CN109146836A - 一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统及方法 - Google Patents

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徐恩强
李本超
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Abstract

本发明提供了一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统及方法，包括：提供一无人机采集系统，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。

Description

一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统及方法
技术领域
本发明涉及测绘领域，尤其涉及一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统及方法。
背景技术
近年来，随着中国经济建设的高速发展，用电需求急剧增长，对电网建设的需求亦日益强烈。与此同时，面对已建成的庞大电力网络，如何有效地对其进行管理，以保证电网的正常运行，确保电力的安全输送，亦显得更加重要。一次停电事故不但给电网经营企业的经济效益带来巨额损失，而且对用电企业甚至整个社会都将造成严重影响。
传统的线路管理、优化以及电力巡线多采用人工测绘方式或者航空摄影测量方式，有以下三大弊端：
1、数据不直观、精度低、再利用程度不高；
2、作业强度大、作业周期长；
3、地形复杂地区难以开展工作。
此外，现有的无人机巡检技术只是使用单架无人机搭载任务载荷执行任务，同时也只是通过无人机来进行远程摄像，技术人员根据无人机返回的录像来观察电力线路中是否有异常。
发明内容
本发明提供了一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，包括：
无人机采集系统，所述无人机采集系统为搭载AS-100激光Lidar系统的无人机，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；
线路灾害检测装置，对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；
点云预处理装置，对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；
统计分析模块，基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；
三维建模模块，通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其中，无人机采集系统构建点云地图的步骤包括：
选取两条点云轨迹，度量两条点云轨迹之间的相似性；
根据所述相似性将两条点云轨迹合并；
继续选取其他点云轨迹依次进行合并，构建点云地图。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其中，所述度量两条点云轨迹之间的相似性包括：
在所述点云轨迹上定位转弯点；
根据所述转弯点将每条所述点云轨迹划分为多条点云轨迹线段；
检测所述两条点云轨迹中是否包括公共轨迹线段；
根据所述公共轨迹线段度量两条点云轨迹之间的相似性。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其中，所述系统还包括后续管理模块，用于
完成输电塔及线路的三维建模后，辅以线路设施设备参数录入，实现线路资产管理。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其中，点云预处理装置进行预处理的步骤还包括：将采集的点云数据进行去噪、平滑预处理；然后提取点云数据的边界点并进行点云数据精简。
同时本发明还提供了一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，包括如下步骤：
提供一无人机采集系统，所述无人机采集系统为搭载AS-100激光Lidar系统的无人机，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；
对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；
对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；
基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；
通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其中，无人机采集系统构建点云地图的步骤包括：
选取两条点云轨迹，度量两条点云轨迹之间的相似性；
根据所述相似性将两条点云轨迹合并；
继续选取其他点云轨迹依次进行合并，构建点云地图。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其中，所述度量两条点云轨迹之间的相似性包括：
在所述点云轨迹上定位转弯点；
根据所述转弯点将每条所述点云轨迹划分为多条点云轨迹线段；
检测所述两条点云轨迹中是否包括公共轨迹线段；
根据所述公共轨迹线段度量两条点云轨迹之间的相似性。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其中，所述方法还包括：
完成输电塔及线路的三维建模后，辅以线路设施设备参数录入，实现线路资产管理。
