CN106529029A - 输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置。所述方法包括：估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点；根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分；根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据；以及根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据。本发明实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置提高了输电线路杆塔的点云数据提取的准确度。

Description

输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及输电线路智能化巡检技术领域，尤其涉及一种输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置。

背景技术

架空输电线路与树木之间的矛盾是电网安全运行的严重威胁，清理树障已成为运维单位保障电力设施安全运行的重要及高难度工作。输电线路走廊内的树木、竹子等高杆树种每年路造成的线路跳闸事件损失、清理树障消耗的人力物力和补偿费等，都对运维单位工作造成很大的影响。提取杆塔坐标，从杆塔数据从植被等其他数据中分离，为树障风险的动态评估和树障隐患的及时预警提供了数据依据，并为相关管理部门输电线路的部署工作提供了决策依据。

目前根据杆塔本身的特点进行杆塔的提取的方法主要有：三维区域增长搜索法、多尺度监督分类等。三维区域增长的搜索方法提取杆塔坐标：给定初始立方体，调整立方体的位置及大小保证在最小的体积内包含最大数据的点，三维立方体的体积增长直到所有点都包含在内。由于跟踪法的限制，部分杆塔点没有被检测出来，能够满足杆塔建模的要求，但是对于杆塔的分类及危险点的监测影响很大。

多尺度监督分类提取杆塔坐标：利用样本信息，以建立统计识别函数为理论基础，依据典型样本训练方法进行分类的技术。即根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数，求出特征参数作为决策规则，对各待分类点云数据进行分类。此方法受样本的影响较大，理想状态下可以提取出大部分数据，同样对于危险点的检测不适用。

综上所述，现有的适用于输电线路杆塔的点云数据提取算法普遍存在着数据提取的准确度不高，提取到的杆塔的点云数据不够可靠的弊病。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置，以提高输电线路杆塔的点云数据提取的准确度。

一方面，本发明实施例提供了一种输电线路杆塔的点云数据提取方法，所述方法包括：

估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点；

根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分；

根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据；

根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据；以及

将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

另一方面，本发明实施例还提供了一种输电线路杆塔的点云数据提取装置，所述装置包括：

塔顶估算模块，用于估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点；

划分模块，用于根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分；

塔顶提取模块，用于根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据；

塔身提取模块，用于根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据；以及

合并模块，用于将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

本发明实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取方法及装置，通过估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点，根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分，根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据，根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据，以及将所述塔顶部分的点云数据及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据，提高了输电线路杆塔的点云数据提取的准确度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明第一实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取方法中划分操作的流程图；

图3是本发明第三实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取方法中塔顶提取操作的流程图；

图4是本发明第四实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取方法中塔身提取操作的流程图；

图5是本发明第五实施例提供的输电线路杆塔的点云数据提取装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

第一实施例

本实施例提供了输电线路杆塔的点云数据提取方法的一种技术方案。在该技术方案中，输电线路杆塔的点云数据提取方法包括：估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点；根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分；根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据；根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据；以及将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

参见图1，输电线路杆塔的点云数据提取方法包括：

S11，估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点。

塔顶位置点是所述输电线路杆塔在空间中，高度最高的位置点，也就是与地面之间的距离最大的位置点。

在本实施例中，所述输电线路杆塔可以具有不同的形状。例如，所述输电线路杆塔可以是酒杯型输电线路杆塔、猫头型输电线路杆塔、干字型输电线路杆塔、克里米亚型输电线路杆塔、上字型输电线路杆塔、单柱型输电线路杆塔、门型输电线路杆塔、悬链型输电线路杆塔。依据输电线路杆塔的不同形状，塔顶位置点的数量可以有一个或者多个。例如，对于单柱型杆塔，塔顶位置点的数量是一个。而对于干字型杆塔，塔顶位置点的数量是多个。

