测终端的吊舱模块,对无人机飞行平台进行飞行控制的飞行控制模块,进行GPS定位的GPS模块,用于与移动子站进行通信的通信模块以及无人机机体。飞行控制模块、吊舱模块和GPS模块分别通过数传通信链路与地面监控站进行通信;吊舱模块通过图传通信链路将检测图像信息发送到地面监控站,吊舱模块中的检测方式包括可见光摄像机和/或红外热成像摄像机和/或紫外成像摄像机等。无人机机体可采用固定翼、旋翼、多旋翼等形式的无人机机体。

[0063]上述地面监控站4,通过数传链路与无人机相连接,用于读取无人机的飞行状态信息,并与无人机同步时钟。地面监控站4还可通过图传链路与无人机相连接,用于读取无人机的巡检视频数据。地面监控站中配置有SD卡读取器,用于读取检测终端中相机SD存储卡中拍摄的无人机巡检图像和视频。地面监控站4通过无线通信的方式与图像处理服务器2相连接,将无人机飞行状态信息和巡检结果数据,发送到图像处理服务器2中。[〇〇64]上述图像处理服务器2,含有外部信号识别模块6、数据处理模块7、数据存储模块 11、GPS位置匹配模块13、输电线路匹配模块8、GIS信息关联模块9、图像信息处理模块12和通信模块10。图像处理服务器2中的外部信号识别模块6与外部信号输入装置1相连接,完成外部信号和指令的输入和处理,根据外部信号完成相应的数据的输入和处理。图像信息管理模块12与结果显示装置5相连接,用于完成处理结果的展示。[〇〇65]其中,上述图像处理服务器2,所述外部信号识别模块6,用于接入外部信号输入装置中的外部信号和指令,并对外部信号和指令进行识别和解析,将解析后的外部指令发送到数据处理模块进行处理。[〇〇66]上述图像处理服务器2,所述数据处理模块7,用于对完成外部指令的解析和处理, 根据外部指令,对系统数据进行处理,还可同步系统时钟,保持时间的唯一性,监测无人机和地面监控站的实时状态信息。该数据处理模块7,包括了逻辑处理单元、时钟同步单元和状态监控单元。其中逻辑处理单元,用于响应外部指令,进行相应的逻辑计算和处理;时钟同步单元,用于同步地面监控站和无人机的时钟,确保系统与地面监控站、无人机之间的时钟同步;状态监测单元通过无线通信方式,实时监测无人机的状态信息包括无人机的GPS位置、吊舱拍摄角度、飞行水平线距,并读取地面监控站中的巡检结果数据。

[0067]上述图像处理服务器2,所述数据存储模块11,用于存储系统数据,提供数据的增删改查功能;对存储的图片进行唯一性的命名,确保系统中该图片的名称和ID号唯一;还提供以输电线路信息或者GIS信息为查询条件,对图像信息的快速检索。[〇〇68]上述图像处理服务器2,所述GPS位置匹配模块13,用于根据巡检图像拍摄时间,与读取GPS位置时间进行比对,获取最接近的GPS读取时间,从而根据无人机的GPS读取时间, 确定巡检图像拍摄的GPS位置。[〇〇69]上述图像处理服务器2,所述输电线路匹配模块8,用于根据巡检图像拍摄的GPS位置、无人机与输电线路之间的水平线距、拍摄角度,杆塔档距,计算巡检图像中拍摄输电线路的GPS位置,将该GPS位置与数据库中输电线路信息中杆塔的GPS位置进行比对,确定图像所属的杆塔或者杆塔段。该输电线路匹配模块,包括输电线路管理单元和图像匹配单元。其中,输电线路管理单元,用于输电线路信息的导入、导出、查询、浏览、删除和编辑操作;图像匹配单元,用于通过GPS位置信息,实现巡检图片与输电线路杆塔或者杆塔段的匹配。