上述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其中，点云预处理装置进行预处理的步骤还包括：将采集的点云数据进行去噪、平滑预处理；然后提取点云数据的边界点并进行点云数据精简。
本发明的优点在于：
1、利用AS-100无人机激光Lidar系统获取的高精度点云可以检测建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范；线间距是否满足安全运行的要求；获取的高清晰度的影像，可以让巡检人员在室内进行线路设施设备和通道异常的判别。
2、通过巡线采集的高精度激光点云和高分辨率数码影像数据，处理成标准的DOM、DEM，结合分类后的点云，可以实现电力线路三维建模，恢复线路走廊地形地貌、地表附着物(树木、建筑等)、线路杆塔三维位置和模型等，辅以线路设施设备参数录入，可实现线路资产管理。
3、根据分类得到的电力线、植被和地面等分类的点云，可以计算出靠近电力线的植被并标记出来，可以起到预警的效果，根据被标记成危险物体的点云数据和电力线数据，计算出危险物体离电力线的最近距离，定量分析潜在的危险程度；
4、不管是基于激光雷达数据设计后进行数字化移交建成的三维数字化电网，还是通过巡线手段建立的三维数字化电网，由于数据精度高，无论地形、树高、杆塔模型、电线弧垂及交叉跨越等，都是尽最大可能对现实电网在电脑中的数字化再现。结合从在杆塔上安装的温度、湿度、风速等监控设备传回的数据，可以在三维数字化电网基础上进行各种电力专业分析，如预测模拟不同温度、风速、覆冰下弧垂变化情况，模拟树木生长情况等，为线路管理决策提供有力支撑。
5、AS-100无人机激光Lidar系统可快速对灾害区域进行数据采集，实现灾害区域快速定位，并三维还原灾害场景。监测人员根据三维点云以及影像数据对灾害现场损坏性精准评估，及时提出安全有效的响应办法。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
实施例一
本发明提供了一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，包括：
无人机采集系统，所述无人机采集系统为搭载AS-100激光Lidar系统的无人机，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；
线路灾害检测装置，对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；
点云预处理装置，对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；
统计分析模块，基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；
三维建模模块，通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。
在本发明一可选的实施例中，无人机采集系统构建点云地图的步骤包括：
选取两条点云轨迹，度量两条点云轨迹之间的相似性；
根据所述相似性将两条点云轨迹合并；
继续选取其他点云轨迹依次进行合并，构建点云地图。
在本发明一可选的实施例中，所述度量两条点云轨迹之间的相似性包括：
在所述点云轨迹上定位转弯点；
根据所述转弯点将每条所述点云轨迹划分为多条点云轨迹线段；
检测所述两条点云轨迹中是否包括公共轨迹线段；
根据所述公共轨迹线段度量两条点云轨迹之间的相似性。
在本发明一可选的实施例中，所述系统还包括后续管理模块，用于
完成输电塔及线路的三维建模后，辅以线路设施设备参数录入，实现线路资产管理。
在本发明一可选的实施例中，点云预处理装置进行预处理的步骤还包括：将采集的点云数据进行去噪、平滑预处理；然后提取点云数据的边界点并进行点云数据精简。
实施例二
同时本发明还提供了一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，包括如下步骤：
提供一无人机采集系统，所述无人机采集系统为搭载AS-100激光Lidar系统的无人机，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；
对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；
对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；
基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；
通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。
在本发明一可选的实施例中，无人机采集系统构建点云地图的步骤包括：
选取两条点云轨迹，度量两条点云轨迹之间的相似性；
根据所述相似性将两条点云轨迹合并；
继续选取其他点云轨迹依次进行合并，构建点云地图。
在本发明一可选的实施例中，所述度量两条点云轨迹之间的相似性包括：
在所述点云轨迹上定位转弯点；
根据所述转弯点将每条所述点云轨迹划分为多条点云轨迹线段；
检测所述两条点云轨迹中是否包括公共轨迹线段；
根据所述公共轨迹线段度量两条点云轨迹之间的相似性。
在本发明一可选的实施例中，所述方法还包括：
完成输电塔及线路的三维建模后，辅以线路设施设备参数录入，实现线路资产管理。
在本发明一可选的实施例中，点云预处理装置进行预处理的步骤还包括：将采集的点云数据进行去噪、平滑预处理；然后提取点云数据的边界点并进行点云数据精简。
本发明的优点在于：
1、利用AS-100无人机激光Lidar系统获取的高精度点云可以检测建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范；线间距是否满足安全运行的要求；获取的高清晰度的影像，可以让巡检人员在室内进行线路设施设备和通道异常的判别。
