CN107238844A - 基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，它包括：步骤1、激光点云数据预处理；步骤2、对预处理后的数据进行点云分类；步骤3、输电线路导线矢量化；步骤4、输电线路拼接成组；步骤5、数字高程模型制作；步骤6、输电线路断面图制作；解决了现有技术对输电线路通道断面图制作在地形起伏较大的山区可行性和精度都较差，在地形起伏较大的山区用航测或者野外测绘制作等高线方式制作DEM精度较差，影响断面图的制作精度，而且外业工作量大等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于输电线路通道图制作方法，尤其设计一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法。
背景技术
输电线路断面图是沿输电线路中心线的剖面图，表示沿中心线的地形、被跨越物的位置和高程。输电线路断面图在线路可研、初设、施工图设计、复测、线路跨越等实际施工过程中，起着至关重要的作用。
目前输电线路断面图制作一般采用航测技术、卫星遥感、传统野外测绘等技术来获取测区DEM和正摄影像数据，通过传统野外测量和调绘获取断面图中杆塔、交叉跨越等位置信息，结合杆塔设计参数等利用CAD及其二次开发相关软件（例如SDCAD）、道亨软件等导入或手动录入测量数据生成输电线路断面图。传统的这种断面图制作方式野外作业强度大，断面图制作过程需要大量的人工操作。
不仅如此传统的输电线路断面图制作方法在地形起伏较大的山区可行性和精度都较差，在地形起伏较大的山区用航测或者野外测绘制作等高线方式制作DEM精度较差，影响断面图的制作精度，而且外业工作量非常大。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，以解决现有技术对输电线路通道断面图制作在地形起伏较大的山区可行性和精度都较差，在地形起伏较大的山区用航测或者野外测绘制作等高线方式制作DEM精度较差，影响断面图的制作精度，而且外业工作量大等技术问题。
本发明技术方案：
一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，它包括：
步骤1、激光点云数据预处理；
步骤2、对预处理后的数据进行点云分类；
步骤3、输电线路导线矢量化；
步骤4、输电线路拼接成组；
步骤5、数字高程模型制作；
步骤6、输电线路断面图制作。
它还包括步骤7、对输电线路断面图整理修饰。
步骤1所述激光点云数据预处理包括点云数据的拼接、点云数据的抽稀和点云数据的去噪；所述点云数据的拼接是将每次外业获取的数据进行空间拼接过程；抽稀是将点云数据压缩但保留其空间特性；去噪是对无用的干扰点云数据进行去除。
步骤2对预处理后的数据进行点云分类，分类类别包括地形、植被、杆塔、导线、房屋、道路和水系。
步骤3输电线路导线矢量化的方法为：对步骤2分类的数据进行拟合，采用二维霍夫变换和最小二乘拟合对架空线路进行拟合，首先采用二维霍夫变换提取出电力线的水平投影方程，使用最小二乘拟合法进行中心线拟合方程，得到电力线矢量。
步骤4输电线路拼接成组的方法为：首先捕捉两条间断的输电线路端点位置，计算获取两个相连端点的中心位置，将这两条输电线路矢量图端点调整到中心位置，并根据端点坐标重新对两条线路矢量进行调整，按照此方法将线路通道中所有间断的输电线路进行端点调整，使线路无缝连接；连接完成后依次选择所有线路，将其合并为一组对象。
步骤6输电线路断面图制作的方法为：利用步骤4获取的输电线路在步骤5中获取的数字高程模型上做投影，获取投影切线，并将切线编制到横断面图，图表横轴表示水平距离，纵轴表示高程信息；相应的将导线投影到断面图中；将步骤2中分类在输电线路投影面中的激光点云投影到断面图中。
步骤7对输电线路断面图整理修饰的方法包括：对断面图横纵坐标的比例、高程标尺、里程标尺、平面宽度和边线宽度进行修改；对横纵轴的标注进行修正，对直线塔和转角塔进行标注，对横跨的地物进行注释；最终生成输电线路断面图。
本发明的有益效果：
本发明针对目前输电线路断面图制作方法中作业效率低、环境适应性差的技术缺陷，提出了一种利用激光点云数据制作输电线路断面图的方法，该方法可以降低外业数据采集工作量强度，提高环境适应性，尤其可提高在地形起伏较大的山区制作输电线路断面图的工作效率和精度；解决了现有技术对输电线路通道断面图制作在地形起伏较大的山区可行性和精度都较差，在地形起伏较大的山区用航测或者野外测绘制作等高线方式制作DEM精度较差，影响断面图的制作精度，而且外业工作量大等技术问题。
具体实施方式
一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，它包括：
步骤1、激光点云数据预处理；
步骤1所述激光点云数据预处理包括点云数据的拼接、点云数据的抽稀和点云数据的去噪；所述点云数据的拼接是将每次外业获取的数据进行空间拼接过程；抽稀是将点云数据压缩但保留其空间特性；去噪是对无用的干扰点云数据进行去除。
（1）点云拼接：采集点云时受到激光点云传感器搭载平台续航时间和存储内存的限制，一条输电线路通道需要许多次飞行才能将点云采集完成，因此每次将点云采集后拼接生成完整的输电线路通道点云是必要的。点云拼接采用点云几何特征，利用几何位置自动识别点云相对位置关系，从而实现无标靶点云的自动拼接。
（2）点云抽稀：外业采集的点云密度较大，影响了点云处理的速度和浏览速度，在保证点云结构特征的前提下，对点云进行抽稀操作可以提高点云处理和浏览效率。对密集的点云进行抽稀，保持点的均匀分布，本发明采用系统抽稀的方法，确定抽稀间隔，比如每个5个点作为抽稀间隔，然后在这5个点随机选择一个样本点。从而达到点云抽稀的目的。