[0070]上述图像处理服务器2,所述GIS信息关联模块9,用于根据巡检图像对应的杆塔或者杆塔段的GPS位置信息,将图片信息与GIS信息通过输电线路信息相关联。该GIS信息关联模块,包括了 GIS线路数据管理单元,GIS信息展示单元、GIS信息关联单元、GIS图片展示单元、GPS定位单元。其中,GIS线路数据管理单元,用于输电线路信息的导入和导出操作;GIS 信息展示单元,用于GIS地图信息的展示;GIS信息关联单元,用于将图片信息与GIS信息通过输电线路信息相关联,确定巡检图像拍摄的地理位置、所属行政区域、图片拍摄杆塔的编号、杆塔型号、材质、性质、档距、电压等级,GPS位置、运行维护班组、所属单位等;GIS图片展示单元,用于根据选定的GIS地理区域,展示该区域内的设计到的输电线路信息以及输电线路对应的巡检图片的缩略图;GPS定位单元,用于通过GPS在GIS地图上定位,并将该GPS位置一定半径内的输电线路标识出来,并将输电线路上对应的图片信息以缩略图的形式展示出来,GPS定位半径可配置,默认为300米。

[0071]上述图像处理服务器2,所述图像信息管理模块12,用于图像的浏览、查询、检索和播放等操作,还用于对图像属性信息的删除、编辑等操作。图像信息管理模块包括图像检索单元和图像属性信息编辑单元。其中,图像检索单元,用于提供根据地理位置、所属行政区域、图片拍摄杆塔的编号、杆塔型号、材质、性质、档距、电压等级,GPS位置、运行维护班组、所属单位等检索图像以及对应的图像属性信息;图像属性信息编辑单元,用于对图像的属性信息进行增加、编辑、删除和维护等操作。

[0072]上述图像处理服务器2,所述通信模块10,用于实现与地面监控站之间的数据的交互,从地面监控站中读取无人机的GPS位置、GPS时间、水平线距、拍摄角度、飞行状态等监测数据,并将监测数据上送到图像处理服务器中。该通信模块采用包括但不限于当前的GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE以及WIFI通讯制式无线移动通信。

[0073]如图2所示,一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统的检索方法,包括:

[0074]步骤一、巡检结果数据的导入,通过无线通信或者SD卡的方式将巡检图像、巡检过程数据、巡检监测数据以及飞控日志导入到系统中。

[0075]步骤二、巡检图像GPS位置匹配,根据巡检的飞控监测数据、飞控日志、巡检图像、巡检过程数据等确定巡检图像拍摄时的GPS位置。

[0076]步骤三、输电线路信息匹配,根据确定的图像拍摄的GPS位置以及飞控监测数据确定对应的输电线路杆塔或者杆塔段。

[0077]步骤四、巡检图片与GIS信息关联,根据拍摄图像中的杆塔或者杆塔段与相应的GIS信息进行关联,确定巡检图像拍摄区域的地理信息、环境信息、气象信息和所属的行政区域等信息,实现通过GIS信息或者气象信息等查询相应的巡检图像及其属性信息。

[0078]步骤五、图像属性信息确认,如果是通过参考GPS位置确定的输电线路设备的,提示用户通过手工方式进行确认是否为拍摄的杆塔或者杆塔段,确认后,如果不需要调整和修改相应的属性信息的进入步骤六;需要调整和修改的,则对拍摄图片对应的杆塔和杆塔段进行手工调整和修改后,进入步骤四,并将相应图像信息标识为确认完成。

[0079]步骤六,图像匹配完成,提供相应图像检索方法,可根据巡检图像拍摄区域的GIS信息和输电线路信息进行相应图像信息检索。

[0080]如图4所示,确定巡检图像拍摄时的GPS位置的方法为:

[0081] 1、读取的图片的拍摄时间,在图片属性信息包含有该图片拍摄时间Photo_T,图片拍摄时间可精确到0.01秒。

[0082] 2、读取无人机飞行的GPS位置信息和GPS位置对应的时间,如下格式:<GPS,GPS_T>,该时间T可精确到0.01秒,GPS值包含了经度值和玮度值。