S12，根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

在本实施例中，将输电线路杆塔整体划分为塔顶部分及塔身部分。所谓塔顶部分是杆塔的顶部，用于承载输电线路的杆塔部分。根据输电线路杆塔的不同形状，所述塔顶部分也具有不同的形状。所述塔身部分是除去所述塔顶部分以外的其他部分。塔身部分的功能在于支撑塔顶部分。而且，在外形上，塔身部分一般由一个或者多个多边形棱柱构成。这些一个或者多个多边形棱柱又被称为塔臂。

由于塔顶部分及塔身部分具有不同的外形特征，对于这两部分应该采用不同的点云提取方式。进一步的，为了对上述两个部分分别应用不同的点云提取方式，首先应该将塔顶部分的点云数据与塔身部分的点云数据区分开来。

具体的，可以根据塔顶位置点的高度，以及塔身部分的形状特征，估算输电线路杆塔的塔臂高度。一旦完成对上述塔臂高度的估算，就可以利用塔臂高度这一参数，将输电线路杆塔划分为塔顶部分以及塔身部分。

S13，根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据。

由于不同输电线路杆塔塔顶部分的形状特征不一，所以在塔顶部分的点云数据提取时，采用更为普通的提取方式。在本实施例中，塔顶部分点云数据的提取采用圆拟合的方式。具体的，可以首先对塔顶部分的点云数据进行切片，然后对于每个切片的点云数据拟合包围圆，最后依据包围圆对其中的点云数据进行提取。

S14，根据有向包围盒(Oriented bounding box,OBB)拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据。

相对于塔顶部分，塔身部分具有更为明显的形状特征。也就是说，塔身部分由一个或者多个塔臂构成。而且，塔臂一般多边形棱柱。

对于具有明显形状特征的塔身部分，采取OBB拟合的方式提取其对应的点云数据。优选的，对于塔身部分，可以先运行一次初始的OBB拟合，根据初始OBB拟合的结果识别塔臂上的塔棱。在识别得到塔棱之后，根据识别得到的塔棱，再运行一次精确的OBB拟合，得到塔身部分点云数据的精确结果。

S15，将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

在分别提取了塔顶部分及塔身部分的点云数据之后，将塔顶部分的点云数据与塔身部分的点云数据合并，得到输电线路杆塔整体的精确点云数据。

本实施例通过估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点，根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分，根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据，根据OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据，以及将所述塔顶部分的点云数据及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据，提高了输电线路杆塔的点云数据提取的准确度。

第二实施例

本实施例提供了输电线路杆塔的点云数据提取方法中划分操作的一种技术方案。在该技术方案中，根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分包括：根据所述塔顶位置点的高度，以及所述塔臂的形状特征，估算所述塔臂的高度；以及根据所述塔臂的高度，将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

参见图2，根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分包括：

S21，根据所述塔顶位置点的高度，以及所述塔臂的形状特征，估算所述塔臂的高度。

如本发明第一实施例中描述的那样，塔臂一般是一个多边形棱柱。依据塔臂的上述形状特征，以及所述塔顶位置点的高度，可以估计得到塔臂的高度。

具体的，可以将所述塔顶位置点的高度作为所述塔臂的高度上限，并依据塔臂的形状特征，完成对塔臂高度的估算。

S22，根据所述塔臂的高度，将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

塔臂的最高点可以作为区分塔顶部分及塔身部分的临界点。一旦估计得到塔臂的高度数值，就得到了这个临界点的高度取值。依据这个高度取值，凡是高度高于这个取值的点云数据可以被划分为塔顶部分的点云数据，凡是高度低于这个取值的点云数据可以被划分为塔身部分的点云数据。

本实施例通过根据所述塔顶位置点的高度，以及所述塔臂的形状特征，估算所述塔臂的高度，以及根据所述塔臂的高度，将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分，实现了对塔顶部分及塔身部分的划分。

第三实施例

本实施例提供了输电线路杆塔的点云数据提取方法中塔顶提取操作的一种技术方案。在该技术方案中，根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据包括：对所述塔顶部分的点云数据进行水平切片；对各个水平切片内的点云数据进行圆拟合，以提取所述水平切片内的点云数据；以及对所述水平切片内的点云数据合并，以得到所述塔顶部分的点云数据。