（3）点云去噪：激光点云去噪主要是消除输电线路中离群的点云数据，减少对输电线路断面图绘制无用点的干扰，若不消除噪声点会影响点云后期处理，例如影响点云分类的精度等。采用K近邻的去噪算法对输电线路进行去噪处理，K近邻去噪算法选取高斯函数作为核函数，估计点云中每个点对邻近数据点的影响，从而判断该点是否离群，实现对离群点的快速去噪。
步骤2、对预处理后的数据进行点云分类；
步骤2对预处理后的数据进行点云分类，分类类别包括地形、植被、杆塔、导线、房屋、道路和水系。
（1）地面分类：输电线路剖面图包含导线垂直下方的地面切线，因此需要首先将激光点云的地面进行分类，本发明采用形态学滤波算法将激光点云进行分类，获取地面激光点云。
（2）杆塔、导线分类：首先将输电线路通道进行识别裁切，按照一定的范围将线路通道中的点云进行展示，通过手动区域选择的分类方法，将杆塔和导线进行分类。
（3）植被分类：利用形态学滤波进行植被的识别，将植被分类为高、中、低三种植被类型。
（5）房屋、道路、河流等分类：采用目视解译的方法，手动进行分类。
对不同分类结果赋予不同颜色和类名称进行存储和管理。
步骤3、输电线路导线矢量化；
步骤2中，已经对输电线路导线进行了分类，但点云是离散的点，输电线路断面图中架空线路是连续的线，因此要对步骤2分类的导线进行拟合，采用二维霍夫变换和最小二乘拟合对架空线路进行拟合，首先采用二维霍夫变换提取出电力线的水平投影方程，使用最小二乘拟合法进行中心线拟合方程，获取电力线矢量。
步骤4、输电线路拼接成组；
步骤3中获取的输电线路矢量线在杆塔之间是分段的，采用分段的输电线路不能够形成一条连贯线路的断面图，因此需要对分段的架空线路矢量进行连接并成组，使其成为一个独立对象。本步骤首先捕捉两条间断的输电线路端点位置，计算获取两个相连端点的中心位置，将这两条输电线路矢量图端点调整到中心位置，并根据端点坐标重新对两条线路矢量进行调整，按照此方法将线路通道中所有间断的输电线路进行端点调整，使其线路无缝连接。连接完成后依次选择所有线路，将其合并为一组对象。
步骤5、数字高程模型制作；
输电线路断面图需要导线投影到地面的切线，这需要对地面进行插值获取连续的面，实际上就是制作数字高程模型DEM的过程。利用步骤2中分类出地面激光点云，构建TIN，生成约束三角网模型，并进一步生成规则格网的DEM数据。
步骤6、输电线路断面图制作。
利用步骤4获取的输电线路在步骤5中获取的DEM上做投影，获取投影切线，并将切线编制到横断面图，图表横轴表示水平距离，纵轴表示高程信息。相应的将导线投影到断面图中。将步骤2中分类的植被、房屋、道路、杆塔点云等在输电线路投影面中的激光点云投影到断面图中。
它还包括步骤7、对输电线路断面图整理修饰。
步骤7对输电线路断面图整理修饰的方法包括：对断面图横纵坐标的比例、高程标尺、里程标尺、平面宽度和边线宽度进行修改；对横纵轴的标注进行修正，对直线塔和转角塔进行标注，对横跨的地物进行注释；最终生成输电线路断面图。
Claims (8)
1.一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，它包括：
步骤1、激光点云数据预处理；
步骤2、对预处理后的数据进行点云分类；
步骤3、输电线路导线矢量化；
步骤4、输电线路拼接成组；
步骤5、数字高程模型制作；
步骤6、输电线路断面图制作。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：它还包括步骤7、对输电线路断面图整理修饰。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：步骤1所述激光点云数据预处理包括点云数据的拼接、点云数据的抽稀和点云数据的去噪；所述点云数据的拼接是将每次外业获取的数据进行空间拼接过程；抽稀是将点云数据压缩但保留其空间特性；去噪是对无用的干扰点云数据进行去除。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：步骤2对预处理后的数据进行点云分类，分类类别包括地形、植被、杆塔、导线、房屋、道路和水系。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：步骤3输电线路导线矢量化的方法为：对步骤2分类的数据进行拟合，采用二维霍夫变换和最小二乘拟合对架空线路进行拟合，首先采用二维霍夫变换提取出电力线的水平投影方程，使用最小二乘拟合法进行中心线拟合方程，得到电力线矢量。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：步骤4输电线路拼接成组的方法为：首先捕捉两条间断的输电线路端点位置，计算获取两个相连端点的中心位置，将这两条输电线路矢量图端点调整到中心位置，并根据端点坐标重新对两条线路矢量进行调整，按照此方法将线路通道中所有间断的输电线路进行端点调整，使线路无缝连接；连接完成后依次选择所有线路，将其合并为一组对象。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：步骤6输电线路断面图制作的方法为：利用步骤4获取的输电线路在步骤5中获取的数字高程模型上做投影，获取投影切线，并将切线编制到横断面图，图表横轴表示水平距离，纵轴表示高程信息；相应的将导线投影到断面图中；将步骤2中分类在输电线路投影面中的激光点云投影到断面图中。
8.根据权利要求2所述的一种基于激光点云雷达数据进行输电线路通道断面图制作方法，其特征在于：步骤7对输电线路断面图整理修饰的方法包括：对断面图横纵坐标的比例、高程标尺、里程标尺、平面宽度和边线宽度进行修改；对横纵轴的标注进行修正，对直线塔和转角塔进行标注，对横跨的地物进行注释；最终生成输电线路断面图。
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