2、通过巡线采集的高精度激光点云和高分辨率数码影像数据，处理成标准的DOM、DEM，结合分类后的点云，可以实现电力线路三维建模，恢复线路走廊地形地貌、地表附着物(树木、建筑等)、线路杆塔三维位置和模型等，辅以线路设施设备参数录入，可实现线路资产管理。
3、根据分类得到的电力线、植被和地面等分类的点云，可以计算出靠近电力线的植被并标记出来，可以起到预警的效果，根据被标记成危险物体的点云数据和电力线数据，计算出危险物体离电力线的最近距离，定量分析潜在的危险程度；
4、不管是基于激光雷达数据设计后进行数字化移交建成的三维数字化电网，还是通过巡线手段建立的三维数字化电网，由于数据精度高，无论地形、树高、杆塔模型、电线弧垂及交叉跨越等，都是尽最大可能对现实电网在电脑中的数字化再现。结合从在杆塔上安装的温度、湿度、风速等监控设备传回的数据，可以在三维数字化电网基础上进行各种电力专业分析，如预测模拟不同温度、风速、覆冰下弧垂变化情况，模拟树木生长情况等，为线路管理决策提供有力支撑。
5、AS-100无人机激光Lidar系统可快速对灾害区域进行数据采集，实现灾害区域快速定位，并三维还原灾害场景。监测人员根据三维点云以及影像数据对灾害现场损坏性精准评估，及时提出安全有效的响应办法。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其特征在于，包括：
无人机采集系统，所述无人机采集系统为搭载AS-100激光Lidar系统的无人机，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；
线路灾害检测装置，对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；
点云预处理装置，对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；
统计分析模块，基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；
三维建模模块，通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。
2.如权利要求1所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其特征在于，无人机采集系统构建点云地图的步骤包括：
选取两条点云轨迹，度量两条点云轨迹之间的相似性；
根据所述相似性将两条点云轨迹合并；
继续选取其他点云轨迹依次进行合并，构建点云地图。
3.如权利要求2所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其特征在于，所述度量两条点云轨迹之间的相似性包括：
在所述点云轨迹上定位转弯点；
根据所述转弯点将每条所述点云轨迹划分为多条点云轨迹线段；
检测所述两条点云轨迹中是否包括公共轨迹线段；
根据所述公共轨迹线段度量两条点云轨迹之间的相似性。
4.如权利要求1所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其特征在于，所述系统还包括后续管理模块，用于
完成输电塔及线路的三维建模后，辅以线路设施设备参数录入，实现线路资产管理。
5.如权利要求1所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其特征在于，点云预处理装置进行预处理的步骤还包括：将采集的点云数据进行去噪、平滑预处理；然后提取点云数据的边界点并进行点云数据精简。
6.一种基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一无人机采集系统，所述无人机采集系统为搭载AS-100激光Lidar系统的无人机，基于无人机在飞行过程中捕获点云轨迹，并根据多个点云轨迹构建输电塔及线路的沿线点云地图，同时无人机在飞行过程中采集视频数据；
对无人机拍摄的线路图像进行二值处理后，并根据二值化后的图像来判断线路是否有损耗；
对获取的点云数据进行预处理，分别得到地面激光点云、植被激光点云和输电线路激光点云数据；
基于剖面进行输电塔位优化，根据输电塔位坐标数据、输电塔基断面数据对线路指标进行统计分析；
通过将无人机搭载系统采集的点云数据和视频数据进行处理，生成准的DOM、DEM，结合分类后的点云，用于实现输电塔及线路的三维建模。
7.如权利要求6所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其特征在于，无人机采集系统构建点云地图的步骤包括：
选取两条点云轨迹，度量两条点云轨迹之间的相似性；
根据所述相似性将两条点云轨迹合并；
继续选取其他点云轨迹依次进行合并，构建点云地图。
8.如权利要求7所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的系统，其特征在于，所述度量两条点云轨迹之间的相似性包括：
在所述点云轨迹上定位转弯点；
根据所述转弯点将每条所述点云轨迹划分为多条点云轨迹线段；
检测所述两条点云轨迹中是否包括公共轨迹线段；
根据所述公共轨迹线段度量两条点云轨迹之间的相似性。
9.如权利要求6所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其特征在于，所述方法还包括：
完成输电塔及线路的三维建模后，辅以线路设施设备参数录入，实现线路资产管理。
10.如权利要求6所述的基于点云数据进行输电塔及线路检测的方法，其特征在于，点云预处理装置进行预处理的步骤还包括：将采集的点云数据进行去噪、平滑预处理；然后提取点云数据的边界点并进行点云数据精简。
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