参见图3，根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据包括：

S31，对所述塔顶部分的点云数据进行水平切片。

优选的，对塔顶部分的点云数据，每隔一定的高度跨度，进行一次水平切片。使得塔顶部分的点云数据在竖直方向上形成多个切片。

S32，对各个水平切片内的点云数据进行圆拟合，以提取所述水平切片内的点云数据。

所谓圆拟合，就是形成一个包含该水平切片内所有点云数据的圆形。并且，这个圆形的半径应该在满足涵盖该切片内所述点云数据的前提下，尽量的小。

完成了圆拟合之后，对该拟合院内的点云数据进行遍历，以完成对于水平切片内点云数据的提取。

S33，对所述水平切片内的点云数据合并，以得到所述塔顶部分的点云数据。

完成对各个切片内的点云数据的提取之后，将各个切片内的点云数据进行合并，得到精确的塔顶部分的点云数据。

本实施例通过对塔顶部分的点云数据进行水平切片，对各个水平切片内的点云数据进行圆拟合，以及对所述水平切片内的点云数据合并，实现了对塔顶部分点云数据的准确提取。

第四实施例

本实施例提供了输电线路杆塔的点云数据提取方法中塔身提取操作的一种技术方案。在该技术方案中，根据包围盒拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据包括：对所述塔身部分的点云数据进行初始OBB拟合；根据所述初始包围盒拟合的结果，识别所述塔身部分的塔棱；以及对识别了塔棱的塔身部分的点云数据进行精确OBB拟合。

参见图4，根据包围盒拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据包括：

S41，对所述塔身部分的点云数据进行初始OBB拟合。

初始OBB拟合的目的在于识别塔臂上的塔棱。

由于塔臂是多边形柱体的形状，所以一个塔臂上具有三个以上的塔棱。由于塔棱对于塔身部分的点云数据的提取较为关键，因此在塔身部分点云数据的提取过程中，优先通过初始OBB拟合，识别塔臂的各个塔棱。

在初始OBB拟合时，优先根据拟合的结果识别多边形棱柱表面上的各个平面。

S42，根据所述初始OBB拟合的结果，识别所述塔身部分的塔棱。

通过初始OBB拟合识别得到多边形棱柱表面上的各个平面之后，可以初步的将这些平面的交汇点作为塔棱的候选点。进一步的，可以通过对这些候选点进行离群点识别，确定塔棱的空间位置。

S43，对识别了塔棱的塔身部分的点云数据进行精确OBB拟合。

确定了塔棱的空间位置之后，对塔身部分再运行一次OBB拟合。将这次OBB拟合的结果数据与塔棱的空间位置进行融合，就得到了精确了塔身部分的点云数据。

本实施例通过对塔身部分的点云数据进行初始OBB拟合，根据所述初始OBB拟合的结果，识别所述塔身部分的塔棱，以及对识别了塔棱的塔身部分的点云数据进行精确OBB拟合，实现了对塔身部分点云数据的精确提取。

第五实施例

本实施例提供了输电线路杆塔的点云数据提取装置的一种技术方案。参见图5，在该技术方案中，所述输电线路杆塔的点云数据提取装置包括：塔顶估算模块51、划分模块52、塔顶提取模块53、塔身提取模块54，以及合并模块55。