[0083] 3、根据巡检图像拍摄时间Photo_T,到无人机GPS获取时间中GPS_T进检索合格比对,时间检索范围为Photo_T ± I秒的范围内,获取最接近的时间;如果获取不到最为接近时间,则扩大时间检索范围为Photo_T±2秒,确定最接近时间GPS_T1;还无法获取的,则扩大时间检索范围为Photo_T 土 4秒,确定最接近时间GPS_TI;还无法获取的,则扩大时间检索范围为Photo_T土 10秒,确定最接近时间GPS_T1;还是无法检索到的,查询到最接近的时间为参考时间GPS_T2,根据参考时间GPS_T2获取的GPS位置为参考GPS值。[〇〇84] 4、通过确定的GPS读取时间,确定巡检图像拍摄的photo_GPSl位置;参考时间对应的为参考photo_GPS2位置。

[0085]巡检图像的输电线路杆塔匹配流程包含如下4个步骤:[〇〇86] 1、根据确定的巡检图像拍摄的photo_GPSl位置或者参考photo_GPS2位置,到数据存储模块中的飞行监测数据中,根据拍摄photo_GPSl位置查询巡检的水平线距L和拍摄水平视角A,无人机巡检示意图如图3所示。[〇〇87] 2、计算杆塔GPS位置,根据图像拍摄的photo_GPSl位置,以及对应的水平线距L和拍摄视角A,计算对应的巡检图像拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl,计算算法如下:

[0088] 1)计算偏移距离 tower_L: tower_L=L/sinA。

[0089] 2)计算偏移方向,从数据存储模块中的无人机飞行状态信息中,读取无人机的飞行航向,并根据飞行航线和拍摄视角,计算出偏移视角线与正北方向的偏移角度C。

[0090] 3)计算图像拍摄的输电线路设备的GPS位置,根据图像拍摄的photo_GPSl位置 (photo_gps_x,photo_gps_y)、偏移距离towerJJfP偏移角度C,计算对应的巡检图像拍摄的输电线路设备的6?3位置口11〇1:〇_1^116_6?31(1;[116_8口8_1,1;[116_8口8_5〇:[0091 ] 1ine_gps_x=photo_gps_x+tower_L*s inc

[0092] line_gps_y=photo_gps_y+tower_L*cosc〇

[0093] 3、匹配巡检图像的输电线路杆塔或者杆塔段,如图5所示,其流程如下:[〇〇94] 1)根据计算出的巡检图像中拍摄的输电线路设备的GPS位置ph〇t〇_Line_GPSl,到输电线路信息数据库中查询对应的GPS位置最为接近的输电线路杆塔towerO。[〇〇95] 2)将towerO的GPS位置值towerO_GPS与拍摄杆塔位置的GPS位置值towerO进行比较,如果两个位置的偏差在默认偏差值w在10米以内的则认为拍摄杆塔为对应杆塔towerO, 进入步骤3);否则,则认为为输电线路杆塔段,进入步骤4)。杆塔偏差值w可配置,默认为10 米。

[0096] 3)查找相应杆塔信息中杆塔标号,在图像属性信息中标题中写入对应的杆塔编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤8)。[〇〇97] 4)查询杆塔线路上的前序pre_t〇Wer为杆塔towerO前序的第一个杆塔,后续杆塔post_tower为后序的第一个杆塔。[0〇98] 5)根据杆塔的towerO,和其前序的杆塔pre_tower,确定该GPS值是否在(pre_tower,towerO )的杆塔段中,如果在图像信息中标题中以pre_tower_tower0格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,则进入步骤8);否则,查找后序杆塔post_tower,确定杆塔towerO是否在(towerO,post_tower)杆塔段中,如果在图像信息中标题中以t〇Wer〇-p〇st_t〇Wer格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,则进入步骤8),否则进入步骤6)。[〇〇99] 6)判断前序杆塔或者后续杆塔与杆塔towerO的塔序号大于等于2的进入步骤7),否则,将前序杆塔pre_tower和后续杆塔post_tower分别向外扩充一个杆塔,进入步骤5)〇 [〇1〇〇] 7)确定杆塔段为(pre_tower,post_tower),查询pre_tower杆塔和post_tower杆塔的杆塔号,在图像信息中标题中以pre_tower_post_tower格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤8)。