所述塔顶估算模块51用于估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点。

所述划分模块52用于根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

所述塔顶提取模块53用于根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据。

所述塔身提取模块54用于根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据。

所述合并模块55用于将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

可选的，所述划分模块52包括：塔臂高度估算单元，以及杆塔划分单元。

所述塔臂高度估算单元用于根据所述塔顶位置点的高度，以及所述塔臂的形状特征，估算所述塔臂的高度。

所述杆塔划分单元用于根据所述塔臂的高度，将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

可选的，所述塔顶提取模块53包括：切片单元、圆拟合单元，以及塔顶合并单元。

所述切片单元用于对所述塔顶部分的点云数据进行水平切片；

所述圆拟合单元用于对各个水平切片内的点云数据进行圆拟合，以提取所述水平切片内的点云数据。

所述塔顶合并单元用于对所述水平切片内的点云数据合并，以得到所述塔顶部分的点云数据。

可选的，所述塔身提取模块54包括：初始拟合单元、塔棱识别单元，以及精确拟合单元。

所述初始拟合单元用于对所述塔身部分的点云数据进行初始OBB拟合。

所述塔棱识别单元用于根据所述初始OBB拟合的结果，识别所述塔身部分的塔棱。

所述精确拟合单元用于对识别了塔棱的塔身部分的点云数据进行精确OBB拟合。

可选的，所述输电线路杆塔包括：酒杯型输电线路杆塔、猫头型输电线路杆塔、干字型输电线路杆塔、克里米亚型输电线路杆塔、上字型输电线路杆塔、单柱型输电线路杆塔、门型输电线路杆塔、悬链型输电线路杆塔。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电线路杆塔的点云数据提取方法，其特征在于，包括：

估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点；

根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分；

根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据；

根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据；以及

将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分包括：

根据所述塔顶位置点的高度，以及所述塔臂的形状特征，估算所述塔臂的高度；以及

根据所述塔臂的高度，将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据包括：

对所述塔顶部分的点云数据进行水平切片；

对各个水平切片内的点云数据进行圆拟合，以提取所述水平切片内的点云数据；以及

对所述水平切片内的点云数据合并，以得到所述塔顶部分的点云数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据包围盒拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据包括：

对所述塔身部分的点云数据进行初始OBB拟合；

根据所述初始OBB拟合的结果，识别所述塔身部分的塔棱；以及

对识别了塔棱的塔身部分的点云数据进行精确OBB拟合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输电线路杆塔包括：酒杯型输电线路杆塔、猫头型输电线路杆塔、干字型输电线路杆塔、克里米亚型输电线路杆塔、上字型输电线路杆塔、单柱型输电线路杆塔、门型输电线路杆塔、悬链型输电线路杆塔。

6.一种输电线路杆塔的点云数据提取装置，其特征在于，包括：

塔顶估算模块，用于估算所述输电线路杆塔的塔顶位置点；

划分模块，用于根据所述塔顶位置点的高度，估算所述输电线路杆塔的塔臂高度，并依据估算得到的塔臂高度将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分；

塔顶提取模块，用于根据圆拟合的方式，提取所述塔顶部分的点云数据；

塔身提取模块，用于根据有向包围盒OBB拟合的方式，提取所述塔身部分的点云数据；以及

合并模块，用于将所述塔顶部分的点云数据以及所述塔身部分的点云数据合并，生成所述输电线路杆塔的点云数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述划分模块包括：

塔臂高度估算单元，用于根据所述塔顶位置点的高度，以及所述塔臂的形状特征，估算所述塔臂的高度；以及

杆塔划分单元，用于根据所述塔臂的高度，将所述输电线路杆塔划分为塔顶部分及塔身部分。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述塔顶提取模块包括：

切片单元，用于对所述塔顶部分的点云数据进行水平切片；

圆拟合单元，用于对各个水平切片内的点云数据进行圆拟合，以提取所述水平切片内的点云数据；以及

塔顶合并单元，用于对所述水平切片内的点云数据合并，以得到所述塔顶部分的点云数据。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述塔身提取模块包括：

初始拟合单元，用于对所述塔身部分的点云数据进行初始OBB拟合；

塔棱识别单元，用于根据所述初始OBB拟合的结果，识别所述塔身部分的塔棱；以及

精确拟合单元，用于对识别了塔棱的塔身部分的点云数据进行精确OBB拟合。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述输电线路杆塔包括：酒杯型输电线路杆塔、猫头型输电线路杆塔、干字型输电线路杆塔、克里米亚型输电线路杆塔、上字型输电线路杆塔、单柱型输电线路杆塔、门型输电线路杆塔、悬链型输电线路杆塔。