[0101] 8)确定巡检图片对应杆塔或者杆塔段,结束计算。

[0102] 4、巡检图像关联输电线路信息,根据巡检图像以及巡检图像对应的输电线路杆塔或者杆塔段,关联相应的输电线路信息,包括输电线路中的图片拍摄杆塔的编号、杆塔型号、材质、性质、档距、电压等级,GPS位置、运行维护班组、所属单位等,便于通过输电线路信息检索相应的巡检图像信息。

[0103]上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统的检索方法,其特征是,所述的基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统包括:图像处理服务器、外部信 号输入装置、结果显示装置、无人机和地面监控站;所述图像处理服务器用于完成输入的巡检数据的GPS位置匹配和输电线路信息的匹 配,与GIS信息相关联,并根据输电线路信息和GIS信息的检索相应的巡检图像,对巡检图像 进行管理,所述外部信号输入装置将外部信号或指令输入所述图像处理服务器,所述结果 显示装置将所述图像处理服务器的处理结果输出,所述地面监控站读取所述无人机的飞行 状态信息和巡检结果数据并将读取数据发送到所述图像处理服务器,所述地面监控站与所 述图像处理服务器无线通信;所述的检索方法包括如下步骤:(1) 巡检结果数据的导入:通过无线通信或者SD卡的方式将巡检图像、巡检过程数据、 巡检监测数据以及飞控日志导入到所述无人机巡检图像检索系统中;(2) 巡检图像GPS位置匹配:根据巡检的图像及数据确定巡检图像拍摄时的GPS位置;(3) 输电线路信息匹配:根据步骤(2)中确定的图像拍摄时的GPS位置以及飞控监测数 据确定对应的输电线路杆塔或者杆塔段;(4) 巡检图像与GIS信息关联:根据拍摄图像中的杆塔或者杆塔段与相应的GIS信息进 行关联,确定巡检图像拍摄区域的信息,实现通过GIS信息查询相应的巡检图像及其属性信 息;(5) 图像属性信息确认:如果是通过参考GPS位置确定的输电线路设备的,提示用户通 过手工方式进行确认是否为拍摄的杆塔或者杆塔段,确认后,如果不需要调整和修改相应 的属性信息的进入步骤(6);需要调整和修改的,则对拍摄图片对应的杆塔和杆塔段进行手 工调整和修改后,进入步骤(4),并将相应图像信息标识为确认完成;(6) 图像匹配完成,可以根据巡检图像拍摄区域的GIS信息和输电线路信息进行相应图 像fg息检索。
2.如权利要求1所述的一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统的检索方 法,其特征是,所述确定巡检图像拍摄时的GPS位置的方法为:(1) 读取巡检图像的拍摄时间Photo_T;(2) 读取无人机飞行的GPS位置信息和GPS位置对应的时间,记为:〈GPS,GPS_T>,其中, GPS的值包含了经度值和炜度值;(3) 根据巡检图像的拍摄时间Photo_T,到无人机GPS获取时间GPS_T中进行检索合格比 对,在时间检索范围为Photo_T ± 1秒的范围内,获取最接近的时间;如果获取不到最为接近 时间,则扩大时间检索范围为Photo_T±2秒,确定最接近时间GPS_T1;还无法获取的,则扩 大时间检索范围为Photo_T±4秒,确定最接近时间GPS_T1;还无法获取的,则扩大时间检索 范围为Photo_T± 10秒,确定最接近时间GPS_T1;还是无法检索到的,查询到最接近的时间 为参考时间GPS_T2,根据参考时间GPS_T2获取的GPS位置为参考GPS值;(4) 通过确定的GPS读取时间GPS_T1,确定巡检图像拍摄的photo_GPSl(photo_gps_x, ph〇t〇_gps_y)位置;根据参考时间GPS_T2,确定巡检图像的参考photo_GPS2位置。
3.如权利要求1所述的一种基于输电线路和GIS的无人机巡检图像检索系统的检索方 法,其特征是,所述确定对应的输电线路杆塔或者杆塔段的方法为: (1)根据确定的巡检图像拍摄的photo_GPSl位置或者参考photo_GPS2位置,到数据存储模块中的飞行监测数据中,根据拍摄photo_GPSl位置查询巡检的水平线距L和拍摄水平视角A; (2)计算杆塔GPS位置,根据图像拍摄的photo_GPSl位置,以及对应的水平线距L和拍摄视角A,计算对应的巡检图像拍摄的输电线路设备的GP S位置pho t o_L i n e_GPS I (I i n e_gp s_x,line_gps_y);具体计算算法如下: (a)计算偏移距离 tower_L: tower_L = L/ sinA; (b)计算偏移方向,从数据存储模块中的无人机飞行状态信息中,读取无人机的飞行航向,并根据飞行航线和拍摄视角,计算出偏移视角线与正北方向的偏移角度C; (c)计算图像拍摄的输电线路设备的GPS位置,根据图像拍摄的photo_GPSl位置(photo_gps_x,photo_gps_y)、偏移距离towerJJfP偏移角度C,计算对应的巡检图像拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl(line_gps_x,line_gps_y); Iine_gps_x = photo_gps_x+tower_L*s inC; Iine_gps_y=photo_gps_y+tower_L*cosC; (3)匹配巡检图像的输电线路杆塔或者杆塔段;具体方法为: (a)根据计算出的巡检图像中拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl,到输电线路信息数据库中查询对应的GPS位置最为接近的输电线路杆塔towerO; (b)将towerO的GPS位置值towerO_GPS与巡检图像中拍摄的输电线路设备的GPS位置photo_Line_GPSl进行比较,如果两个位置的偏差在默认偏差值w以内,则认为拍摄杆塔为对应杆塔towerO,进入步骤(c);否则,认为是输电线路杆塔段,进入步骤(d); (c)查找相应杆塔信息中的杆塔标号,在图像文件属性信息的主题中写入对应的杆塔编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h); (d)查询杆塔线路上的前序pre_tower为杆塔towerO前序的第一个杆塔,后续杆塔post_tower为后序的第一个杆塔; (e)根据杆塔的towerO,和前序的杆塔pre_tower,确定towerO的GPS位置值towerO_GPS是否在(pre_tower,towerO)的杆塔段中,如果在图像文件属性信息主题中以pre_tower_towerO格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h);否则,查找后序杆塔post_tower,确定杆塔towerO是否在(towerO,post_tower)杆塔段中,如果在图像文件属性信息主题中以towerO-post_tower格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h),否则进入步骤(f); (f)判断前序杆塔或者后续杆塔与杆塔towerO的塔序号大于等于2的进入步骤(g),否贝1J,将前序杆塔pre_tower和后续杆塔post_tower分别向外扩充一个杆塔,进入步骤(e); (g)确定杆塔段为(pre_tower,post_tower),查询pre_tower杆塔和post_tower杆塔的杆塔号,在图像文件属性信息主题中以pre_tower_post_tower格式写入对应的杆塔段编号,图像的主题中写入杆塔所属的输电线路名称,进入步骤(h); (h)确定巡检图片对应杆塔或者杆塔段,结束计算; (4)巡检图像关联输电线路信息;根据巡检图像以及巡检图像对应的输电线路杆塔或者杆塔段,关联相应的输电线路信息,便于通过输电线路信息检索相应的巡检图像信息。
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